作者 Stefan Sattler 是西门子数字工业部门的营销经理。图片来源：西门子

工业机器人是制造业不可或缺的一部分：它们搬运半导体元件、分拣唇膏和移动汽车车体。尽管机器人技术用途广泛，但到目前为止，在拥有工业机器人的工厂中，相应的机器安全措施并不灵活。这种情况在基于软件的安全解决方案中得到改变。

不仅是工业机器人的数量对工厂和机器的安全提出了新的要求，而且机器人的密度也在不断增加。根据国际机器人联合会的数字，2020年，全球制造业每10000个工作岗位就有126个机器人，几乎是2015年的两倍。

德国的机器人越来越多

德国每万名员工拥有371台机器人，仍然远远高于平均水平。2020年在自动化程度最高的国家中排名第四，排在韩国、新加坡和日本之后。这种增长的后果可以在许多生产线上看到。越来越多的机器与工业机器人一起工作或结合使用。使用了各种各样的运动学类型：6轴关节机器人、龙门机器人SCARA系统和三角拣选机--这些机器人必须在越来越狭窄的空间内与车间里的人类一起工作，甚至在必要时进行合作。

关注工厂和机器安全

这些发展对机器安全意味着什么？在机械指令中有相应的规范，根据这些规范，工业机器人被认为是不完整的机器。只有在与所有设备和保护措施整合到机器或生产环境中后，才是完整的机器。这意味着发布欧共体符合性声明的义务是由各机器制造商或集成商承担的。而这恰恰是挑战之一所在。因为特别是考虑到对更多的生产和灵活的机器和工厂概念的竞争--工业机器人正是其中的一个核心组成部分--工厂安全作为开发和实施新解决方案的成本和时间因素进入视野。

安全围栏要么需要很大的空间，以确保机器人不接触围栏，必要时使其变形并伤害机器操作员。另外，栅栏可以放在离机器人更近的地方--但这时必须在轴关节上安装机械挡板或锁，以相应限制机器人的运动。然而，这种解决方案不是很灵活：如果控制程序或自动化任务有变化，这些挡板可能必须以不同的方式安装。此外，每种类型的运动学对工作和保护空间都有自己的要求。一个新的工具或工件也可能意味着必须调整保护措施。机器制造商必须在他的机器安全概念中考虑到所有这些因素，对它们进行规划，并在最后将它们记录下来--这就是为什么他经常发现机器安全是创新的一个障碍。

基于软件的机器安全，具有灵活性

有了正确的解决方案，机器中的运动系统不仅可以安全地运行，而且还可以灵活地、高度地生产。当不同类型运动学的运动控制通过Simatic控制系列中的技术对象或Sinumerik One的Sinumerik Run MyRobot进行控制时，Simatic安全运动学接管了运动的安全监控。这意味着，在安全方面，与机器有关的运动学也是工厂自动化的一部分。Simatic安全运动学软件解决方案由两部分组成：安全功能块，用于安全监控各运动学的轴位；工程设计，用于在TIA门户中简单配置安全解决方案。

到目前为止，机器人和员工主要是通过机械和建设性措施彼此分开的。借助基于软件的安全解决方案，机器人现在可以安全地使用，但更加灵活和高效。图片来源：西门子

更紧凑的系统和更高的生产力

这种基于软件的解决方案的一个关键特性是可以在机器或系统中定义和安全监控不同的区域：允许机器人移动的工作区域和不允许机器人移动的保护区。安全区域监控意味着及时检测到机器人与先前建模区域之间的碰撞，以便系统可以在机器人到达安全围栏之前将其停止。这确保了防护栅栏和机器人之间始终有足够的距离，这意味着防护栅栏可以安装在离机器人更近的地方。这显着减少了机器人单元所需的空间/面积。一个经过深思熟虑的安全解决方案还为最佳利用可用空间创造了先决条件。

安全区域监控的另一个好处：可以实施灵活的区域概念，使系统更加高效。只要操作员距离危险区域足够远，例如 6 轴关节机器人，就不必停止。如果操作员接近机器人，运动系统的速度会降低并安全监控。不仅在工具中心点监控速度，而且在机器人、工具和工件上的任何其他点都监控速度。您不必停止机器人，它可以在远离操作员的地方执行其他任务，例如继续处理工件或继续处理任务。

高效的项目规划

运动学的相应安全概念可以在统一的环境中轻松实施。为此，该过程在 TIA Portal 中进行组态。通过导入 CAD 数据，运动学和环境条件可以毫不费力地真实地显示出来。在 3D 编辑器中，可以离线模拟或在线复制真实运动学的运动——考虑到不同的工具和工件几何形状。通过这种方式，可以轻松检查运动学的运动方式、区域是否已正确定义或机器人手臂是否会穿过防护栏。这些区域违规会立即显示给用户，以便他可以相应地调整配置。

可以在安全程序中定义相应的安全反应，例如根据运行模式或其他安全设备的操作。例如，可以在设置操作期间限制机器人的速度，以便它可以随时安全停止。这意味着员工也可以留在机器人的工作区域内进行新工件或新动作的示教。最后，验收测试助手支持用户验证和确认安全功能以及系统安全文档。