HR-RECYCLER

¿Es realmente seguro que las personas compartan espacio de trabajo con robots? Robotnik en el proyecto HR-RECYCLER

La Industria 4.0 y las fábricas inteligentes son un marco propicio para las empresas que se plantean crecer. El sector tecnológico, en concreto la robótica colaborativa, está en constante desarrollo para dar respuesta a los nuevos retos que presenta este contexto.

Nuevos retos

Como decía Ángel Soriano en esta entrevista, ‘uno de los desafíos principales a los que nos enfrentamos en el desarrollo de los proyectos de I+D son los entornos dinámicos e impredecibles. Es uno de los factores más críticos a la hora de ofrecer una solución aplicable a distintos escenarios o casos de uso'.

Frente a estos escenarios cambiantes y dinámicos, es necesario ofrecer la máxima seguridad para que robots y humanos puedan operar de forma eficaz y con todas las garantías.

Este post muestra cómo la velocidad se adapta al entorno para que el robot cumpla su misión lo más rápido posible manteniendo la seguridad del sistema.
Los AMR actuales son más potentes, más avanzados y más productivos, por lo que la seguridad se ha convertido en un elemento fundamental y en el reto clave para una colaboración eficaz con los operarios.

HR-RECYCLER es un proyecto H2020 de I+D que desarrolla una Planta híbrida de reciclaje humano-robot para el reciclaje de equipos eléctricos y electrónicos.
Robotnik, como proveedor de hardware, se encarga de desarrollar nuevos conceptos de UAV capaces de manejar material dentro de fábricas inteligentes y preprocesar materiales RAEE por procedimientos robóticos automáticos (categorización de dispositivos eléctricos/electrónicos, desmontaje, clasificación de los componentes del dispositivo, etc.).

La seguridad es la clave

Para Robotnik, como fabricante de robots con experiencia desde 2002, y dentro del entorno colaborativo del proyecto HR-RECYCLER, este aspecto es especialmente importante ya que humanos y robots trabajarán codo con codo.

En artículos anteriores se ha hablado de la importancia de la seguridad centrándose en el aspecto predictivo/anticipatorio, es decir, la señalización y cómo se implementa en los AMR. Además de esto, la seguridad también implica aspectos como evitar colisiones, la ralentización o la detención de los robots y la comodidad de los humanos cuando un robot móvil autónomo trabaja a su alrededor.

Pero, ¿cómo funciona esto realmente? ¿Cómo garantiza Robotnik la seguridad de sus robots?

Robotnik pretende garantizar la seguridad de sus robots mediante el cumplimiento de la norma EN ISO 3691-4:2020, relativa a Carretillas industriales - Requisitos de seguridad y verificación - Parte 4: Carretillas industriales sin conductor y sus sistemas.

Para el cumplimiento de la normativa y además de los reglamentos concretos de cada país, este ofrece al lector una breve descripción sobre qué, por qué y cómo se alcanzará el conjunto de premisas de la ISO relacionadas con el movimiento.

En primer lugar, el robot debe estar adecuadamente diseñado para permitir que el sistema reduzca la velocidad, detenga el movimiento o modifique su comportamiento en función de las condiciones ambientales, tal y como se recoge en la ISO mencionada anteriormente, los requisitos mínimos de hardware en cuanto a garantizar el movimiento son:

  • Sistema de frenado: el robot necesita estar equipado con un sistema de frenado capaz de funcionar cuando el robot está apagado y también capaz de detener el sistema cuando los actuadores están fuera de control.
  • Sistema de control de velocidad:el robot debe estar equipado con un sistema de control de velocidad para enviar una señal de parada en caso de exceso de velocidad. También tiene que estar alineado y ser compatible con la estabilidad de la plataforma.
  • Sistema de control de la dirección: el robot necesita controlar el ángulo de dirección de los actuadores para controlar la estabilidad del robot.
  • Dispositivos de protección y medidas complementarias: para detectar personas en los recorridos en modo automático, los robots deben estar equipados con sensores capaces de detectar personas y correctamente instalados para ello. Si estos dispositivos no pueden funcionar en el sentido del movimiento, la velocidad máxima debe ser inferior a 0,3 m/s.

Una vez que esta parte ya está instalada en el robot y correctamente integrada, la configuración y las áreas de control deben estar alineadas con las capacidades del robot. Para comprobar todos los componentes, los robots tienen instalado el módulo PLC seguro, un controlador de seguridad modular ajustable para aplicaciones de seguridad y el núcleo del proceso de supervisión. El nivel de seguridad realmente alcanzado viene determinado por el cableado externo, la forma en que se implementa el cableado, la configuración, la selección de los activadores de comandos y la forma en que están dispuestos en la máquina.
En los robots de Robotnik, el sentido del cableado y de la interacción es el siguiente:

safety

 

Configuración

El PLC seguro se comunica con los frenos electromecánicos para activar la seguridad y detener o reducir la velocidad del robot. La configuración depende del diseño, la función y el área de trabajo del robot. Si el personal puede acceder a la trayectoria de la lanzadera, deben implementarse ciertas condiciones de seguridad de acuerdo con las normas aplicables, por lo que el robot debe ser capaz de actualizar este nivel de seguridad en tiempo real:

  • Áreas láser. Los escáneres láser utilizados pueden conmutar entre dos tipos de áreas: el área de advertencia, donde el robot reduce su velocidad máxima como prevención; y el campo de protección, donde el robot detiene su comportamiento si algo le cierra el paso. Ambos campos están configurados para aumentar proporcionalmente a la velocidad. La distancia mínima del campo de protección para el límite de velocidad máxima más bajo es de 0,3 m.
  • Límite de velocidad: los límites de velocidad se incluyen como una de las condiciones en la ISO para garantizar que el robot podrá detenerse antes de chocar y con una distancia restante, los límites también pueden reducirse para mejorar la estabilidad de la base o la carga. La velocidad máxima permitida debe ser inferior a 0,3 m/s si los sistemas de detección de personal (es decir, los escáneres láser) están silenciados y sólo pueden ser utilizados por los trabajadores especializados. Si el robot no trabaja cerca de las personas y tiene un gran espacio para trabajar, la velocidad máxima es de 1,2 m/s con el sistema de detección de personal activo. En la siguiente tabla se resumen todos los casos posibles de velocidad:

  • Ángulo de dirección: la dirección del movimiento es también uno de los condicionantes ya que la estabilidad puede verse afectada o el robot puede tener zonas no cubiertas por la seguridad.

 

Configuración específica

En el marco del proyecto se diseñaron dos tipos de robots: el RB-KAIROS+ que es una plataforma omnidireccional montada con un manipulador, y el RB-ARES, que es una transpaleta robotizada.

La configuración del RB-KAIROS+ cuenta con frenos de seguridad, dos botones de emergencia accesibles, un sistema de monitorización de la tracción en cada rueda y dos láseres 2D instalados y situados en dos de sus esquinas. Los escáneres proporcionan al robot un rango de visión de 360º de su entorno. El rango de visión detecta cualquier obstáculo situado a una altura de 170 mm del suelo, que es la altura recomendada para detectar las piernas del personal.

El RB- KAIROS + está configurado, de serie, para activar la parada de emergencia al detectar un obstáculo a una distancia de 1.000 mm. Esta configuración puede ser modificada en función del entorno o de la aplicación a realizar, siempre que no comprometa la seguridad de los usuarios.

 

El robot tiene una zona de seguridad predefinida en el plano horizontal, determinada por la detección de láseres de seguridad. Cuando se detecta un obstáculo o una persona dentro de la zona de seguridad, el RB-KAIROS+ se detiene hasta que la zona vuelve a estar libre. El tamaño de la zona de seguridad depende de la velocidad de la base móvil.

Cuando la base está estática o tiene una velocidad inferior a 0,15 m/s, la zona de seguridad es la que se detalla en el siguiente esquema:

Esta superficie aumenta con la velocidad de la base móvil hasta alcanzar las dimensiones máximas con una velocidad de 1m/s:

Una vez alcanzada la velocidad máxima de 1,3m/s, la plataforma se detiene por razones de seguridad.

En el caso de la transpaleta, está configurada con los frenos de seguridad, el sistema de control de la dirección y la tracción y un único láser 2D instalado y situado en la parte delantera, que le confiere un rango de visión de 270º. El rango de visión detecta cualquier obstáculo situado a una altura de 170 mm del suelo y está configurado para activar la parada de emergencia al detectar un obstáculo a una distancia de 250 mm.safety

El robot tiene una zona de seguridad predefinida en el plano horizontal, determinada por la detección láser de seguridad. El tamaño de la zona de seguridad depende del vector de velocidad de la base móvil, es decir, de su módulo, sentido y dirección de movimiento. Se definen varias regiones pequeñas y sólo se activan las que están en la dirección y sentido del vector de movimiento.

safety zone

Cuando la base es estática o tiene una velocidad inferior a 0,15 m/s, la zona de seguridad es la que se detalla en el siguiente esquema:

Esta superficie aumenta con la velocidad de la base móvil hasta alcanzar las dimensiones máximas con una velocidad de 1,2 m/s:

Conclusiones

La seguridad es una parte crucial que hay que tener en cuenta a la hora de diseñar un AMR que trabaje en un escenario colaborativo entre humanos y robots. Dentro del diseño de soluciones robóticas, Robotnik trabaja para conseguir una sinergia total entre los componentes para construir y desarrollar robots capaces de trabajar de forma segura entre humanos y que, al mismo tiempo, representen una solución eficiente y rentable para la empresa que apuesta por la implantación de la robótica.

 

 


industry 4.0

Robots móviles y seguridad: la experiencia de Robotnik en el proyecto HR-RECYCLER

Los robots colaborativos han pasado a primer plano en la escena internacional al generalizarse la Industria 4.0. Hoy tenemos robots más potentes, más avanzados y más productivos, por lo que la combinación robots móviles y seguridad es un elemento clave.

La seguridad es la clave

Para Robotnik, como fabricante de robots con amplia experiencia y dentro del entorno colaborativo del proyecto HR-Recycler, este aspecto es especialmente importante ya que humanos y robots trabajarán codo con codo. La solución propuesta para transportar materiales dentro de una fábrica tiene que hacerse de forma segura.

Para este proyecto, los robots diseñados son el RB-KAIROS+ (manipulador móvil) y el RB-ARES (transpaleta). Es realmente importante cómo los robots móviles mostrarán la intención de movimiento, elevación o manipulación.

industry 4.0

 

Para garantizar el correcto funcionamiento en el complejo marco de este proyecto, Robotnik ha dotado a sus robots de sensores y señalizadores que permiten al robot proceder con seguridad y mostrar sus objetivos de forma anticipada.

Los fabricantes pueden introducir medidas de seguridad en sus operaciones automatizadas de varias maneras. El tipo y la complejidad de estas medidas variarán según la aplicación robótica.

Para garantizar la máxima seguridad, existen ciertas reglas y normas de seguridad que estos robots colaborativos deben cumplir. En Europa se encuentran en la norma EN ISO 3691-4:2020 e ISO 12100:2010 6.4.3

rb-ares mobile robot

Aplicación de la normativa ISO

Este post pretende dar al lector una breve descripción sobre qué implica y como se aplica esta normativa.

En primer lugar, ¿qué incluye la normativa ISO? La normativa sobre sistemas de alerta dice:

  1. Cuando se inicie cualquier movimiento después de un estado de parada de más de 10 segundos, se activará una señal de aviso visible o acústica durante al menos 2 segundos antes del inicio del movimiento.
  2. Durante cualquier movimiento se activará una señal de aviso visible o acústica.
    Si los medios de detección humana están activos, la señal será diferente.
  3. Cuando los robots cambien su dirección desde una trayectoria recta, se dará una indicación visible de la dirección que debe tomar antes de que cambie la dirección en caso de que el robot se conduzca de forma autónoma.
  4. Cuando el elevador esté activo, deberá haber una señalización especial.

La solución propuesta es un software de dos pasos que gestionará las señales del robot, explicado a continuación tras el diagrama y en las celdas rojas:

El robot_local_control es un nodo gestor que tiene información sobre el estado de todo el robot: estado del elevador, meta activa, misión terminada, etc. A la derecha, un grupo de nodos que gestiona el movimiento del robot con un nivel de prioridad:

  • Robotnik_pad_node: El trabajador utiliza un pad PS4 para controlar el robot y este nodo transmitirá las órdenes (modo no autónomo).
  • Nodos de planificación de rutas: de igual manera que Move_base, controla el robot (modo autónomo).

Robotnik ha instalado en sus robots móviles dos formas de alertar a los usuarios de las instalaciones: dispositivos acústicos o indicadores luminosos a través de acoustic_safety_driver y leds_driver.

industry 4.0

Como se puede ver, hay dos pasos para unir las partes superior e inferior, un nodo para transformar el movimiento en señales para mostrar la intención del robot y otro para orquestar los dos tipos de señales y gestionar los requisitos de la normativa.

Un controlador de señales de giro está destinado a resolver el primer y el cuarto requisito de la normativa en función del modo del robot (autónomo o no autónomo).

En modo no autónomo, y como dice la norma, el movimiento depende de un personal debidamente autorizado y formado por lo que basta con mostrar que el robot se mueve leyendo la orden de movimiento y comprobando la velocidad aplicada.

En modo autónomo el robot navega hacia un punto de destino a través de una trayectoria calculada por el planificador, además gestiona el AMR para evitar obstáculos de forma dinámica y por ello es importante alertar a los trabajadores en todo momento.

¿Cuál es el proceso?

Esta es una breve descripción de la función, que tiene en cuenta el plan y recalcula al mismo tiempo que el planificador para poder mostrar la predicción más actualizada del movimiento.

 

Por último, el robot_signal_manager pretende resolver el resto de problemas ya que tiene acceso al estado del robot, muestra una señal luminosa o una señal acústica 2 segundos antes del movimiento, da prioridad a las señales de emergencia (en consonancia con el comportamiento del robot, las señales rojas significan que el robot se detendrá) y las señales que no son exclusivas se muestran mediante balizas o señales acústicas.

 

La zona ocupada es una de las señales no exclusivas. Los robots tienen unas balizas extra que parpadean en rojo cuando hay algo en la zona de protección (cerca del área de movimiento del robot, de la zona crítica) y en amarillo se indica cuando hay algo en la zona de advertencia (cerca de la zona de protección).

 

Resumiendo

La seguridad no sólo consiste en detener el robot o evitar un choque cuando se produce la colaboración entre humanos y robots. Con el desarrollo de estos nodos, Robotnik pretende no sólo disminuir la probabilidad de accidente o cumplir con las premisas de la ISO de seguridad, sino también ayudar a los trabajadores a sentirse más cómodos con las decisiones del robot móvil y acercar la colaboración humano-robot, mostrando señales claras sobre la actuación del robot.


protesis-investigacion

Investigación sobre prótesis para brazos con Barrett Hand y WAM

La necesidad de investigar sobre una mano protésica con un sentido del tacto es algo que tanto amputados como investigadores han sido muy conscientes desde durante mucho tiempo, pero la creación de este tipo de manos robóticas no es trivial.

Verónica Santos, doctora en UCLA, está realizando una investigación para avanzar en el desarrollo de manos y los brazos protésicos que se puedan sentir como si fuera una extremidad nativa. Santos está construyendo un lenguaje del tacto que puedan comprender tanto un ordenador como un ser humano mediante el uso de sensores BioTac® de SynTouch, para explorar objetos de formas variadas, tamaños y texturas, mediante el uso de BarrettHands en un par de brazos WAM™ de Barrett Technology para controlar estas exploraciones.

Mientras tanto, el investigador de la Universidad Case Western, Dustin Tyler, también está trabajando en el desarrollo de tecnología para avanzar en manos protésicas. Su investigación se centra en la transmisión de datos sensoriales para amputados, implantando de electrodos que rodean los nervios, los datos de los sensores en las manos de prótesis pueden ser transmitidas al cerebro.


Novedades NAO

La Universidad de North Carolina Wilmington a través de su unidad de estudio de niños con autismo ha llevado a cabo una investigación para explorar como a través de los humanoides de la empresa francesa aldebaran se puede ayudar a los niños con autismo a socializarse con su entorno y aprender habilidades básicas del día a día.

Según UNCW, el comité está integrado por investigadores en el campo de la educación, la informática y el departamento de economía.


Euron

Robotnik nuevo miembro de EURON, la red Europea de Investigación en Robótica.

EURON es una comunidad con un interés común: la robótica. Su objetivo es juntar los mejores grupos y recursos en investigación, industria y educación en Europa para demostrar y mejorar la calidad de la robótica en Europa.