Os sistemas de robôs industriais modernos dependem de infraestruturas cada vez mais complexas para suportar capacidades de inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina (ML) em constante evolução, conectividade contínua,Estes sistemas exigem sensores, hardware de segurança, proteção de circuitos e componentes de controlo para satisfazer os requisitos de largura de banda elevada,resposta em tempo real, e normas de segurança funcional rigorosas.
Este artigo explora as tecnologias fundamentais que suportam a tecnologia robótica da Indústria 4.0, com foco em sensores SICK, soluções de segurança,e como os componentes de controlo industrial da Eaton ajudam a conseguir um controlo de movimento seguroOs tópicos específicos de discussão incluem os principais fatores de condução da automação inteligente elástica, tais como a arquitetura de percepção,conformidade com a segurança da máquina, estratégias de controlo tolerantes a falhas e integração de redes de automação de borda distribuídas.
Sistema de detecção avançado para o ambiente dinâmico da fábrica
Como se mostra na figura 1, os robôs da Indústria 4.0 conseguiram uma operação segura e eficiente em oficinas de fábrica através de sensores avançados.Apesar de operar em condições difíceis, tais como mudança constante de luz, a presença de partículas no ar e vibrações mecânicas, estes sensores ainda devem ser capazes de processar rapidamente dados em tempo real para rastrear com precisão o pessoal, robôs móveis,e linhas de montagem em movimento rápido.
Braço Robótico da Indústria 4.0 Multi-Eixo da Igus
Figura 1: O braço robótico de múltiplos eixos da Indústria 4.0 utiliza sensores integrados e feedback em tempo real para obter uma operação precisa e rápida. (Fonte da imagem: Igus)
A plataforma robótica integra vários modos de sensores para garantir a percepção espacial e a resposta ao nível de milissegundos.O algoritmo de fusão de sensores agrega essas informações de entrada para gerar um modelo coerente em tempo real do ambiente operacional do robôO sistema visual controla a detecção e posicionamento de objetos, enquanto o scanner a laser de nível de segurança monitora aproximações não autorizadas dentro da área restrita.Sensores de tempo de voo (ToF) de baixa latência captam dados espaciais tridimensionais, permitindo o ajuste em tempo real do caminho e o comportamento consciente do contexto.
Os robôs também dependem de sensores internos e sensores de contacto para melhorar o controlo e a interação do movimento.pode fornecer feedback para agarrarOs sensores de proximidade indutivos, capacitivos e ultrassônicos podem detectar objetos próximos sem contato, e sua distância de detecção é geralmente menor do que os sistemas ToF.Codificadores e potencialômetros rastreiam posição e velocidade das articulações para planejamento preciso do movimento, enquanto as unidades de medição inercial (IMU) medem aceleração e velocidade angular para manter a direção e o equilíbrio.Sensores elétricos que monitorizam a corrente e a tensão para avaliar a carga do motor e detectar falhas.
Segurança dos robôs industriais baseada em normas
Os robôs da Indústria 4.0 devem cumprir normas internacionais de segurança rigorosas para proteger a segurança do pessoal e do equipamento.especificar os requisitos de segurança dos sistemas funcionais e de controlo dos sistemas robóticos de oficina de fábrica.
A norma ISO 13849 descreve as normas de projeto e validação dos componentes de controlo relacionados com a segurança.Esta norma adota uma abordagem baseada no risco e utiliza níveis de desempenho (PL) para classificar a integridade do sistema com base na gravidade dos perigosA IEC 62061 quantifica a redução do risco exigida para a segurança funcional de equipamentos elétricos, electrónicos, eletrodomésticos, dee sistemas de controlo programáveis que utilizam o nível de integridade de segurança (SIL)Estas normas especificam coletivamente os requisitos de concepção, implementação e validação para as funções de percepção e controlo em aplicações críticas para a segurança.
A norma ISO 10218 aplica esses princípios especificamente aos robôs industriais, cobrindo os requisitos de segurança para o projeto do robô, o layout da unidade de trabalho, a integração do sistema e a operação.Isso inclui o uso de sensores de segurança para realizar tarefas como parada de emergênciaEstes componentes devem satisfazer limites de desempenho e fiabilidade especificados e são normalmente demonstrados através de testes e validação estruturados.
As normas ISO 13849, IEC 62061 e ISO 10218 constituem o núcleo das normas de segurança dos robôs.incluindo a norma IEC 60204-1 de segurança elétrica e a norma ISO/TS 15066 de colaboração homem-máquina, alargaram o quadro básico para a implantação e integração da segurança.
Sistema de segurança integrado para a colaboração homem-máquina
O operador da fábrica adota soluções de segurança de fornecedores como a SICK e a Eaton para satisfazer os padrões em termos de funcionalidade e segurança da máquina.O sistema Safe EFI Pro da SICK utiliza sensores integradosOs robôs fixos e os robôs móveis são equipados com um sistema de controlo de velocidade, com controladores e actuadores para suportar o controlo em tempo real das funções de segurança, tal como se mostra na figura 2.o scanner a laser de segurança microScan, pode realizar a detecção de movimento adaptativa e dependente da situação em ambientes dinâmicos.
SICK microScan3 scanner a laser de segurança
Figura 2: O scanner laser de segurança microScan3 da SICK pode monitorizar áreas protegidas e detectar dinamicamente o movimento, fornecendo suporte para proteção adaptativa em ambientes industriais. (Fonte da imagem: SICK)
Os operadores também podem usar o Sistema de Proteção do Fim do Braço (EOAS) da SICK para manter uma zona de proteção dinâmica em torno da cabeça da ferramenta do robô.O EOAS utiliza a tecnologia ToF para alcançar uma colaboração segura homem-máquina sem contato com um tempo de resposta inferior a 110 milissegundos.
Como complemento a estes sistemas automatizados, a SICK fornece também componentes manuais e periféricos de segurança.O operador pode desligar rapidamente a máquina operando o interruptor de parada de emergência ES21 em caso de emergênciaO interruptor de segurança sem contacto STR1 adota a tecnologia RFID para obter a prova de adulteração e monitorização de proteção, suporta codificação avançada e está em conformidade com o padrão EN ISO 14119.