Część 2: Roboty współpracujące

Roboty przemysłowe mają liczne zalety. Wiele z nich pokrywa się z tymi wcześniej wymienionymi, które mogą zachęcać do wdrożenia pojazdów AGV. Warto do nich dodać to, że w przeciwieństwie do pracowników, ani roboty przemysłowe, ani wózki samojezdne, nie potrzebują przerw w pracy lub urlopów, dzięki czemu znacząco poprawiają wydajność produkcji.

Dodatkową zaletą robotów przemysłowych, w porównaniu do pojazdów AGV, jest rozbudowana funkcjonalność. Przeważnie zastępują one personel zakładów przemysłowych w wykonywaniu czynności z różnych powodów trudnych.

Zazwyczaj są to zadania męczące, na przykład wymagające podnoszenia ciężarów, przebywania przez dłuższy czas w niewygodnej pozycji albo powtarzalne, jak w czasie pakowania i montażu, czynności nieprzyjemne, na przykład z powodu kontaktu z chemikaliami, jak podczas malowania, sklejania czy lakierowania i niebezpieczne, jak cięcie, szlifowanie albo spawanie.

Dzięki temu roboty bezsprzecznie poprawiają bezpieczeństwo pracowników. Z drugiej jednak strony z powodu dużych rozmiarów, wagi, szybkości ruchu i faktu, że poruszają się na dużej przestrzeni wykraczającej poza ich podstawę, równocześnie stanowią zagrożenie dla osób znajdujących się w ich bezpośrednim sąsiedztwie.

LUDZIE I ROBOTY

Dlatego roboty przemysłowe pracują na wydzielonych stanowiskach, które oddziela się od reszty zakładu ogrodzeniem z drzwiami lub kurtyną świetlną. Te pierwsze są mniej wygodne, ponieważ trzeba je otwierać i zamykać.

Ponadto, jak w przypadku wszystkich mechanicznych rozwiązań, należy liczyć się z ryzykiem ich zużycia się lub zablokowania. Z kolei przekroczenie kurtyny nie wymaga dodatkowych czynności, dzięki czemu jest szybsze. Nie ma w niej też części ruchomych, podatnych na uszkodzenie albo zużywających się.

Dzięki odgrodzeniu personelu zakładu od stanowisk zrobotyzowanych ludzie i maszyny koegzystują, wykonując swoje zadania jednocześnie, lecz w różnych przestrzeniach. Po przekroczeniu dzielącej je bariery robot zostaje automatycznie odłączony od zasilania.

Zabezpieczenie takie jest potrzebne, człowiek bowiem z różnych przyczyn musi się czasem znaleźć w zasięgu robota. Przykładami takich sytuacji są: jego programowanie, interweniowanie w razie jakichkolwiek problemów, konserwacje oraz naprawy. W takim przypadku robot i pracownik wykonują swoje zadania w tej samej przestrzeni, jednak nie dzieje się to w tym samym czasie.

Robot i człowiek razem montują gniazdka elektryczne

Robot YuMi firmy ABB został zainstalowany w ramach linii montażowej gniazdek elektrycznych w czeskiej fabryce Elektro-Praga należącej także do ABB. Proces składania tego osprzętu rozpoczyna się od tego, że operator układa przed robotem dwie pokrywy gniazdek elektrycznych i dwie osłony zabezpieczające dzieci przed porażeniem.

Następnie, za pomocą chwytaka podciśnieniowego, robot podnosi elementy zabezpieczenia, w tym sprężyny podawane na specjalnym podajniku, i umieszcza je w pokrywach. Potem przykrywa je osłoną. W kolejnym kroku operator wkłada śruby w pokrywy. Wówczas gniazdka są gotowe do zapakowania.

ROBOTY WSPÓŁPRACUJĄCE

Różne modele pracy ludzi i robotów przemysłowych

Dopóki roboty przemysłowe były postrzegane wyłącznie jako zagrożenie dla pracowników, możliwe były tylko dwa wcześniej opisane modele ich współistnienia w obrębie zakładu. To się jednak w ciągu kilku ostatnich lat zmieniło dzięki pojawieniu się nowego typu maszyn - robotów współpracujących (collaborative robots, corobots, cobots).

Ich znakami rozpoznawczymi są m.in.: kompaktowa budowa, lekka konstrukcja, zaokrąglone krawędzie, miękko wykończone powierzchnie, ukryte okablowanie i inne oprzyrządowanie. Ponadto inaczej, niż "zwyczajne" roboty przemysłowe, reagują one na zderzenie z innymi obiektami.

Dzięki implementacji funkcji szybkiego hamowania oraz algorytmów detekcji kolizji w kontrolerze i serwonapędom o małej inercji natychmiast się zatrzymują. Wszystkie powyższe cechy sprawiają, że ludzie wraz z robotami zbudowanymi w ten sposób mogą bezpiecznie, o ile zostaną spełnione dodatkowe warunki, o których piszemy w dalszej części tego artykułu, pracować na jednym stanowisku równocześnie, czyli w tym samym miejscu i w tym samym czasie (tabela 1).

Można tutaj wyróżnić dwa modele współistnienia ludzi i bezpiecznych robotów. W pierwszym operator i maszyna współpracują, dzieląc się obowiązkami w ramach jednego zadania, w drugim zaś wykonują oddzielne czynności, znajdując się jednak w swoim bezpośrednim sąsiedztwie.

JAKIE SĄ ZALETY WSPÓŁPRACY?

Takie połączenie jest korzystne, ponieważ gdy personel zakładu współpracuje z robotami, najlepsze cechy ludzi oraz maszyn mogą się wzajemnie dopełniać. Jeżeli chodzi o te drugie, to bardzo dobrze sprawdzają się w wykonywaniu przede wszystkim czynności powtarzalnych i zadań wymagających dużej precyzji albo użycia dużej siły.

Mocną stroną ludzi w porównaniu z robotami są natomiast ich zdolności poznawcze, dzięki którym rozumieją oni zachodzące w ich otoczeniu zmiany oraz są w stanie odpowiednio na nie zareagować i się do nich przystosować.

Z kolei dzięki kreatywności potrafimy podejmować decyzje i rozwiązywać problemy. Jeżeli na przykład w trakcie montażu jakiś element zablokuje się w podajniku, człowiek intuicyjnie będzie wiedział, co należy zrobić, aby móc kontynuować pracę, zaś robot przerwie ją, jedynie ewentualnie sygnalizując problem.

Współpraca ludzi z robotami przy wykonywaniu tego samego zadania pozwala też stopniować poziomy zaangażowania pracownika i maszyny. Dzięki temu można tylko częściowo zautomatyzować zadania, których kompletna robotyzacja jest nieopłacalna albo zbyt skomplikowana.

Aby robot pracujący z człowiekiem w ramach jednego stanowiska nie wyrządził mu krzywdy, projektując go, a później organizując miejsce ich współpracy, trzeba przestrzegać określonych reguł. Zostały one zebrane w kilku standardach.

Najnowszym dokumentem, który został przygotowany z myślą o konstruktorach robotów współpracujących oraz integratorach stanowisk z maszynami tego typu jest specyfikacja techniczna ISO/TS 15066. Opracowanie to, nad którym prace trwały od 2010 roku, zostało opublikowane w 2016 roku.

Roboty współpracujące - za i przeciw

Jeżeli w danym zastosowaniu analiza ryzyka wykaże, że nie ma potrzeby stosowania dodatkowych zabezpieczeń ani odgradzania stanowiska z robotem współpracującym od pozostałych, wybierając maszynę tego typu, można znacząco oszczędzić miejsce. Nie jest też wówczas wymagana poważna ingerencja w dotychczasowy rozkład zakładu ani zakup dodatkowego wyposażenia.

Dzięki temu koszt organizacji i integracji takiego stanowiska będzie mniejszy. Będzie je też można zbudować, a potem uruchomić znacznie szybciej niż ma to miejsce w przypadku odizolowanych cel roboczych "zwykłych" robotów przemysłowych. Ponadto programowanie, a dzięki temu i częste przestrajanie, robotów współpracujących jest łatwiejsze, gdyż dzięki funkcji ręcznego prowadzenia nie są w tym celu potrzebni wysoce wykwalifikowani pracownicy, i szybsze.

Z drugiej strony ze względów bezpieczeństwa roboty współpracujące pracują znacznie wolniej niż "zwykłe". Czas wykonania zadania może się jeszcze wydłużyć, jeżeli w trakcie maszyna będzie wymagała częstego restartowania po tym, jak zatrzyma się po zetknięciu z człowiekiem.

Ponadto roboty współpracujące mają, w porównaniu ze "zwykłymi", mniejszy udźwig, wynoszący maksymalnie kilkadziesiąt kilogramów. Są również mniej odporne na trudne warunki, jakie mogą panować w środowisku przemysłowym. Wybierając robota współpracującego, trzeba też pamiętać o tym, że w zadaniach, w których robot z człowiekiem dzielą się obowiązkami, obecność operatora będzie stale wymagana.

GDZIE SZUKAĆ INFORMACJI?

Zalecenia ISO/TS 15066 powinny być przestrzegane w połączeniu z tymi, które zawarto w dokumentach ISO 10218-1 oraz ISO 10218-2 z 2011 roku, opisujących wymogi bezpieczeństwa dla robotów przemysłowych. Część pierwsza ISO 10218 dotyczy zestawu robot i kontroler, zaś druga systemu robota, czyli poza maszyną także jej końcówki roboczej i obiektu jej działania, który, w zależności od aplikacji, na przykład podnosi, tnie albo spawa.

W dokumentach ISO 10218 i ISO/TS 15066 znaleźć możemy m.in. definicje najważniejszych pojęć. Na przykład współpraca to stan, w którym specjalnie zaprojektowany system robota i operator działają w ramach wspólnej przestrzeni roboczej. Robot współpracujący to z kolei maszyna przeznaczona do bezpośredniej interakcji z człowiekiem w określonym, wspólnym obszarze roboczym.

System robota współpracującego to system, w którym człowiek z robotem zajmują tę samą przestrzeń, w tym samym czasie, zaś system ten działa w trybie automatycznym. Wspólna przestrzeń robocza to natomiast fragment chronionej przestrzeni, w której robot i człowiek wykonują zadania jednocześnie.

Warto dodać, że poza miejscem i czasem realizacji, to zadanie, jakie robot wykonuje, decyduje o tym, czy można go zaliczyć do robotów współpracujących, bezpiecznych dla współpracowników, a nie sama maszyna jako taka. Na przykład jeżeli robot, w konstrukcji którego zastosowano specjalne rozwiązania, dzięki którym nie zagraża on operatorowi, będzie się na danym stanowisku posługiwał nożem albo innym niebezpiecznym narzędziem, powinien zostać mimo wszystko odseparowany od ludzi.

Roboty współpracujące - przykłady

YuMi - dwuramienny robot współpracujący firmy ABB. Zasięg: 559 m, udźwig: 500 g, powtarzalność: 0,02 mm, montaż na stole, stopień ochrony IP 30, zintegrowany kontroler IRC5 (TrueMove, QucikMove), Ethernet IP, Profibus, DeviceNet, USB, bezpieczeństwo PL b kat. B, zakres roboczy ramion: od -290° do 290°, maks. prędkość: 180°/s i 400°/s, maks. prędkość TCP: 1,5 m/s, maks. przyspieszenie TCP: 11 m/s², przyspieszenie z 0 do 1 m/s w 0,12 s, możliwość pracy obok / naprzeciwko operatora, obudowa absorbuje uderzenia, przy kontakcie z przeszkodą zatrzymanie się w ciągu ms, serwochwytaki z kamerą, zastosowanie: montaż małych elementów.
www.abb.pl

CR-35iA - sześcioosiowy robot współpracujący firmy Fanuc. Zasięg: 813 mm, udźwig: 35 kg, powtarzalność: 0,04 mm, zakres ruchu: 370÷900°, maks. prędkość: 1°/s, moment bezwładności osi J4: 110/4 Nm/kgm², osi J5: 110/4 Nm/kgm², osi J6: 60/1,5 Nm/kgm², montaż na podłodze, stopień ochrony IP 54 (opcjonalnie IP 55), kontroler R30iB, bezpieczeństwo PL d kat. B, funkcja Contact Stop (zatrzymanie robota, gdy dotknie człowieka podczas pracy), funkcja Push to Escape (odsunięcie robota na bok), funkcja Retract Motion (robot wykrywa przeszkodę i cofa się), możliwość wyposażenia w czujnik wizyjny Fanuc albo czujnik 3D Fanuc.
www.fanuc.eu

Baxter - dwuramienny robot współpracujący firmy Rethink Robotics. Stopnie swobody: 7 na ramię, maksymalny zasięg: 1210 mm na ramię, udźwig: 2,2 kg na ramię, kamera w obu ramionach, zaimplementowana funkcja ograniczania siły, w standardzie wbudowane czujniki siły w każdym złączu, stopień ochrony IP50.
www.rethinkrobotics.com

Sawyer - jednoramienny robot współpracujący firmy Rethink Robotics. Stopnie swobody: 7, maksymalny zasięg: 1260 mm, powtarzalność: 0,1 mm, typowa prędkość narzędzia: 1,5 m/s, zasięg osi: J0÷J3: 350°, J4÷J5: 340°, J6: 540°, udźwig: 4 kg, Modbus TCP, TPC/IP, stopień ochrony IP54.
www.rethinkrobotics.com

APAS - jednoramienny robot współpracujący firmy Bosch. Zasięg: 911 mm, prędkość: 0,5 m/s (2,3 m/s z monitorowaniem odległości), szybkość pick & place: 4÷8 s (3÷5 s z monitorowaniem odległości), powtarzalność: 0,03 mm, udźwig: 7 kg, odległość zatrzymania: < 50 mm, regulacja siły chwytaka: 40÷120 N, system wizyjny zintegrowany z chwytakiem, Ethernet, etherCAT.
www.bosch-apas.com

Prezentacje firmowe

Polecane

Nowe produkty

Zobacz również