Współpraca małych robotów i ludzi

Bezpośrednia współpraca robota z człowiekiem niesie ze sobą wiele korzyści. Inteligencja i możliwości człowieka dobrze uzupełniają precyzję i szybkość działania maszyny. A maszyna taka jak robot przemysłowy będzie również znacznie bardziej uniwersalna i pomocna niż stacjonarne, specjalizowane urządzenia. Niestety, jeszcze niedawno zorganizowanie takiej współpracy było praktycznie nierealne i dopiero ostatnio opracowane roboty pozwalają na realizację tej koncepcji.

Zagrożenia

Głównym problemem związanym z organizacją współpracy człowieka z robotem jest zagrożenie, na które narażony byłby ten pierwszy z nich. Zdecydowana większość robotów jest instalowana w klatkach, które osłaniają operatorów przed zbyt szybkimi ruchami ramion urządzeń i niebezpiecznymi końcówkami roboczymi.

W przypadku, gdy robot ma pracować w bezpośrednim otoczeniu człowieka, konieczne jest zapewnienie wysokiego poziomu bezpieczeństwa. Powstały na ten temat już konkretne standardy, takie jak np. ANSI/RIA R15.06-2012 i ISO 10218:2011, które obejmują różne przypadki aplikacji robotów w przemyśle. Określają konkretne warunki i procedury, konieczne dla uzyskania bezpiecznej współpracy ludzi z robotami. W praktyce bezpieczeństwo osiąga się poprzez zastosowanie szeregu różnych technologii, takich jak analizowanie sił, wykrywanie kolizji i użycie elastycznych ramion.

W przypadku uniwersalnych robotów z pojedynczym ramieniem, ogranicza się wartość siły, jaką robot może użyć do wykonania konkretnego ruchu. Programista jest w stanie określić siłę potrzebną do podniesienia, przeniesienia i manipulowania konkretnymi obiektami, w przypadku normalnej pracy maszyny. Jeśli w trakcie ruchu ramienia okaże się, że konieczne jest użycie większej siły, by wykonać zaplanowane zadanie, robot automatycznie wykrywa tę sytuację i błyskawicznie zatrzymuje się. W praktyce dotyczy to przypadków, gdy w trakcie ruchu ramię robota natrafi na obiekt, który nie powinien się znajdować w danym miejscu – np. właśnie na rękę operatora. Zatrzymanie maszyny chroni człowieka przed uderzeniem z dużą siłą.

Nowoczesne roboty przeznaczone do współpracy z ludźmi mają niekiedy nie tylko czujniki sił, ale też monitorują dodatkowo moc pobieraną w danej chwili przez maszynę, co tym bardziej zwiększa bezpieczeństwo. Ciekawą opcją jest też podział pracy na tryb sztywny i elastyczny. W drugim z nich ramię robota można łatwo poruszyć – np. odepchnąć. Robot może też przechodzić w tryb elastycznych w momencie wykrycia kolizji i powracać do trybu sztywnego po określonym czasie.

Zmiany trybu pracy lub np. szybkości działania i limitów używanych sił, mogą być podyktowane nie tylko upływem konkretnej ilości czasu, ale też określonymi zdarzeniami. Przykładowo, zamontowanie kurtyn ograniczających dostęp do stanowiska pracy robota pozwala monitorować, czy operator nie wszedł w zasięg ramienia i na tej podstawie zmieniać warunki pracy robota.

W końcu, zastosowanie elastycznych aktuatorów zamiast tradycyjnych przekładni pozwala na zabezpieczenie operatora przed urazem. Jeśli ramię robota natrafi na przeszkodę, sprężyny umieszczone w przegubach maszyny naciągną się i ramię nie poruszy się poza przeszkodę. Jednocześnie daje to dodatkowy czas na wykrycie zdarzenia i cofnięcie ramienia, dzięki czemu tym bardziej zwiększa się poziom bezpieczeństwa.

Korzyści

Rozwiązanie problemów bezpieczeństwa robotów współpracujących z ludźmi pozwala osiągnąć wiele korzyści z takich aplikacji. Obecnie większość robotów jest też zaprogramowana do wykonywania ściśle określonych zadań – podobnie jak maszyny specjalizowane, z tą różnicą, że robota można łatwo przeprogramować do innego zadania, a przebudowa maszyny nie jest taka prosta lub w ogóle nie jest możliwa. Użycie robota do wspomagania człowieka pozwala na zastosowanie innego podejścia – takiego, w którym robot nie dostaje konkretnego, powtarzalnego zadania, a raczej jest wyposażany w funkcje, których użycie będzie zależało od operatora. Tak zaprogramowany robot może być traktowany bardziej jako pracownik – czy też po prostu jako maszyna, udostępniająca funkcję pracownika.

Nowe sposoby programowania

Zaletą możliwości bezpośredniej pracy człowieka z robotem jest też szansa na jego bardzo intuicyjne zaprogramowanie. Zamiast stosować konkretny język programowania i opisywać w nim konkretne pozycje, w których powinien ustawić się robot oraz określać profile ruchu, programista uczy robota, samodzielnie przesuwają ramię do konkretnych pozycji. Przechodzi z roli programisty do roli nauczyciela, która jest nie tylko znacznie prostsza i bardziej intuicyjna, ale też szybsza i nie wymaga tak długotrwałej nauki programowania. Oczywiście, wszelkie szczegóły ruchu można później doprecyzować za pomocą odpowiedniego kodu, o ile tylko zajdzie taka potrzeba.