تعتمد أنظمة الروبوتات الصناعية الحديثة على البنية التحتية المعقدة بشكل متزايد لدعم قدرات الذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي (ML) المتطورة باستمرار ، والاتصال السلس,وتطوير قابلة للتطوير داخل المصنع. هذه الأنظمة تتطلب أجهزة استشعار وأجهزة أمان وحماية الدوائر ومكونات التحكم لتلبية متطلبات النطاق الترددي العالي،استجابة في الوقت الحقيقيو معايير صارمة للسلامة الوظيفية
تستكشف هذه المقالة التقنيات الأساسية التي تدعم تكنولوجيا الروبوتات الصناعة 4.0، مع التركيز على أجهزة الاستشعار SICK، وحلول السلامة،وكيف تساعد مكونات التحكم الصناعية من إيتون في تحقيق تحكم حركة آمن، سلوك النظام التكيفي، واتخاذ القرارات الحاسمة. وتشمل مواضيع المناقشة المحددة العوامل الرئيسية التي تدفع الأتمتة الذكية المرنة، مثل هندسة الإدراك،الامتثال لأمن الآلة، واستراتيجيات التحكم المتسامحة مع الأخطاء، ودمج شبكات الأتمتة الموزعة.
نظام استشعار متقدم للبيئة الديناميكية للمصنع
كما هو مبين في الشكل الأول، حققت روبوتات الصناعة 4.0 عملية آمنة وفعالة في ورش العمل في المصانع من خلال أجهزة استشعار متطورة.على الرغم من العمل في ظل ظروف قاسية مثل تغيير الضوء باستمرار، وجود الجسيمات في الهواء، والاهتزازات الميكانيكية، يجب أن تكون هذه أجهزة الاستشعار قادرة على معالجة بسرعة البيانات في الوقت الحقيقي لتتبع بدقة الموظفين، والروبوتات المتنقلة،وخطوط التجميع سريعة الحركة.
الذراع الروبوتية متعددة المحاور من "إيغوس"
الشكل 1: الذراع الروبوتية متعددة المحاور الصناعة 4.0 تستخدم أجهزة استشعار متكاملة وردود فعل في الوقت الحقيقي لتحقيق عملية دقيقة وسريعة.
منصة الروبوت تتضمن أوضاع مستشعرات متعددة لضمان الإدراك المكاني والاستجابة على مستوى الميللي ثانية.خوارزمية اندماج المستشعرات تجمع هذه المعلومات معًا لتوليد نموذج متماسك في الوقت الحقيقي من بيئة تشغيل الروبوتالنظام البصري يدير الكشف عن الكائنات ووضعها بينما يقوم ماسح ليزر على مستوى الأمن بمراقبة الاقترابات غير المصرح بها داخل المنطقة المحظورةأجهزة استشعار وقت الطيران (ToF) ذات فترة تأخير منخفضة التقاط البيانات المكانية ثلاثية الأبعاد، مما يتيح تعديل المسار في الوقت الحقيقي والسلوك واعية السياق.
يعتمد الروبوتات أيضا على أجهزة استشعار داخلية وأجهزة استشعار اتصال لتحسين التحكم في الحركة والتفاعل.يمكن أن توفر ردود الفعل للحصول علىأجهزة الاستشعار القريبة الحثية والمكثفة والموجات فوق الصوتية يمكنها اكتشاف الأجسام القريبة دون اتصال ، وعادة ما تكون مسافة الكشف عنها أقصر من أنظمة ToF.الكودرات ومقاييس الطاقة تتبع الموقع والسرعة المشتركة للتخطيط الدقيق للحركة، في حين أن وحدات قياس الثبات (IMU) تقيس التسارع والسرعة الزاوية للحفاظ على الاتجاه والتوازن.أجهزة استشعار كهربائية مراقبة التيار والجهد لتقييم حمولة المحرك واكتشاف الأخطاء.
سلامة الروبوتات الصناعية القائمة على المعايير
يجب على روبوتات الصناعة 4.0 الامتثال لمعايير السلامة الدولية الصارمة لحماية سلامة الموظفين والمعدات.تحديد متطلبات سلامة النظام الوظيفي ونظام التحكم لنظم روبوتات ورشة العمل في المصنع.
يحدد ISO 13849 معايير التصميم والتحقق من صحة مكونات التحكم المتعلقة بالسلامة.يتبنى هذا المعيار نهجًا قائمًا على المخاطر ويستخدم مستويات الأداء لتصنيف سلامة النظام بناءً على شدة المخاطر، وتكرار التعرض، وسيناريوهات تجنب محتمل.وأنظمة التحكم القابلة للبرمجة باستخدام مستوى سلامة النزاهة (SIL)تحدد هذه المعايير بشكل جماعي متطلبات التصميم والتنفيذ والتحقق من صحة وظائف الإدراك والتحكم في التطبيقات الحرجة للسلامة.
ينطبق معيار ISO 10218 على هذه المبادئ على وجه التحديد على الروبوتات الصناعية ، ويغطي متطلبات السلامة لتصميم الروبوتات وتخطيط وحدة العمل وتكامل النظام والتشغيل.وهذا يشمل استخدام أجهزة استشعار درجة السلامة لأداء مهام مثل وقف الطوارئيجب أن تلبي هذه المكونات عتبات الأداء والموثوقية المحددة ويتم إثباتها عادة من خلال الاختبار والتحقق من صحة هيكلية.
تشكل معايير ISO 13849 و IEC 62061 و ISO 10218 جوهر معايير سلامة الروبوتات.بما في ذلك معيار IEC 60204-1 للسلامة الكهربائية ومعيار ISO/TS 15066 للتعاون بين الإنسان والآلة، وسعت الإطار الأساسي لنشر السلامة ودمجها.
نظام أمني متكامل للتعاون بين الإنسان والآلة
يقوم مشغل المصنع بتبني حلول أمنية من الموردين مثل SICK و Eaton لتلبية المعايير من حيث الوظائف وسلامة الآلات.يستخدم نظام Safe EFI Pro من SICK أجهزة استشعار متكاملةكما هو مبين في الشكل 2 ، المكون الرئيسي للنظام ،ماسح ليزر للسلامة microScan، يمكن أن يؤدي الكشف عن الحركة التكيفية والوضعية في البيئات الديناميكية.
ماسح ليزري للسلامة SICK microScan3
الشكل 2: يمكن لمسح ليزر السلامة microScan3 من SICK مراقبة المناطق المحمية واكتشاف الحركة بشكل ديناميكي ، مما يوفر دعمًا للحماية التكيفية في البيئات الصناعية. (مصدر الصورة: SICK)
يمكن للمشغلين أيضًا استخدام نظام حماية نهاية الذراع (EOAS) من SICK للحفاظ على منطقة حماية ديناميكية حول رأس أداة الروبوت.يستخدم EOAS تقنية ToF لتحقيق تعاون آمن من دون اتصال بين الإنسان والآلة مع وقت استجابة أقل من 110 مللي ثانية.
كإضافة إلى هذه الأنظمة الآلية، SICK توفر أيضا مكونات الأمان اليدوية والحوائجي.يمكن للمشغل إيقاف تشغيل الآلة بسرعة عن طريق تشغيل مفتاح إيقاف الطوارئ ES21 في حالة الطوارئيتبنى مفتاح الأمان STR1 بدون اتصال تقنية RFID لتحقيق دليل التلاعب والمراقبة الوقائية ، يدعم الترميز المتقدم ، ويتوافق مع معيار EN ISO 14119.