Entwerfen eines sicheren Robotersystems

Neben der Gewährleistung eines sicheren Betriebs des Roboters ist es auch wichtig, dass die Benutzer des Roboters die Sicherheit des gesamten konzipierten Robotersystems genauestens berücksichtigen.

In diesem Abschnitt werden die Mindestanforderungen erläutert, die beim Einsatz von Epson-Robotern in Ihren Robotersystemen beachtet werden müssen.

Bitte konstruieren und fertigen Sie Robotersysteme nach den in diesem Handbuch beschriebenen Prinzipien.

Umweltauflagen

Stellen Sie sicher, dass die Umgebung, in der der Roboter und das Robotersystem installiert sind, die Anforderungen erfüllt, die in den Handbüchern für alle im System verwendeten Geräte aufgeführt sind.

System-Layout

Beim Entwurf des Layouts eines Robotersystems muss die Möglichkeit von Interferenzen zwischen Robotern und Peripheriegeräten berücksichtigt werden. Besonderes Augenmerk muss auf Not-Halts gelegt werden, da ein Roboter anhält, nachdem er einen Weg eingeschlagen hat, der von seinem normalen Bewegungspfad abweicht. Bei der Gestaltung des Layouts sollten ausreichende Sicherheitsmargen vorgesehen werden. Das Layout sollte auch ausreichend Platz für Wartung und Inspektion bieten.

Wenn Sie den High-Speed-Handbetrieb (T2) verwenden, halten Sie einen Abstand von 500 mm zwischen dem Roboter und den umliegenden Gebäuden, Strukturen, Schutzvorrichtungen und anderen Geräten ein.

Wenn Sie ein Robotersystem entwerfen, um den Bewegungsbereich der Roboter einzuschränken, befolgen Sie die im Manipulator-Handbuch beschriebenen Methoden. Die Begrenzung erfolgt entweder durch Weiche Achsenbegrenzung oder durch mechanische Anschläge. Informationen zur Weichen Achsenbegrenzung finden Sie im folgenden Handbuch.
„Handbuch zu den Sicherheitsfunktionen der Robotersteuerung“
Für die Begrenzung durch mechanische Anschläge siehe das folgende Handbuch.
„Manipulator-Handbuch“

Installieren Sie den Not-Halt-Taster an einem Ort in der Nähe der Bedieneinheit des Robotersystems, an dem der Bediener den Schalter leicht erreichen kann, um ihn im Notfall sofort zu betätigen.

Installieren Sie die Steuerung nicht an einer Stelle, an der Wasser oder andere Flüssigkeiten in die Steuerung eindringen könnten. Verwenden Sie niemals Wasser oder andere Flüssigkeiten, um die Steuerung zu reinigen.

Um zu gewährleisten, dass Verriegelungen bei Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten sicher durchgeführt werden können, sollten Trennschalter nach Möglichkeit außerhalb der Schutzabschrankungen angeordnet sein.

Unterbrechung der Stromzufuhr zum System mithilfe von Verriegelung/Kennzeichnung

Trennen Sie die Stromzufuhr der Steuerung unter Verwendung des Verriegelungs-/Kennzeichnungsverfahrens, um sicherzustellen, dass Dritte den Roboter nicht versehentlich einschalten, während sich ein Arbeiter zur Wartung oder Reparatur innerhalb der Schutzabschrankungen befindet. Weitere Informationen zur Verriegelung finden Sie im folgenden Abschnitt.
Namen der Teile und ihre Funktionen

Die Steuerung Modell B verfügt über keine Verriegelungsfunktion. Wenn Sie Wartungsarbeiten oder ähnliches bei ausgeschaltetem AC-Stromkabel durchführen, verriegeln Sie die Trennvorrichtung, die mit dem Stromkabel verwendet wird.

Design der Hand

Führen Sie die Verdrahtungs- und Verrohrungsarbeiten so durch, dass die Roboterhand das Werkstück (den zu greifenden Gegenstand) auch dann nicht loslässt, wenn die Stromversorgung des Robotersystems abgeschaltet wird.

Konstruieren Sie die Roboterhand so, dass ihr Gewicht und ihr Trägheitsmoment die zulässigen Grenzwerte nicht überschreiten. Die Verwendung einer Roboterhand, die die zulässigen Grenzwerte überschreitet, kann den Roboter übermäßigen Belastungen aussetzen. Dies verkürzt nicht nur die Lebensdauer des Roboters, sondern kann durch die zusätzlichen äußeren Kräfte, die auf die Hand und das Werkstück einwirken, zu unerwartet gefährlichen Situationen führen.

Wählen Sie die Größe der Hand sorgfältig aus, da der Roboterkörper und die Roboterhand sich gegenseitig behindern könnten.

Konstruktion der Peripheriegeräte

Bei der Konstruktion von Geräten zur Entnahme und Zuführung von Teilen und Materialien zum Robotersystem ist darauf zu achten, dass die Konstruktion eine angemessene Sicherheit für den Bediener gewährleistet. Wenn es erforderlich ist, Materialien zu entnehmen oder zuzuführen, ohne den Roboter anzuhalten, installieren Sie eine Shuttle-Vorrichtung, verwenden Sie SLP oder ergreifen Sie andere Maßnahmen, um sicherzustellen, dass der Bediener nicht in einen potenziell gefährlichen Bereich eintreten muss.
Ausführliche Informationen zu SLP finden Sie im folgenden Abschnitt.
Sicherheitsfunktionen

Stellen Sie sicher, dass eine Unterbrechung der Stromversorgung (Stromabschaltung) der Peripheriegeräte nicht zu einer gefährlichen Situation führt. Zusätzlich zu den Maßnahmen zur Verhinderung des Loslassens von gehaltenen Werkstücken, wie unter „Design der Hand“ erwähnt, müssen auch Maßnahmen ergriffen werden, um zu gewährleisten, dass andere Peripheriegeräte als die Roboter sicher anhalten können. Überprüfen Sie die Sicherheit der Geräte, damit keine gefährlichen Situationen entstehen, wenn der Strom abgeschaltet wird.

Fernsteuerung

Für die Sicherheit des gesamten Robotersystems müssen Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden, um die mit dem Starten und Stoppen von Peripheriegeräten per Fernsteuerung verbundenen Risiken auszuschließen.

Mit diesem Produkt kann das Robotersystem aus der Ferne bedient werden, indem den E/A der Steuerung eine Fernsteuerungsfunktion zugewiesen wird. Weitere Informationen finden Sie im folgenden Abschnitt.
E/A-Remote-Einstellungen
Wenn die Remote-Funktion aktiviert ist, sind die Ausführung von Bewegungsbefehlen und der E/A-Ausgang nur von einer Remote-Quelle aus verfügbar.

Ausschalten während des Betriebs des Manipulators

Schalten Sie die Steuerung nicht aus, während der Manipulator in Betrieb ist.
Wenn der Manipulator durch Ausschalten der Steuerung angehalten wird, während er in Betrieb ist, können die folgenden Probleme auftreten.

  • Verkürzte Lebensdauer und Beschädigung des Untersetzungsgetriebes
  • Positionsverschiebung an den Gelenken

Wenn die Stromversorgung der Steuerung aufgrund eines Stromausfalls oder einer ähnlichen Situation unterbrochen wurde, während der Manipulator in Betrieb ist, sollten Sie nach der Wiederherstellung der Stromversorgung die folgenden Punkte überprüfen.

  • Schäden im Untersetzungsgetriebe
  • Verschiebung der Gelenke aus ihrer korrekten Position
    Wenn es eine Positionsverschiebung gibt, führen Sie eine Nullpunkteinstellung aus.

Not-Aus

Jedes Robotersystem benötigt eine Vorrichtung, die es dem Bediener ermöglicht, den Betrieb des Systems sofort zu stoppen. Installieren Sie eine Not-Halt-Vorrichtung, indem Sie den Not-Halt-Eingang von der Steuerung oder anderen Geräten verwenden.
Weitere Informationen finden Sie im folgenden Abschnitt.
Not-Aus-Eingangsanschluss
E/A-Sicherheitsanschluss

Bevor Sie den Not-Halt-Taster verwenden, beachten Sie bitte die folgenden Punkte.

  • Der Not-Halt-Taster sollte nur in Notfällen zum Anhalten des Manipulators verwendet werden.
  • Neben der Betätigung des Not-Halt-Tasters im Notfall kann der Manipulator während des Programmbetriebs auch mit den Anweisungen Pause oder STOP (Programmstopp) angehalten werden, die einem Standard-E/A zugeordnet sind.
    Die Anweisungen Pause und STOP schalten die Motorerregung nicht ab, sodass die Bremse nicht blockiert wird.

Um das Robotersystem in einer (normalen) Situation, in der es sich nicht um einen Notfall handelt, in den Not-Halt-Modus zu versetzen, drücken Sie den Not-Halt-Taster, während der Manipulator nicht in Betrieb ist.

Drücken Sie den Not-Halt-Taster nicht unnötigerweise, wenn der Manipulator normal arbeitet.
Dies könnte die Lebensdauer der folgenden Komponenten verkürzen.

  • Bremsen
    Die Bremsen werden blockiert, wodurch sich die Lebensdauer der Bremsen aufgrund abgenutzter Bremsbeläge verkürzt.

    • Normale Lebensdauer der Bremsen:
      Etwa 2 Jahre (wenn die Bremsen 100-mal pro Tag verwendet werden)
      oder etwa 20.000-mal

  • Untersetzungsgetriebe
    Ein Not-Aus wirkt auf das Untersetzungsgetriebe ein, was dessen Lebensdauer verkürzen kann.

Bremsweg des Not-Halts
Der Manipulator kann während des Betriebs nicht sofort anhalten, nachdem der Not-Halt-Taster gedrückt wurde. Auch die Nachlaufzeit und der Bewegungsweg hängen von den folgenden Faktoren ab.

  • Handgewicht, WEIGHT-Einstellung, ACCEL-Einstellung, Gewicht des Werkstücks, SPEED-Einstellung, Bewegungshaltung usw.

Informationen über die Nachlaufzeit und den Bewegungsweg des Manipulators finden Sie im folgenden Handbuch.
„Manipulator-Handbuch – Appendix B. Stopping Time and Stopping Distance at Emergency Stop“

Sicherheitsabschrankung (SG)

Um einen sicheren Arbeitsbereich zu gewährleisten, müssen Schutzabschrankungen um den Manipulator herum eingerichtet und am Ein- und Ausgang der Schutzabschrankungen Schutztüren installiert werden.
Der in diesem Handbuch verwendete Begriff „Schutztür“ bezieht sich auf eine Sicherheitsvorrichtung mit einer Verriegelung, die, wenn sie geöffnet wird, das Betreten der Schutzabschrankungen ermöglicht. Dazu gehören insbesondere Schutztürschalter, Schutzabschrankungen, Lichtvorhänge, Schutztüren, Sicherheitstrittmatten usw. Die Schutztür ist ein Signaleingang, der die Steuerung des Roboters darüber informiert, dass sich ein Bediener innerhalb der Schutzabschrankungen befinden könnte. Sie müssen mindestens eine Sicherheitsabschrankung (SG) im Safety Function Manager zuweisen. Weitere Informationen finden Sie im folgenden Abschnitt.
E/A-Sicherheitsanschluss

Wenn die Schutztür geöffnet wird, schaltet die Schutzanschlagfunktion in den Zustand der „Schutztür offen“ um (Anzeige: SO).

  • Sicherheitsabschrankung offen
    Ein Betrieb ist nicht möglich. Ein weiterer Betrieb des Roboters ist erst möglich, wenn entweder die Sicherheitsabschrankung geschlossen, der verriegelte Zustand aufgehoben und ein Befehl ausgeführt wird oder eine der Betriebsarten TEACH oder TEST eingeschaltet und der Freigabeschaltkreis aktiviert wird.
  • Sicherheitsabschrankung geschlossen
    Der Roboter kann automatisch in einem uneingeschränkten Zustand (hohe Leistung) arbeiten.

WARNUNG

  • Wenn ein Dritter versehentlich die Sicherheitsabschrankung löst, während ein Bediener innerhalb der Schutzabschrankungen arbeitet, kann dies zu einer gefährlichen Situation führen. Zum Schutz des Bedieners, der innerhalb der Schutzabschrankungen arbeitet, sind Maßnahmen zu ergreifen, um den Schalter zur Freigabe der Verriegelung zu sperren oder zu kennzeichnen.
  • Schließen Sie zum Schutz der Bediener, die in der Nähe des Roboters arbeiten, die Schutztür an und stellen Sie sicher, dass sie ordnungsgemäß funktioniert.

Installieren von Schutzabschrankungen
Bei der Installation von Schutzabschrankungen innerhalb der maximalen Reichweite des Manipulators sind Sicherheitsfunktionen wie SLP zu kombinieren. Berücksichtigen Sie hierbei besonders die Größe der Hand und der zu haltenden Werkstücke, damit es zu keiner Beeinträchtigung zwischen den Bedienteilen und den Schutzabschrankungen kommt.
Einzelheiten zum maximalen Arbeitsbereich des Manipulators finden Sie im Manipulator-Handbuch.

Installieren von Sicherheitsabschrankungen
Konstruieren Sie die Sicherheitsabschrankungen so, dass sie die folgenden Anforderungen erfüllen:

  • Beim Gebrauch einer Sicherheitsvorrichtung mittels Schlüsselschalter ist ein Schalter zu verwenden, der die Kontakte der Verriegelung zwangsweise öffnet. Verwenden Sie keine Schalter, die ihre Kontakte durch die Federkraft der Verriegelung öffnen.
  • Bei Verwendung eines Verriegelungsmechanismus darf dieser nicht deaktiviert werden.
  • Halten Sie bei der Verwendung von Lichtvorhängen die Schutztür offen, bis der Verriegelungszustand aufgehoben wird.

Berücksichtigung des Bremsweges
Während des Betriebs kann der Manipulator nicht sofort anhalten, auch wenn die Sicherheitsabschrankung geöffnet ist. Auch die Nachlaufzeit und der Bewegungsweg hängen von den folgenden Faktoren ab.
Handgewicht, WEIGHT-Einstellung, ACCEL-Einstellung, Gewicht des Werkstücks, SPEED-Einstellung, Bewegungshaltung usw.

Informationen über die Nachlaufzeit und den Bewegungsweg des Manipulators finden Sie im folgenden Handbuch.
„Manipulator-Handbuch – Appendix C. Stopping Time and Stopping Distance When the Safeguard is Open“

Bitte beziehen Sie sich bei Ihren Berechnungen auf die oben genannten Werte und auf ISO13855.
Um die Entfernung zu verringern, verwenden Sie SLS oder SLP, um die erforderlichen Einschränkungen anzuwenden.

Vorsichtsmaßnahmen für den Betrieb der Sicherheitsabschrankung
Öffnen Sie die Sicherheitsabschrankung nicht unnötigerweise, wenn der Motor unter Spannung steht. Durch häufige Verwendung von Sicherheitsabschrankungen wird die Lebensdauer des Relais verkürzt.

  • Normale Lebensdauer des Relais: etwa 20.000-mal

Anwesenheitserkennungsgerät

Die oben erwähnte Schutzverriegelung ist eine Art Anwesenheitssensor, da sie die Möglichkeit anzeigt, dass sich jemand hinter den Schutzabschrankungen befindet. Wenn Sie ein separates Anwesenheitserkennungsgerät installieren, führen Sie eine vollständige Risikobewertung durch und achten Sie sorgfältig auf seine Zuverlässigkeit.

Beachten Sie die folgenden Punkte.

  • Das System ist so zu konstruieren, dass ein Bediener die Schutzabschrankungen nicht betreten bzw. erreichen kann, es sei denn, das Anwesenheitserkennungsgerät ist aktiviert oder die Gefahrensituation ist beendet.
  • Gestalten Sie das Anwesenheitserkennungsgerät so, dass es unabhängig vom Systemzustand einen ausfallsicheren Betrieb gewährleistet.
  • Wenn der Roboter bei Aktivierung des Anwesenheitserkennungsgeräts nicht mehr funktioniert, stellen Sie sicher, dass der Roboter den Betrieb erst wieder aufnimmt, wenn das erkannte Objekt entfernt wurde. Stellen Sie sicher, dass der Roboter nicht automatisch durch einen Vorgang neu gestartet werden kann.

Zurücksetzen von Schutztür

Stellen Sie sicher, dass das Robotersystem nur durch Bedienung von außerhalb der Schutzabschrankungen wieder in Gang gesetzt werden kann. Der Roboter darf niemals durch einfaches Zurücksetzen der Schutztür neu gestartet werden. Übertragen Sie dieses Konzept auf die Verriegelungen und Anwesenheitserkennungsgeräte für das gesamte System.

Roboterbedienfeld

Wenn ein Roboterbedienfeld installiert ist, achten Sie darauf, es an einer Stelle zu installieren, an der es von außerhalb der Schutzabschrankungen bedient werden kann.

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