移动机器人,移动的目标

NIST的研究揭示了开发工业移动机器人安全标准的复杂性。为自主移动平台设计安全标准是一回事,但现在添加机器人手臂或其他类型的附件,无论是货架,输送机还是手提箱,甚至在它后面拖曳的另一辆车,安全隐患变得更加错综复杂。

我们曾在野外看到这些类型的系统。看看HIROTEC以前的应用,这个Bastian解决方案移动平台与安川机械臂(图)集成,用于机器人批量拾取。Bastian的移动机器人配备了视觉系统,作为机器人到货物的解决方案,一次可以挑选多种类型的产品,用于各种订单。

据Bastian表示,这款动态移动机器人使用安全扫描仪来检测并避免其工作区中的障碍物和人员。它有一个1级紧急关停按钮。移动平台遵循多个安全标准,包括ANSI / ITSDF B56.5无人驾驶及自动引导型工业车辆

“最终,如果您可以让移动平台和机器人手臂一起移动,并且能够协调其运动,以便您可以在几乎无限的工作量内将任何具有高重复性和准确度的工具专门设置在任何位置,那就是一个有利的技术,”Marvel设想了这样的可能性。

往大了想,飞机机身、轮船、火车,甚至是建筑物,都可以用移动机器人。

Marvel说,“这样就能够在工厂组装车间等高度动态环境中使用敏捷制造模式。”

随着行业的发展,越来越多的移动机器人项目出现,R15.08委员会要用尽全力才能跟上行业的发展,Marvel认为还有还多挑战。

“举个栗子,如果你的移动平台因为某些原因停止了,或者被按了紧急停止按钮,那平台上的机械臂必须知道这一点。实际上,它可能还需要知道为什么,特别是如果它试图做动态控制,其中移动平台和机械臂的运动需要通过工具协调以保持在一个特定的笛卡尔坐标。”

他认为控制信号也面临同样的挑战。

“机器人会告诉你它在想什么。移动平台会告诉你它在哪里。然后,这些信号需要集成在一起。在某些情况下,我们发现报告的位置和方向的值并不总是范围内的。”

换句话说,你接到的机器人报告信息并不是实时的,有些是旧消息。

Marvel说:“延迟,抖动或滞后,甚至只是一个位错误报告就可以戏剧性地影响整个集成方案的性能和安全。”

在编写新的安全准则时,R15.08委员会将考虑所有这些因素。终端用户输入对于进程至关重要。

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终端用户的意见至关重要

作为美容业机器人领导者,保洁的Lewandowski和同事Bob Bollinger是许多行业协会委员会的终端用户代表。他们说重要的是“在门口检查你的公司标志”,并讨论对整个技术最好的是什么。

Lewandowski在保洁工作了25+年,Bollinger则有30+年的从业经历,在保洁也干了18年了,他们都在保洁的机器人技术网络(Robotics Technology Network,RTN)部门。RTN利用机器人技术的经验来确定如何更好地在公司部署机器人,当然也会评估和测试新的机器人技术。

Bollinger表示,“作为终端用户,我们需要确定标准是清晰、有用且可部署的,并且根据这些标准生产的产品可以在工厂里安全使用。我认为终端用户的参与确实有助于委员会确定用例和挑战是什么。希望我们能就如何应对这些挑战提出明确的指导。”

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标准范围

委员会面临的首要挑战是确定其范围。 在一个不断发展中的行业,几乎每个月都会有初创企业和新兴技术出现,很难缩小焦点。经过委员会的几次会议后,RIA的标准开发总监表示,他们能够确定这一点。

R15.08工业移动机器人安全委员会所确定的工业范围,仅包括在商品生产及相关服务中使用移动机器人的产业,包括制造,仓储和物流领域的结构化和半结构化环境。

Franklin表示,“在工业空间里根移动机器人共处的人需要接受一些培训,以便他们知道如何跟机器人进行互动。”

除此之外还有一些能跟公众互动的移动机器人,比如酒店机器人,个人护理机器人,医疗保健及康复机器人,还有机器人游乐设施,指引将不会涵盖这些应用。

在此上下文中提到的移动仅指基于地面的系统,空中和水中的机器人均不在的范围内。

另外,还有一些移动平台也不在此范围内,比如载人叉车。遥控或远程操作的移动系统、轨道上的移动系统,如龙门架机器人同样也不包括在内。

机器人包括移动平台本身,即使没有机器人手臂安装在顶部。 但移动机器人必须拥有超越传统AGV的自主能力。传统AGV只需符合工业卡车标准(B56.5)。

Franklin说,R15.08文件不会对移动方式进行规定,不管是轮式、球式、履带还是腿式。也就是说,Atlas机器人也可以在仓库里搬运箱子,只要它能站稳脚跟。

安全标准将为移动平台及相关产品(货架,输送机或机器人手臂)等制造商以及集成解决方案提供指导。对于集成商来说,将提供把移动平台与机器人手臂集成的指导。

指引还将包括风险识别和风险评估,以及用于控制危险能量的地址锁定/标记(LOTO)建议。

关于制造商的第一部分和集成商的第二部分预计将在年底前完成初稿,而为终端用户提供指导的第三部分则会推迟一段时间。

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展望新技术

标准写作过程的一个重要部分是预测技术进步,特别是当标准将有助于塑造像移动机器人这样的发展领域的技术成熟度时。

Lewandowski说:“技术往往以比标准更新和发展更快的速度发生变化。标准制定者的最终目标是尝试预测技术的发展方向,而不是制定标准限制或阻止未来可以实现的新的更好的解决方案。”

他继续补充道,“如何检测移动机器人活动范围内的人,曾经由激光扫描仪和激光雷达实现的,3D视觉系统的全面革命和更好的检测系统(具有空间意识)将在未来实现更多不同的事情,因此我们需要确保标准能够适应这些类型的技术进步。”

Gerstenberger说:“我们不想阻止在制定标准时还不知道的新技术的发展,我们不想阻碍技术进步,而是希望能更好地应用它。”

随着技术的进步,情况会越来越复杂,尤其是当自由行动的机器人跟人类一起工作时。

NIST的Marvel提醒我们:“没有一个安全或不安全的机器人,主要是看你如何使用它、整合它,为了做到这一点,你必须做好风险评估。”

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要不要做风险评估?

这根本不是个需要讨论的问题。R15.06机器人安全标准明确规定,“风险评估必须进行,并不是可选项。”它还指出,“必须”这个词说明了符合标准的强制性要求。

“风险评估,风险评估,风险评估,”在移动机器人标准制定过程中,当SICK工业安全标准和能力经历Chris Soranno在问到供应商和终端用户应该在其中扮演什么角色时,他表示,“如果你不知道问题是什么,你是不可能解决这个问题的。就安全来说,找出问题的最好办法就是评估风险。”

Soranno也是R15.08委员会成员,在整个职业生涯中,有将近20年在从事机器人技术和工业安全,他看过很多应用。

Soranno说:“我们与内部员工和外部客户合作,帮助提高安全性方面的能力,其中包括在哪里找到标准,如何阅读和解释标准,以及如何实施这些标准的要求,以实现为员工提供安全的工作场所的目标。 他描述了风险评估过程中的基本步骤。

Soranno表示,“你必须先确定任务。你必须确定这些任务相关的危害。对于其中任何一个,您需要确定潜在的结果,这将是一个风险。根据受伤最严重的可能概率和最糟糕的可能概率对其进行评估。可以是基于频率、曝光度、曝光次数、人们对自身存在的风险的意识或者避免能力。 它是以100英里/小时的速度向你冲过去,还是爬得很慢所以你可以轻松躲过?”

应该由谁来做风险评估?

Soranno说,“这必须由一个团队来完成。他们必须是系统的深度使用者,他们要知道怎么跟它进行交互,不管他们是操作人员、维护人员还是生产人员。他们还应该包括前端。那么你有设备供应商熟悉系统能做或不能做的事情,以及任何其他组件供应商,无论是安全组件还是末端执行器供应商。”

什么时候应该重新评估风险?

宝洁的Lewandowski说,任何新机器(或机器人)进入公司都需要进行风险评估。

“我们总是试图从机器或设备的集成商开始,让他们进行第一次切割,或者对应用进行第一次风险评估。但一旦进入宝洁公司,我们就有一个过程,我们将继续在风险评估基础上进行,甚至在设备和机器安装在宝洁公司之后进行最后的风险评估。”

如果有过更改,则必须重新进行风险评估。

Lewandowski说:“如果曾经更改机器或过程的功能,则可以根据这些更改来审核风险评估并进行相应更改或更新。”

Bollinger说,“即使只是环境发生变化,例如地板、支架位置或地板上安装的机器,也需要重新评估风险。如果你把仓库的一个区域改变成人工拣货站怎么办?这会增加风险,特别是在同一个区域内还有移动机器人的时候。”

风险评估还必须解决移动机器人部署的环境。Soranno还注意到了某些环境条件,比如地板的摩擦质量,是不是很光滑,还有地板的倾斜度和平滑度等等。

他说,如果有人决定改变环境,制定一个流程也很重要,例如重刷地板,必须确保他们不会无意中改变移动机器人实现其安全等级所依赖的标志。

Soranno表示,“我做过成千上万的风险评估。系统的动态程度与风险评估的复杂程度成指数关系。如果你看电源面板,可以发现通常只有少数几种与机器交互的方式。你确定了那些任务,确定了每一个任务的危害,并想出了一些补救办法来减少那些风险到可以接受或者可以忍受的程度。”

将这个过程应用到安装在移动平台上的动态机器人中,它会变得更加复杂。

Soranno说,“当你移动机器人的时候,它比按钮更加动态,并且有很多种使用方式,不仅如此,还可以在它部署进行修改,以新的方式使用,提高了风险评估的复杂性。现在你把这个动态机器人放在一个可以在工厂的任何地方移动的平台上,也就是指数曲线。现在你有更多潜在的任务或交互。”

他还补充道,“你不只是担心人们面对着机器人走过去。机器在工厂里移动的时候,可能从背后追上人类,这个过程将变得更加复杂和困难。”