Demystifikace kolaborativních průmyslových robotů

Zde uvádíme překlad podstatné části zprávy, kterou nám poskytl jeden ze členů IFR – společnost FANUC.
Kolaborativní (spolupracující) průmyslové roboty jsou určeny k pracovním úkonům ve spolupráci s pracovníky v průmyslu. IFR definuje dva typy kolaborativních robotů. Do první skupiny spadají kolaborativní roboty odpovídající normě ISO 10218-1, která stanoví požadavky a směrnice pro jejich základní bezpečnou konstrukci a ochranná opatření a uvádí informace pro používání průmyslových robotů. Do druhé skupiny patří kolaborativní roboty, které nesplňují požadavky normy ISO 10218-1. To však neznamená, že tyto roboty nejsou bezpečné. Mohou splňovat požadavky jiných bezpečnostních norem, např. národních nebo vnitropodnikových.

Vlastnosti kolaborativních robotů
U jednotlivých typů kolaborativních robotů existuje řada rozdílů z hlediska souladu s výše uvedenými normami a rozsahem kontaktů robotů s pracovníky u spolupracujících aplikací. Na jedné straně technického spektra jsou tradiční průmyslové roboty pracující v odděleném prostoru, do něhož mohou pracovníci periodicky vstupovat, aniž by museli roboty vypínat a zabezpečovat výrobní buňku. To je časově náročný proces, který může stát tisíce dolarů za jednu minutu prostoje. Pracovní prostor robotů lze vybavit senzory, jež snímají pohyby lidí a zajišťují, že robot pracuje velmi pomalu nebo se zastaví, octne-li se pracovník ve vymezeném prostoru.
Na druhém konci spektra jsou průmyslové roboty určené výslovně k práci společně s lidskou obsluhou, a to ve sdíleném prostoru. Tyto roboty (často označované jako koboty) mají řadu různých technických charakteristik, které zajišťují, že nemohou způsobit jakoukoli újmu (škodu), když s nimi pracovník přijde do přímého styku. Tyto charakteristiky zahrnují lehké materiály, zaoblené obrysy, vycpávání „kůže“ (se zabudovanými snímači) a snímače u podstavce robota nebo u spojů, které měří a ovládají sílu a rychlost a zajišťují, že nepřesahují určené prahové hodnoty v případě kontaktu.

Zajištění bezpečnosti
Stejně jako jiná průmyslová strojní zařízení musí být bezpečné i kolaborativní roboty. Mezinárodní organizace pro normalizaci (ISO) vypracovala normy pro roboty pracující ve čtyřech typech spolupracujících režimů. Pokud robot splňuje požadavky těchto norem, může být použit v podstatě bezpečně.
Avšak bezpečný robot sám o sobě v praxi ještě nezaručuje bezpečnou spolupráci s pracovníkem. Proces, při němž bezpečný kobot drží ostrý nástroj, není bezpečný, ať již kobot pracuje jakkoli pomalu. Koncoví uživatelé proto musí vypracovat rizikové zhodnocení zamýšlené aplikace, aby si byli jisti, že splňuje právně závazné normy pro zdraví a bezpečnost práce v jejich zemi. Toto zhodnocení se týká celé aplikace a zahrnuje: pracovní prostor, robota, koncový efektor, nástroje, zpracovávané díly a jiné prvky, jako např. kabeláž a osvětlení, které by mohly být zdrojem rizika.

Varianty spolupráce člověk–průmyslový robot
Spolupráce člověk–robot může probíhat v řadě variant, od sdíleného pracoviště bez jakéhokoli přímého styku člověka s robotem nebo synchronizace úkolů až k robotu, který přizpůsobuje svůj pohyb v reálném čase pohybu určitého pracovníka.
IFR má běžně za to, že nejobvyklejší aplikací pro koboty jsou sdílené aplikace, kde robot a lidská obsluha pracují vedle sebe a postupně vykonávají jednotlivé pracovní operace. Roboty obvykle vykonávají nudné nebo opakovatelné operace.
Aplikace, při nichž v reálném čase robot reaguje na pohyb pracovníka – např. změnou úhlu uchopovače tak, aby odpovídal úhlu, pod kterým pracovník podává robotu díl k zpracování – jsou z technického hlediska výzvou. Jelikož robot se potřebuje přizpůsobit pohybu pracovníka, jehož pohyby nelze zcela předvídat, koncový uživatel si musí být jist, že všechny parametry potenciálního rozsahu pohybů robota splňují bezpečnostní požadavky. Příklady komunikativní spolupráce v průmyslovém prostředí se nejspíš ještě brzy neobjeví ve většině výrobních odvětví, která spoléhají na přesnost a opakovatelnost vedoucí ke zvyšování produktivity práce.

Výhody kolaborativních robotů
Koboty jsou ekonomicky rentabilní cestou k automatizaci a ke zlepšení produktivity práce a jakosti. Lze je použít k automatizaci částí výrobní linky s minimálními změnami nebo pro podniky, které dosud výrobní proces neautomatizovaly (většinou malé a střední firmy). Koboty umožňují výrobcům automatizovat ty části výrobního procesu, které jsou pro lidi zdlouhavé – od nošení dílů a zakládání do strojů až k ověřování jakosti, což je činnost, kterou člověk jen velmi těžko bude provádět pečlivě po delší dobu.
V minulosti bylo od systémových integrátorů v oblasti robotiky požadováno, aby instalovali, programovali a provozovali roboty. Programová rozhraní jsou nyní intuitivnější, a to jak u tradičních robotů, tak i u novějších kobotů. Odborníci na systémovou integraci jsou stále žádáni u složitých aplikací a u těch, která vyžadují přestavbu celého výrobního procesu. Avšak u jednodušších, nezávislých aplikací může i pracovník s minimálními zkušenostmi s robotikou snadno přesunout robot na jinou práci. To je zvlášť důležité pro výrobce s malými výrobními sériemi. Koboty jsou obvykle lehké konstrukce a lze je snadno přemísťovat po celém podniku. Zabírají méně podlahové plochy, což je pro výrobce významná nákladová položka. Tato kombinace charakteristik oslovuje trh koncových uživatelů, kteří jsou v automatizaci pomocí robotů nováčky, a nemají nebo neplánují získat schopnost být experty v automatizaci.
Průmyslové roboty obvykle pracují na pevném místě, existuje však i poptávka po mobilních průmyslových robotech, které kombinují mobilní bázi s (kolaborativním) robotem. Takový robot může např. přenášet materiál z jednoho pracoviště a někde ho vyložit, nebo ho na jiném místě upnout do stroje.

Jak vybrat robota?
Výběr správného robota, ať už tradičního nebo kolaborativního, se řídí tím, k jakému účelu je určen. Pokud primárními automatizačními kritérii jsou rychlost a absolutní přesnost, nebude žádná forma aplikace s kobotem ekonomicky rentabilní. V takovém případě bude, a to i v budoucnu, dávána přednost tradičnímu, průmyslovému robotu umístěnému v kleci. Pokud díl, se kterým robot manipuluje, může být v pohybu nebezpečný, kupř. má-li ostré hrany, je určité ohrazení robota nutné. To platí i pro koboty, které se po dotyku zastavují. Jiným faktorem, který ovlivňuje ekonomickou rentabilitu, je míra, do jaké musí být robot začleněn do soustavy jiných strojů ve výrobním procesu. Čím větší je toto začlenění, tím větší jsou náklady spojené s jeho instalací.
Kolaborativní průmyslové roboty jsou nástrojem, který podporuje zaměstnance v jejich práci, přičemž je zbavuje řady těžkých, neergonomických, zdlouhavých a únavných úkonů, jako např. držet těžkou součást v požadované poloze, aby do ní jiný pracovník mohl zašroubovat šrouby. Avšak stále existuje mnoho úkonů, které jsou pro člověka snadné, ale těžko se automatizují, třeba práce s nevytříděnými díly a nepravidelné nebo pružně zvlněné tvary. Dokončovací operace jako leštění a broušení, které vyžadují stálou kontrolu správného přítlaku na díl, se rovněž nedají dost dobře rentabilně automatizovat. Kolaborativní robotika zde výrobcům umožňuje zvyšovat produktivitu práce použitím robotů jako doplňku lidské zručnosti.

Trend vývoje kolaborativní robotiky
Trh s koboty je stále ještě v plenkách. Koncoví uživatelé a systémoví integrátoři získávají zkušenosti o tom, co funguje a nefunguje v oblasti konstrukce a zavádění kolaborativních aplikací. Technický rozvoj snímačů a uchopovačů slibuje rozšíření rozsahu činností, které může koncový efektor vykonávat. Programová rozhraní budou ještě intuitivnější nejen u kobotů, ale i u tradičních průmyslových robotů.
Předpovědi růstu trhu s koboty se značně liší a některé prognózy ani nedělají rozdíl mezi sektorem výroby a odborným servisem. IFR si proto dává za cíl vypracovat spolehlivé statistiky a předpovědi o trhu s kolaborativními průmyslovými roboty, založené na obchodních údajích od dodavatelů robotů. Předběžné výsledky ukazují, navzdory medializaci, že méně než 4 % z 381 000 průmyslových robotů instalovaných ve světě v roce 2017 byly koboty.

Daniel Havlíček

Publikováno: 22. 7. 2019 | Počet zobrazení: 1223 233