Kobot – przyszłość przemysłowej robotyki

Taki też cel przyświecał powstaniu robotów współpracujących, nazywanych coraz częściej kobotami (od ang. collaborative robot). Sama idea kobotów zaproponowana została w 1996 r. przez dwóch profesorów z Northwestern University – J. Edwarda Colgate’a i Michaela Peshkina. Prace nad kobotami zlecił im General Motors w odpowiedzi na zapotrzebowanie na tego typu roboty w branży motoryzacyjnej. W 1997 r. zgłosili oni patent opisujący kobota jako „urządzenie i metodę bezpośredniej fizycznej interakcji między osobą a manipulatorem ogólnego przeznaczenia kontrolowanym przez komputer”. W 2002 r., inżynierowie z General Motors zaproponowali termin Inteligentne Urządzenie Wspomagające (Intelligent Assist Device – IAD) jako alternatywną nazwę dla kobota, szczególnie w kontekście montażu samochodów. W 2002 r. opublikowano pierwszy projekt normy bezpieczeństwa dla urządzeń IAD, a w 2016 r. zaktualizowane wytyczne, zaproponowane przez General Motors, posłużyły do opracowania normy bezpieczeństwa opisującej współpracę na linii człowiek–kobot. W 2002 r. pojawiły się też na rynku pierwsze modele przemysłowych kobotów.

Pierwszy europejski kobot, LBR 2 firmy KUKA, pojawił się w 2004 r. Ten lekki, sterowany komputerowo robot powstał jako rezultat trwającej od 1995 r. współpracy niemieckiego instytutu Aerospace Center i firmy KUKA. Stanowił on początek dobrze znanej linii kobotów firmy KUKA – począwszy od modelu LBR 4 z 2008 r. do KUKA LBR iiwa z 2013 r. Universal Robots zaprezentował zaś swojego pierwszego robota współpracującego, którego oznaczono symbolem UR5 w 2008 r. W 2012 r. pojawił się model UR10, a w 2015 r. stołowy kobot UR3. Kolejna firma Rethink Robotics zaprezentowała swojego pierwszego przemysłowego robota współpracującego Baxter w 2012 r., a już znacznie mniejszego i bardzo szybkiego kobota Sawyer w 2015 r. Maszyna ta, była pierwszym robotem współpracującym przeznaczonym do realizacji zadań o wysokiej precyzji.

Warto w tym miejscu też wspomnieć o japońskiej firmie FANUC, będącej obecnie największym producentem robotów przemysłowych na świecie – sprzedała ona łącznie do tej pory ponad 400 tys. robotów. Pierwszy kobot FANUC opuścił mury fabryki w 2015 r. Był to ciężki robot współpracujący FANUC CR-35iA o udźwigu 35 kg. Od tego czasu FANUC wprowadził na rynek mniejsze linie robotów współpracujących, w tym modele FANUC CR-4iA, CR-7iA i wersję CR-7/L z długim ramieniem.

Boston Dynamics Jedna z najsłynniejszych i najbardziej spektakularnych firm pracujących nad robotami przyszłości, które zaliczyć można do robotów czwartej generacji jest amerykańska firma Boston Dynamics. Jest to firma, która specjalizuje się w konstruowaniu robotów zdolnych do samodzielnego poruszania się na czterech lub dwóch kończynach w dowolnym terenie. Jej roboty potrafią się same podnieść, otwierać drzwi, skakać przez przeszkody a nawet, jak udowodnił to człekokształtny robot Atlas, wykonywać salta w tył, niczym prawdziwy olimpijczyk. Z kolei robot o nazwie SpotMini to robot kamerdyner, który może być użyteczny w każdym domu. Maszyna potrafi podawać przedmioty do rąk, otworzyć i podać puszkę z napojem czy szklankę z wodą bez rozlewania. Boston Dynamics zastosował tu technologię wzorując się na chodzie kur z charakterystycznym ruchem ciałem, podczas którego głowa pozostaje nieruchoma. SpotMini potrafi też stabilizować rękę podczas ruchu pozostałych części korpusu robota.

Kobot vs. Robot

Standardowe roboty przemysłowe stosuje się przede wszystkim po to, by zastąpić człowieka urządzeniem dysponującym dużą siłą, szybkością działania i precyzją ruchów. Ponadto roboty z jednej strony eliminują zagrożenie dla zdrowia i życia człowieka wykonując czynności niebezpieczne lub pracując w warunkach szkodliwych, z drugiej strony same stwarzają zagrożenie bezpieczeństwa. Wynika to, w zależności od aplikacji, z sił wykorzystywanych do poruszania robotem, przenoszenia dużych obciążeń i znacznych szybkości pracy maszyny. Oznacza to, że elementy robocze robota charakteryzują się dużą wartością pędu, co przy zderzeniu ramienia czy elementu roboczego z człowiekiem skończy się dla tego drugiego tragicznie. Innymi słowy, ruch dosyć masywnego, sztywnego, metalowego ramienia roboczego robota powoduje istotne zagrożenie dla osób znajdujących się w bezpośredniej strefie robota. To dlatego roboty przemysłowe pracują zawsze albo w klatce, albo otoczone są optycznymi kurtynami bezpieczeństwa, które wstrzymają pracę maszyny w chwili, gdy tylko ktoś przekroczy linię zabezpieczeń strefy bezpieczeństwa.

Warto zauważyć, że robotów współpracujących nie wyposaża się w napędy o wysokiej mocy, dzięki czemu w razie kolizji z człowiekiem są znacznie mniej niebezpieczne. Ponadto koboty charakteryzują się lekką konstrukcją mechaniczną i wyróżniają się obłymi kształtami ruchomych elementów. Dzięki temu, w razie mechanicznego uderzenia w pracownika, robot nie wyrządzi człowiekowi zbyt dużej krzywdy, o czym za chwilę. Istotne są tu też zaawansowane system bezpieczeństwa tak, aby robot współpracujący mógł bez problemu pracować w sąsiedztwie człowieka.

W odróżnieniu od klasycznych robotów przemysłowych, koboty zostały tak zaprojektowane, aby nie stanowiły zagrożenia dla ludzi pracujących w ich bezpośrednim otoczeniu. Jest to możliwe za sprawą wykorzystania szeregu sensorów, m.in. czujników siły zamontowanych w przegubach, które wykrywają zmiany sił działających na robota, kamer i czujników monitorujących strefę pracy oraz najbliższą okolicę. Istotne są też modyfikacje parametrów pracy robota, a także wprowadzone zmiany konstrukcyjne do mechanicznych elementów maszyny. Dzięki temu kobot automatycznie wykrywa kolizje z innymi obiektami i natychmiast na nie reaguje. Jeśli w trakcie ruchu uderzy osobę lub jakikolwiek przedmiot znajdujący się w jego otoczeniu, błyskawicznie się zatrzyma lub cofnie. Roboty współpracujące monitorują siłę potrzebną do ruchu i gdy ta zaczyna odbiegać od zadanych parametrów, wstrzymują pracę lub cofają się do pozycji bezpiecznej.

Dodatkowym zabezpieczeniem jest pokrycie robota miękkim materiałem oraz pozbawienie wszystkich jego elementów ostrych krawędzi i kantów. Dobrym pomysłem jest także schowanie wszystkich przewodów do wewnątrz obudowy, dzięki czemu eliminuje się niebezpieczeństwa zaplątania się w luźno zwisające przewody. Wszystkie te zabiegi sprawiają, że jakiekolwiek uderzenia nie będą powodować takich szkód, jak w wypadku kolizji z tradycyjnym robotem przemysłowym. Często spotykanym rozwiązaniem są amortyzowane osłony, które dodatkowo absorbują wstrząsy. Należy pamiętać, że pozostaje zawsze zagrożenie wynikające z działania końcówki roboczej, ale dotyczy to również urządzeń obsługiwanych przez pracowników.

Warto zwrócić uwagę na system kontroli siły zderzenia lub siły z jaką robot może zadziałać na człowieka, a także na możliwość dowolnego definiowanie rożnych, stref bezpieczeństwa, dzięki czemu robot wyłączy się zanim dojdzie do fizycznego kontaktu. Wszystko to sprawia, że roboty współpracujące nie biją rekordów szybkości pracy, ani nie charakteryzują się dużym dopuszczalnym udźwigiem, ale dzięki temu mogą w miarę bezpiecznie pracować wspólnie z ludźmi i są w stanie wykonywać zadania, których wcześniej maszyny nie mogłyby samodzielnie realizować.

Jakie są korzyści z wprowadzania robotów do przemysłu? István Balázs, Technical Support Engineer, OnRobot Roboty pomagają firmom zmniejszać koszty, osiągać wyższą produktywność i marżę. Ale nie chodzi tylko o to. Roboty wykorzystywane w firmach produkcyjnych zapewniają również powtarzalność procesów – to z kolei powoduje wzrost jakości produktów. Po drugie, robotyzacja uelastycznia proces produkcyjny – nawet małe przedsiębiorstwa są w stanie realizować duże zamówienia w krótkim czasie – roboty mogą pracować 24/7. Większa elastyczność i możliwość zastosowania robotów w różnych procesach pozwala firmom konkurować na rynku i wytwarzać kastomizowane produkty, utrzymując jednocześnie koszty na konkurencyjnym poziomie. Uniwersalnym rozwiązaniem są roboty współpracujące, które nadają się zarówno dla małych, jak i dużych przedsiębiorstw. Dzięki łatwej obsłudze, funkcjom bezpieczeństwa i elastyczności ruchów mogą wspierać pracowników w nieskończonej liczbie zadań. Rozwój w obszarze sensoryki przyczynia się do zwiększania liczby czynności, które mogą być z korzyścią automatyzowane z użyciem robotów współpracujących. Dostarczane przez OnRobot chwytaki, czujniki i inne wyposażenie ułatwiają automatyzację i podnoszą efektywność zastosowania technologii robotów współpracujących w obszarach pakowania, kontroli jakości, transportu materiałów, utrzymania maszyn, montażu, spawania itd. Obecny rozwój współpracujących narzędzi montowanych na końcu ramienia robotycznego powoduje, że automatyzacja jest możliwa w obszarach wcześniej niedostępnych – np. z uwzględnieniem bardzo małych elementów lub delikatnych materiałów. To otwiera nowe możliwości dla firm ze wszystkich sektorów.

Zalety kobotów

Nowe możliwości wynikają przede wszystkim z faktu połączenia umiejętności człowieka, ludzkiej inteligencji czy zręczności z precyzją działania maszyny. Algorytmy rozpoznawania obrazów, uczenie maszynowe i sztuczna inteligencja sprawiają, że robot wykonując zaprogramowane działania unika kontaktu z człowiekiem. Co ważne, uczy się też zachowań ludzi, z którymi współpracuje. Człowiek pracujący w bezpośrednim sąsiedztwie robota wspomaga pracę maszyny, ułatwiając robotowi realizację trudniejszych lub nietypowych zadań. Często zdarza się, że to człowiek podaje robotowi elementy do obróbki, dzięki czemu unika się konieczności stosowania i budowy systemu różnego rodzaju skomplikowanych automatycznych podajników i stosowania kamer i systemów rozpoznawania obrazu.

Jednak to maszyna najczęściej podaje pracownikom obrabiane komponenty i utrzymuje poddawane operacjom technologicznym podzespoły czy elementy w odpowiedniej pozycji i w razie potrzeby zmienia ją. Dzięki temu pracownik może bez problemu wykonywać założone operacje technologiczne. Trzecim, również często stosowanym w praktyce przemysłowej sposobem podziału zadań między człowieka a maszynę, jest oddanie tych najbardziej niewygodnych, żmudnych i niebezpiecznych prac w ręce robota. Chodzi tu między innymi o to, że jeśli dana czynność wymaga dużej precyzji niemożliwej do osiągnięcia w warunkach przemysłowych przez człowieka, czynności te ceduje się na robota. Podobnie, gdy zachodzi obawa o możliwość zranienia pracownika, np. poparzenia przy trzymaniu obrabianego, gorącego elementu, czynność taką powierza się robotowi.

Warto zauważyć, że instalacja kobota jest zwykle dużo tańsza niż klasycznego robota przemysłowego. Nie ma tu potrzeby automatyzacji i wprowadzania istotnych modyfikacji stanowiska roboczego. Zrobotyzowanego gniazda nie trzeba wydzielać, ani też instalować elementów ochronnych, jak np. bariery. Robot współpracujący wymaga tylko jego instalacji i odpowiedniego zaprogramowania – podobnie, jak w wypadku szkolenia nowego pracownika i wyznaczenia mu miejsca pracy.

Klasyfikacja samodzielności robota roboty pierwszej generacji to maszyny odtwarzające wyłącznie zadany im ruch. Roboty te nie są w stanie zmienić trajektorii ruchu, a jedynie wiernie go naśladować. Gros starszych robotów przemysłowych należy właśnie do robotów pierwszej generacji; roboty drugiej generacji to roboty wyposażone fabrycznie w proste czujniki, które pozwalają na wykrywanie obiektów, rozróżnianie ich barw i kształtów. Są one w stanie wykonywać zaprogramowane sekwencje ruchów w zależności od analizy danych pochodzących z czujników. Większość obecnie instalowanych w fabrykach nowych robotów należy do drugiej generacji; roboty trzeciej generacji to maszyny korzystające z systemów wizyjnych, albo innych podsystemów umożliwiających orientowanie się w przestrzeni. Grupa ta obejmuje najbardziej zaawansowane wdrożenia współczesnych robotów. Większość robotów współpracujących należy również do tej kategorii; roboty czwartej generacji to roboty o sterowaniu adaptacyjnym. Do tej grupy należą wszystkie roboty konstruowane m.in. przez firmę Boston Dynamics; – roboty piątej generacji to w pełni inteligentne systemy zrobotyzowane. Obecnie trwają pierwsze wstępne prace nad tego typu rozwiązaniami.

Charakterystyka kobotów

Najnowocześniejsze koboty standardowo wyposaża się we wbudowane systemy wizyjne lub/i precyzyjne czujniki siły i momentu we wszystkich przegubach ramienia. Wielu użytkowników uważa system wizyjny za jeden z najważniejszych elementów wyposażenia, ponieważ znacząco zwiększa funkcjonalność robota współpracującego. Dzięki temu maszyna „orientuje się” w przestrzeni i ma możliwość lokalizacji osób, narzędzi, detali oraz przedmiotów według zadanego wzorca i w określonym obszarze roboczym. Na podstawie informacji z systemu wizyjnego, kobot samoczynnie może podnosić przedmioty czy narzedzia, dostosowując położenie chwytaka lub narzędzia do orientacji i obiektu w przestrzeni. Co więcej, robot współpracujący może odbierać i podawać przedmioty z rąk lub do rąk człowieka. Najnowsze algorytmy uczenia maszynowego i systemy rozpoznawania obrazu sprawiają, że nauczenie kobota lokalizowania i pobierania przedmiotów trwa dosłownie kilka chwil.

Drugim istotnym elementem robota współpracującego jest bardzo czuły system pomiaru siły oraz momentu, który pozwala na pracę w trudnych do zautomatyzowania warunkach, w których do niedawna mogli pracować jedynie ludzie. Dzięki wyżej sensorom, kobot zachowuje się nie tylko bezpiecznie w stosunku do otoczenia, ale ma też dokładne informacje na temat siły, momentów oraz momentów obrotowych na wszystkich swoich ruchomych elementach. W ten sposób robot współpracujący może być swobodnie użyty do montażu elementów skomplikowanych dopasowywanych na tzw. wcisk lub precyzyjnie umieszczać podzespoły wyczuwając kliknięcie oznaczające prawidłowe umocowanie elementu lub wyczuwać również punkt końcowy ruchu. Dotąd takie prace potrafił wykonywać jedynie człowiek. Dzięki zastosowanym sensorom siły, kobot nie ma też najmniejszego problemu z określeniem faktu, że właśnie umieścił coś w pudełku czy kontenerze. Robot po prostu wyczuwa dotykiem ścianki i dno pojemnika. Co więcej, na podstawie tych informacji może on również odłożyć trzymany przedmiot we właściwym miejscu, czy podać przedmiot czlowiekowi.

Czy wprowadzanie robotów do przemysłu stanowi zagrożenie dla rynku pracy? Marcin Gwóźdź, menedżer ds. rozwoju sprzedaży w Polsce, Universal Robots Rynek pracy to bardzo złożony temat. Nasze roboty są przeznaczone przede wszystkim do zastosowania we współpracy z człowiekiem – operator i kobot pracujący razem, aby zrealizować wyznaczone zadania. W przeszłości, firmy z Europy Środkowo-Wschodniej miały dostęp do relatywnie niedrogiej siły roboczej – obecnie te rezerwy są bliskie wyczerpania. Roboty mogą wypełnić tę lukę i pomóc firmom w osiąganiu konkurencyjności, ponieważ poprawiają standaryzację jakości oraz standaryzację produkcji. Te dwa parametry pozwalają określić, czy firma jest w stanie produkować dla globalnego rynku w sposób konkurencyjny. Tylko wtedy gdy firma jest rentowna i konkurencyjna, może tworzyć nowe miejsca pracy i rozszerzać swoją działalność. Poza tym robotyzacja pozwala na przesuwanie zasobów ludzkich z powtarzalnych procesów do obszarów  wysokomarżowych. Dlatego niektóre zawody związane z określonymi, prostymi do zautomatyzowania procesami – przykładowo montaż – mogą zniknąć.  Jednak robotyzacja tworzy nowe miejsca pracy  w innych dziedzinach. Kreuje zapotrzebowanie na nowe zawody związane z programowaniem robotów, kontrolą i ich wdrażaniem do systemu produkcyjnego. Właśnie dlatego bardzo ważne jest, aby szkoły ponadpodstawowe oraz uczelnie współpracowały z przemysłem. Rynek pracy zmienia się i powinniśmy być gotowi do tych zmian i już teraz przygotowywać ludzi do nowych profesji.

Koboty w fabryce

W tym miejscu warto również zastanowić się nad przydatnością kobotów w konkretnych zastosowaniach w zakładzie produkcyjnym. Jest to o tyle istotne, że wdrożenie tradycyjnych robotów przemysłowych jest dość kosztowne, a samo urządzenie trudne w przeprogramowywaniu i adaptacji do nowych zadań. Fakt ten do niedawna dość znacznie ograniczał pole ich stosowania. Na szczęście, dzięki nowym, przyjaznym interfejsom użytkownika w aplikacjach do sterowania i algorytmom pozwalającym śledzić podczas programowania ruch wykonywany przez operatora przesuwającego odpowiednio elementy i ramiona robota, staje się to łatwiejsze, również w wypadku standardowych robotów przemysłowych.

Współczesne modele kobotów, dzięki łatwym w użyciu, graficzno-ruchowym aplikacjom do ich programowania, pozwalają szybko zrobotyzować poszczególne elementy linii technologicznej, nawet w wypadku produkcji średnio- i krótkoseryjnej. Robot współpracujący może bez problemu przez kilka godzin pracować przy obsłudze centrum obróbczego CNC, aby go za chwilę fizycznie przenieść do magazynu i przysposobić do sortowania wysyłanych do klienta wyrobów. Jak widać kobota można szybko i łatwo zaadaptować do nowych zadań. Oczywiście, kobot, jak każdy inny robot może pracować non stop, zapewniając przy tym 100% powtarzalność czynności, co przekłada się na jakość wykonywanej pracy.

Roboty współpracujące to również dynamicznie rosnący segment rynku, dzięki czemu są one dostępne pod względem finansowym również dla małych i średnich firm, a nie tylko dużych, międzynarodowych korporacji. Obecnie koszt wdrożenia kobota jest porównywalny z zakupem samochodu lub kilku-, kilkunastomiesięcznymi kosztami pracy osoby zatrudnionej na linii produkcyjnej. W Polsce można obecnie zanotować bardzo dynamiczny wzrost sprzedaży kobotów, co spowodowane jest faktem, że coraz więcej firm na globalnym rynku stosuje już urządzenia, które są znacznie bardziej efektywne i pozwalają obniżyć koszty produkcji przy jednoczesnym wzroście jakości.

Jako przykład zastosowania robotów współpracujących, tam gdzie robotyzacja jest wyjątkowo trudna, można podać przemysł meblarski. W przemyśle tym wymaga się precyzji i dokładności na wszystkich etapach wytwarzania mebli. Jak podaje firma Universal Robots, zakład produkcyjny, niezależnie od swojej wielkości, może przy wykorzystaniu kobotów poprawić jakość produktów dzięki zapewnieniu dokładności procesów produkcyjnych. Ramiona robota współpracującego zapewniają precyzję na poziomie ±0,1 mm, gwarantując wyższą jakość od poziomu możliwego do zrealizowania przez człowieka.

Koboty sprawdzają się w większości zastosowań związanych z wkręcaniem śrub, doskonale nadają się również do odmierzania takich samych ilości kleju i nie wymagają przy tym specjalnego, wydzielonego obszaru roboczego. Mogą być również bardzo szybko przeprogramowane i stosowane do współpracy z różnymi maszynami. Przykładem wdrożeń w przemyśle meblarskim i pokrewnych są firmy Etalex, kanadyjski producent systemów regałów, oraz kalifornijska firma RSS Manufacturing and Phylrich, która produkuje armaturę wodociągową. W pierwszej z nich zamontowano 25 kobotów Universal Robots z serii UR10, w drugiej wdrożono kilka sztuk tego modelu do maszyn sterowanych numerycznie.

Zalety wdrażania robotów w przemyśle Łukasz Wojtczak, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Nie ulega wątpliwości, że istnieje wiele powodów, dla których przedsiębiorcy decydują się na inwestycję w roboty. Najistotniejszą cechą robotów przemysłowych, która sprawia, że chętniej sięgają po nie nie tylko duże zakłady produkcyjne, ale również coraz częściej małe i średnie przedsiębiorstwa jest niezawodność oraz elastyczność, pozwalające na realizację różnorodnych zadań. Do najważniejszych zalet robotyzacji należy z pewnością wzrost wydajności produkcji, zwiększenie powtarzalności i elastyczności wytwarzania produktów, poprawa i stabilizacja jakości, poprawa bezpieczeństwa, odsunięcie człowieka od wykonywania ciężkiej i monotonnej pracy. Minęły już czasy, kiedy inwestycja w roboty przemysłowe zwracała się w ciągu wielu lat. Obecnie jej czas zwrotu może wynieść, w zależności od wielkości zrobotyzowanej aplikacji, nawet rok lub dwa lata. W dobie personalizacji produkcji przedsiębiorcy coraz częściej mówią o tym, że najważniejsza dla ich potrzeb staje się także elastyczność systemu. Troska o maksymalne skrócenie czasu przezbrajania robotów wynika z potrzeby skrócenia czasu reakcji na określone zamówienie. Aby utrzymać pozycję firmy na konkurencyjnym rynku, przedsiębiorstwa muszą reagować szybko i produkować, w niewielkich partiach, zindywidualizowane wolumeny różnorodnych produktów. Można powiedzieć, że obecnie powstaje nowy rozdział w historii robotyki. W rodzącej się idei Przemysłu 4.0, roboty współpracujące, tzw. koboty, dzięki integracji układów sensorycznych, systemów bezpieczeństwa i lekkiej konstrukcji mogą pracować w bezpośrednim kontakcie z człowiekiem. Dodatkowym czynnikiem wpływającym na atrakcyjność tego typu rozwiązania jest możliwość pracy na małej przestrzeni produkcyjnej. To z kolei jest niezwykle istotne ze względu na fakt drożejących powierzchni produkcyjnych oraz magazynowych, szczególnie w bezpośrednim sąsiedztwie dużych miast.

Normy bezpieczeństwa dotyczące kobotów

Pojawienie się robotów współpracujących wymusiło opracowanie nowych zasad bezpieczeństwa, ponieważ dotychczasowe normy wykluczały pracę maszyny o dużej dozie autonomii bezpośrednio w otoczeniu człowieka. W lutym 2016 r. organizacja standaryzująca International Organization for Standardization (ISO) opublikowała nową specyfikację techniczną ISO/TS 15066, w której rozszerzono założenia standardu ISO 10218 „Safety Requirements for Industrial Robots” opisującego wymagania bezpieczeństwa dla robotów przemysłowych. W nowej normie wykorzystano, wspomniane na początku artykułu, wytyczne zaproponowane przez firmę General Motors.

W dokumencie standaryzującym precyzyjnie zdefiniowano wszystkie elementy wpływające na bezpieczeństwo człowieka współpracującego z robotem oraz warunki, które muszą być spełnione, aby uznać taką pracę za bezpieczną. Co ważne, sama norma odnosi się zarówno do przemysłowych wdrożeń, jak fizycznej konstrukcji kobotów, pozwalając przy tym oszacować ryzyko wystąpienia incydentu bezpieczeństwa. Opisany proces szacowania ryzyka sprowadza się do wyszczególnienia wszystkich typów zagrożeń, ich oceny, a następnie, ograniczenia ryzyka do poziomów wymaganych przez normę. Specyfikacja ISO zawiera również wskazówki pozwalające odpowiednio, czyli bezpiecznie, zaprojektować stanowisko dla robota współpracującego.

Jak rozpocząć proces robotyzacji i jakie aspekty rozważyć? Jesper Sonne Thimsen, Area Sales Manager CEE, Mobile Industrial Robots Planując inwestycję w roboty firma powinna mieć wizję na temat tego, jakie procesy i zadania mają być zautomatyzowane. Czy potrzebna jest optymalizacja przepływu pracy, bezpieczeństwa czy uwolnienie zasobów ludzkich dla innych procesów? Prezentacja robota w firmie i rozmowa z dystrybutorem lub integratorem robotów może być bardzo pomocna w zwizualizowaniu i zrozumieniu aplikacji robotycznej przed inwestycją. Istotnym elementem jest łatwość obsługi robotów – jeżeli roboty mogą być wykorzystywane przez operatorów bez wcześniejszego doświadczenia w programowaniu, oznacza to, że firmy mają pełną kontrolę nad automatyzacją przy efektywnym kosztowo wdrożeniu i niskim całkowitym koszcie posiadania (TCP). To wiąże się także z elastycznością aplikacji – czyli z możliwością prostego i szybkiego wdrożenia robota do realizowania różnych zadań bez konieczności zmiany układu produkcyjnego. Ten element ma też związek z przewidywanym ROI – np. w przypadku robotów MiR inwestycja zwraca się często w okresie poniżej roku. Innym bardzo ważnym aspektem jest bezpieczeństwo – czy roboty są odpowiednio wyposażone w funkcje bezpieczeństwa, aby móc w pełni współpracować z pracownikami i ich wspierać. Współpracujące roboty mobilne, takie jak roboty MiR wykorzystują zaawansowany software, kamery, czujniki i lasery do bezpiecznego poruszania się wśród ludzi i zatrzymania w przypadku niezaplanowanego ruchu na trasie. Niezależnie od łatwości programowania i stosowania robotów, ich wbudowanej inteligencji, elastyczności i bezpieczeństwa pracy, warto jest przygotować zespół na zmiany związane z automatyzacją.

Trendy rozwoju

Jak wynika z raportu „Collaborative Robotics: State of the Market/State of the Art” opublikowanego przez firmę analityczną ABI Research, w latach 2015–2020 rynek kobotów wzrośnie dziesięciokrotnie. Jego wartość powiększy się od 2015 r. z 95 mln dolarów do ponad 1 mld w 2020 r. Tak wysoki wzrost będzie napędzany przez trzy sektory – małe i średnie przedsiębiorstwa, producentów elektroniki i firmy serwisowe oraz firmy wytwarzające systemy zrobotyzowane, optymalizowane pod kątem wspierania i podnoszenia wydajności i zdolności produkcyjnej.

Jak podają autorzy raportu, głównym celem, jaki stawiają sobie firmy opracowując nowe generacje kobotów jest tworzenie coraz inteligentniejszych rozwiązań, przy jednoczesnym zwiększeniu bezpieczeństwa współpracy z ludźmi. Roboty współpracujące nowej generacji charakteryzować się będą konstrukcją i parametrami pracy takimi, jak udźwig i zasięg przystosowane do różnorodnych zadań i branż, które nie były wcześniej robotyzowane m.in. ze względu na wymagania dotyczące bezpieczeństwa. Dodatkowo coraz więcej kobotów będzie spełniać wyśrubowane normy branżowe, np. dotyczące kontaktu z żywnością czy normy czystości wymagane w przez przemyśle farmaceutycznym.

Kolejnym trendem rozwoju robotów współpracujących jest implementacja algorytmow sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego. Dzięki temu, roboty współpracujące będą gotowe do przejęcia zadań związanych z uczeniem się i optymalizacją pracy, podobnie jak człowiek, bezpośrednio na linii produkcyjnej. Takie rozwiązanie zaprezentowała niedawno firma FANUC, która wspólnie z firmą Preffered Networks stworzyła system, korzystający z algorytmów „deep reinforcement learning”, umożliwiający kobotom samodzielne opanowanie zadania, które mają następnie wykonywać. Dzięki temu robot współpracujący może być wykorzystywany znacznie bardziej efektywnie.

Wykorzystany przez firmę FANUC proces polega na tym, że roboty wielokrotnie wykonują tę samą czynność zbierając jednocześnie i analizując obrazy z poszczególnych prób, które zarejestrowane zostały przez kamerę oznaczone jednocześnie jako sukces lub porażkę. Na tej podstawie kobot przewiduje, w jaki sposób należy wykonać daną czynność, aby jej efekt zakończył się sukcesem. Oczywiście im większa liczba prób, tym większa precyzja w wykonywaniu zadania. Jak podaje producent, po ośmiu godzinach nauki i 5 tys. prób robot współpracujący osiąga 90-procentową dokładności, która jest taka sama jak w wypadku, zaprogramowania kobota przez człowieka.

Na co zwrócić Uwagę planując zakup i wdrożenie robota? Joanna Kulik, Przemysłowy Instytut Automatyki i Pomiarów PIAP Każda zmiana związana z modernizacją zakładu poprzez instalację robotów przemysłowych na linii produkcyjnej powinna być poprzedzona gruntowną analizą stanu istniejącego. Dodatkowo powinien zostać wykonany rachunek opłacalności danej inwestycji, tak aby zoptymalizować pracę i zachować równowagę między kosztami a przyszłymi, oczekiwanymi zyskami. Istotnym etapem jest oczywiście przeprowadzenie audytu technologicznego, w którym nadrzędne miejsce zajmą wymagania dla nowej instalacji. Szczególnej dokładności wymaga analiza operacji występujących przed lub po, dokładności maszyn i urządzeń poprzedzających wdrożenie stanowiska z robotem, ewentualnie dalszych elementów linii. Kluczem do sukcesu jest odpowiedni dobór nie tylko samego robota – jego udźwigu czy zasięgu, ale również odpowiednie zaprojektowanie całego zrobotyzowanego stanowiska, dlatego warto to zadanie powierzyć profesjonalnej firmie integratorskiej, np. PIAP. Integrator nie tylko dokona właściwego doboru robota do danej operacji, ale przede wszystkim zaprojektuje w pełni działający system, uwzględniając indywidualne potrzeby przedsiębiorcy. Istotne w tym aspekcie jest kompleksowe podejście do procesu integracji – od analizy stanu istniejącego, doradztwa, poprzez projekt, wdrożenie, a kończąc na serwisie gwarancyjnym i pogwarancyjnym instalacji. Podstawową rolą integratora aplikacji zrobotyzowanych jest wsłuchanie się w potrzeby i uwzględnienie wiedzy i doświadczenia osób zaangażowanych w projekt ze strony zamawiającego. Dopiero w drugim kroku integrator może przedstawić spojrzenie z zewnętrznej perspektywy na technologię w danym zakładzie produkcyjnym, bazując na własnym doświadczeniu wynikającym ze znajomości zagadnień automatyzacji i robotyzacji. Profesjonalna firma integratorska współpracuje z przedsiębiorcą na każdym etapie projektu, tak aby integracja robota na linii produkcyjnej uwzględniała indywidualne potrzeby i oczekiwania przyszłego użytkownika. To przedsiębiorca najlepiej zna swój produkt, technologię, poszczególne procesy produkcyjne. Z kolei integrator, mając wiedzę i doświadczenie w zakresie integracji robotów, systemów sterowania itp., może wpisać potrzeby wynikające z danego projektu w ramy możliwości technicznych jego wykonania. Istotne jest nie tylko zaprojektowanie i zbudowanie stanowiska z robotem, ale zintegrowanie go z pozostałymi, istniejącymi już elementami danego systemu, w taki sposób, aby jego praca była optymalna i zsynchronizowana z pozostałymi elementami procesu.

Przegląd rynku

Obecnie na polskim rynku obecnych jest kilku producentów kobotów. Pierwszym z nich, o którym należy wspomnieć jest kilkakrotnie wymieniana już w artykule firma FANUC. Oferuje ona obecnie pięć modeli robotów współpracujących: CR-4iA, CR-7iA, CR-7iA/L, CR-15iA oraz CR-35. Co ciekawe, FANUC CR-35iA to pierwszy robot współpracujący firmy FANUC, który do dziś jest jednym z „najsilniejszych” kobotów na świecie. Może on podnieść ciężar o masie do 35 kg.

duAro to kobot produkowany przez firmę Kawasaki. Charakteryzuje się on dwoma ramionami o czterech stopniach swobody. Co ważne, każde z ramion działa niezależnie, ale można je bez problemu zsynchronizować. Robot współpracujący przeznaczony jest do prac wymagających ostrożnego przenoszenia i montażu części. Wymiary i sposób programowania zostały tak pomyślane, aby łatwo można było zastąpić kobotem Kawasaki duAro prace ręczne na linii montażowej bez potrzeby modyfikacji stanowiska pracy.

Firma Universal Robots chwali się serią robotów współpracujących UR. Najmniejszy z nich, model UR3, zapewnia wysoką precyzję działania w niewielkich przestrzeniach roboczych. UR3 charakteryzuje się udźwigiem do 3 kg i przeznaczony jest do pracy w środowiskach o krótszym zasięgu do 500 mm. Co istotne, kobot ten jest łatwy do zaprogramowania i konfiguracji. Najczęściej trafia on do placówek naukowych, przemysłu farmaceutycznego i elektronicznego. Zadania, w których specjalizuje się UR3 obejmują montaż niewielkich przedmiotów, klejenie, przykręcanie, obsługa narzędzi, lutowanie i malowanie. Większe modele, odpowiednio UR5 i UR10 różnią się przede wszystkim większym udźwigiem i zasięgiem – odpowiednio 5 i 10 kg oraz 850 i 1300 mm.

Z kolei firma ABB proponuje klientom robota współpracującego YuMi. Jest to pierwszy dwuramienny robot współpracujący, który skonstruowany został specjalnie z myślą o pracy na liniach montażowych niewielkich elementów, gdzie ludzie oraz koboty wspólnie wykonują te same czynności. Nazwa YuMi pochodzi od angielskiego zwrotu „you and me” (ty i ja), czyli wspólnej wykonywanej ramie w ramię pracy. Każde z ramion ma siedem osi swobody. Kobot YuMi może poruszać swoimi ramionami z prędkością do 1500 mm/s i ma masę 38 kg. Dzięki temu bardzo łatwo zamontować go dosłownie na każdej linii produkcyjnej.

Niemiecki producent robotów przemysłowych KUKA, oferuje obecnie dwa modele kobotów. Są to model LBR iiWA 7 R800 oraz LBR iiWA 14 R820. Różnią się one przede wszystkim udźwigiem wynoszącym odpowiednio 7 i 14 kg oraz zasięgiem – 800 i 820 mm. Oba modela mają siedem osi swobody, co daje przewagę w pracach montażowych nad klasycznymi robotami sześcioosiowymi.

Firma Comau ma w swojej ofercie robota współpracującego o nazwie AURA (Advanced Use Robotic Arm). AURA pokryto specjalną powłoką zabezpieczającą w razie kolizji ludzkie ciało przed uszkodzeniami. Kobota wyposażono w sensory umożliwiające detekcję bliskich obiektów oraz wykrywanie kontaktu (kolizji) z człowiekiem lub jakimkolwiek innym przedmiotem. Dodatkowo system ten jest może odbierać wrażenia dotykowych. Robot AURA potrafi zmieniać swoją trajektorię ruchu w zależności od kontaktu z przeszkodą. Wbudowany system wizyjny umożliwia przewidywanie ruchów osoby w obszarze działania kobota. Wykorzystano też zestaw skanerów laserowych, które monitorują osoby, z którymi robot współpracujący może wejść w interakcję.

NACHI to producent kobotów z serii MZ04E. Ramię zasilane jest napędami o mocy 80 W dla każdej osi. Oznacza to, że kolizja MZ04E z człowiekiem nie stwarza większego zagrożenia. Co ważne, koboty z serii MZ04E wykorzystują technologię uczenia bezpośredniego Hands-On, która pozwala na fizyczne nauczenie robota wymaganych czynności. Jak podaje producent system Hands-On skraca czas programowania i uczenia ruchu robota o połowę.

Ostatnim z omawianych kobotów jest Motoman HC10 firmy Yaskawa. Jest to kompaktowy robot współpracujący przeznaczony do pracy w bezpośredniej bliskości człowieka. Jego zasięg to 1200 mm a deklarowany przez producenta udźwig wynosi 10 kg. Cechą charakterystyczną kobota jest system Easy-Gude, który pozwala na szybkie i łatwe zaprojektowanie ruchów i czynności wykonywanych przez robota.

Jak przewidują analitycy, koboty nie tylko odmienią fabryki, ale również takie branże jak logistyka, medycyna, opieka zdrowotna czy branżę hotelowo-turystyczną. Zagoszczą też w naszych domach, nie tylko w postaci robotów sprzątających jak Rumba, ale kobotów pomagających w gotowaniu, praniu, prasowaniu czy innych żmudnych czynnościach domowych. Na razie jest to jeszcze wizja rodem z filmów science-fiction, ale na naszych oczach to marzenie ludzkości zaczyna się powoli spełniać.

source: Automatyka 10/2018