Содержание статьи
- Введение: коботы vs промышленные роботы
- Системы датчиков безопасности коботов
- Системы безопасности промышленных роботов
- Стандарты безопасности ISO 10218 и их обновления
- Технические ограничения и требования
- Сравнительный анализ безопасности
- Практические применения и примеры
- Перспективы развития систем безопасности
- Часто задаваемые вопросы
Введение: коботы против промышленных роботов
В современном производстве вопросы безопасности работников стоят на первом месте при внедрении роботизированных систем. Коллаборативные роботы (коботы) кардинально изменили подходы к автоматизации, предложив принципиально новую концепцию безопасности по сравнению с традиционными промышленными роботами.
Основное отличие заключается в философии работы: если промышленные роботы требуют полной изоляции от человека с помощью защитных ограждений и систем блокировки, то коботы изначально проектируются для безопасной совместной работы с персоналом. Эта разница достигается за счет комплексных технических решений в области сенсорных систем, алгоритмов управления и конструктивных особенностей.
Системы датчиков безопасности коботов
Безопасность коботов обеспечивается многоуровневой системой датчиков, которые работают в режиме реального времени для предотвращения травм персонала. Рассмотрим основные типы датчиков и их функции.
Силомоментные датчики
Силомоментные датчики представляют собой ключевую технологию безопасности коботов. Эти 6-осевые сенсоры измеряют силы и моменты по трем пространственным осям (X, Y, Z) и способны обнаруживать даже минимальные внешние воздействия.
| Характеристика | Типичные значения для коботов | Функция безопасности |
|---|---|---|
| Точность измерения силы | 0.1-1.0 Н | Обнаружение легких касаний |
| Время реакции | 1-10 мс | Мгновенная остановка движения |
| Диапазон измерения | 10-1000 Н | Контроль всех уровней воздействия |
| Частота обновления | 1000-8000 Гц | Непрерывный мониторинг |
Расчет безопасной силы контакта
Формула: F_max = P_limit / A_contact
где:
F_max - максимальная безопасная сила (Н)
P_limit - предел безопасного давления (Па) = 150 Па для человеческого тела
A_contact - площадь контакта (м²)
Пример: При площади контакта 0.01 м², максимальная безопасная сила составляет 1.5 Н
Системы компьютерного зрения
Современные коботы оснащаются системами технического зрения, которые анализируют рабочее пространство в режиме реального времени. Эти системы используют различные типы камер и алгоритмы обработки изображений.
Пример системы безопасности современного кобота
Коботы FANUC серии CR оснащены встроенными системами контроля силы и скорости, которые автоматически снижают скорость робота при приближении человека и полностью останавливают его при превышении заданных пороговых значений силы контакта. Система включает мягкое зеленое покрытие, которое снижает силу удара и устраняет острые углы для дополнительной безопасности.
Оптические датчики и лазерные сканеры
Оптоэлектронные датчики создают невидимые защитные барьеры вокруг кобота. При пересечении луча человеком система автоматически переводит робота в безопасный режим работы.
Системы безопасности промышленных роботов
Промышленные роботы полагаются на внешние системы безопасности, которые физически разделяют рабочие зоны робота и персонала. Эти системы основаны на принципе исключения контакта между человеком и роботом.
Защитные ограждения и блокировочные устройства
Согласно ГОСТ 12.2.072-98, промышленные роботы должны быть оснащены защитными ограждениями, которые препятствуют проникновению человека в рабочую зону робота. Система включает в себя:
| Компонент системы | Функция | Требования по ГОСТ |
|---|---|---|
| Защитное ограждение | Физический барьер | Высота не менее 1.8 м |
| Электромагнитный замок | Блокировка доступа | Категория безопасности PL d |
| Датчик открытия калитки | Контроль доступа | Двухканальное исполнение |
| Световая колонна | Индикация состояния | Видимость не менее 30 м |
| Оптический барьер | Дополнительная защита | Время реакции ≤ 40 мс |
Системы аварийной остановки
Промышленные роботы оснащаются многоуровневыми системами экстренной остановки, включающими кнопки аварийного останова, световые завесы и системы контроля присутствия персонала в опасной зоне.
Расчет тормозного пути промышленного робота
Формула: S = v² / (2 × a) + v × t_reaction
где:
S - тормозной путь (м)
v - скорость движения (2 м/с для промробота)
a - замедление при торможении (10 м/с²)
t_reaction - время реакции системы (0.04 с)
Расчет: S = 4 / 20 + 2 × 0.04 = 0.2 + 0.08 = 0.28 м
Стандарты безопасности ISO 10218 и их обновления
В феврале 2025 года была опубликована обновленная версия стандарта ISO 10218, который регулирует требования безопасности для промышленных роботов. Новая редакция включает существенные изменения, особенно касающиеся коллаборативных роботов.
Основные изменения в ISO 10218:2025
Новый стандарт вводит классификацию роботов на два класса в зависимости от уровня опасности:
| Класс робота | Характеристики | Требования безопасности | Примеры роботов |
|---|---|---|---|
| Класс 1 | Низкое геfahrenpotenzial | Упрощенные требования | Легкие коботы до 10 кг |
| Класс 2 | Стандартные и высокие риски | Полные требования стандарта | Промышленные роботы, тяжелые коботы |
Четыре типа коллаборативной работы по ISO 10218
Стандарт определяет четыре режима коллабораций между человеком и роботом:
| Тип коллаборации | Описание | Условия безопасности |
|---|---|---|
| Защитная остановка | Робот останавливается при приближении человека | Датчики движения, время реакции ≤ 500 мс |
| Ручное управление | Человек физически направляет движение робота | Скорость ≤ 250 мм/с, постоянный контроль |
| Мониторинг скорости и разделения | Робот снижает скорость при приближении человека | Градуированное снижение скорости по зонам |
| Ограничение мощности и силы | Контроль силы контакта с человеком | Максимальная сила ≤ 150 Н, давление ≤ 1 МПа |
Технические ограничения и требования
Обеспечение безопасности как коботов, так и промышленных роботов требует соблюдения строгих технических ограничений, которые влияют на их производительность и область применения.
Ограничения скорости и мощности коботов
Согласно ISO/TS 15066, максимальные параметры работы коботов ограничиваются требованиями биомеханической совместимости с человеком:
| Параметр | Максимальное значение | Область тела | Обоснование |
|---|---|---|---|
| Скорость движения | 1.5 м/с | Общее ограничение | Время реакции человека |
| Сила контакта (лицо) | 65 Н | Область лица | Защита от травм головы |
| Сила контакта (тело) | 150 Н | Туловище | Биомеханические пределы |
| Давление | 1 МПа | Любая область | Предотвращение повреждений |
Требования к промышленным роботам
Промышленные роботы не имеют прямых ограничений по скорости и силе, но должны соответствовать строгим требованиям по изоляции рабочего пространства:
Расчет минимального расстояния безопасности
Формула: S = K × T + C
где:
S - минимальное расстояние безопасности (мм)
K - константа скорости приближения (1600 мм/с)
T - общее время остановки системы (с)
C - дополнительное расстояние (850 мм)
Пример: При времени остановки 0.5 с: S = 1600 × 0.5 + 850 = 1650 мм
Сравнительный анализ безопасности
Для объективной оценки уровня безопасности проведем детальное сравнение ключевых параметров коботов и промышленных роботов:
| Критерий безопасности | Коботы | Промышленные роботы | Преимущество |
|---|---|---|---|
| Физическая изоляция | Не требуется | Обязательна | Коботы |
| Время остановки при опасности | 1-10 мс | 100-500 мс | Коботы |
| Контроль силы воздействия | Встроенный | Отсутствует | Коботы |
| Максимальная скорость | 1.5 м/с | 5-10 м/с | Промышленные |
| Полезная нагрузка | 3-35 кг | До 2000 кг | Промышленные |
| Стоимость системы безопасности | Встроена | 10-30% от стоимости робота | Коботы |
| Площадь, требуемая для установки | Минимальная | +50-100% для ограждений | Коботы |
Статистика травматизма
Согласно данным Международной федерации робототехники (IFR), уровень травматизма при работе с коботами значительно ниже:
Сравнение показателей безопасности
Коботы: Значительно более низкий уровень травматизма за счет встроенных систем безопасности
Промышленные роботы: Требуют дополнительных мер безопасности (ограждения, системы блокировки)
Основное преимущество коботов: Мгновенная остановка при контакте (1-10 мс) против 100-500 мс у промышленных роботов
Практические применения и примеры
Различия в системах безопасности определяют оптимальные области применения каждого типа роботов. Рассмотрим конкретные примеры успешного внедрения.
Применение коботов в производстве
Практическое применение коботов в производстве
Современные производители активно внедряют коллаборативные роботы для выполнения задач, которые ранее требовали постоянного присутствия человека. Коботы особенно эффективны в операциях сборки, упаковки и контроля качества, где их способность работать без защитных ограждений позволяет сократить производственные площади и повысить гибкость производственных процессов.
Сферы оптимального применения
| Применение | Коботы | Промышленные роботы | Ключевой фактор |
|---|---|---|---|
| Сборочные операции | Оптимально | Ограниченно | Точность и гибкость |
| Паллетирование | До 35 кг | Оптимально | Грузоподъемность |
| Контроль качества | Оптимально | Возможно | Взаимодействие с оператором |
| Сварка | Ограниченно | Оптимально | Опасные условия |
| Покраска | Не применимо | Оптимально | Химическая опасность |
Перспективы развития систем безопасности
Развитие технологий безопасности роботов движется в направлении более интеллектуальных и адаптивных систем. Ключевые тренды включают:
Искусственный интеллект в системах безопасности
Интеграция ИИ позволяет роботам предсказывать потенциально опасные ситуации и адаптировать поведение в режиме реального времени. Китайские исследователи уже разработали коботов, способных "читать" мысли операторов через анализ мышечной активности.
Усовершенствованные сенсорные системы
Новое поколение датчиков включает тактильные сенсоры, имитирующие человеческую кожу, и системы компьютерного зрения с возможностями распознавания эмоций и намерений человека.
Часто задаваемые вопросы
Источники информации
1. ГОСТ 12.2.072-98 "Роботы промышленные. Роботизированные технологические комплексы. Требования безопасности и методы испытаний"
2. ISO 10218:2025 "Robots and robotic devices - Safety requirements for industrial robots"
3. ISO/TS 15066:2016 "Robots and robotic devices - Collaborative robots"
4. Международная федерация робототехники (IFR) - World Robotics Report 2024
5. Universal Robots - Collaborative Robot Safety
6. FANUC - Collaborative Robot Technology
7. MarketsandMarkets Research - Collaborative Robot Market Analysis
