|Aktuality|Zajímavosti|Menu

Kolegové roboti - Noví parťáci na výrobní lince

ročník 2016 / číslo 01
Tzv. kolaborativní roboti, neboli koboti představují revoluční novinku, která posunuje součinnost lidí a robotů ve výrobě i průmyslovou automatizaci jako takovou na zcela novou úroveň. Koncept robotů určených pro přímou bezprostřední spolupráci s lidmi mění dosavadní zažitá pravidla hry a představuje i jeden z významných pilířů platformy Průmysl 4.0.
Společným rysem nové generace kobotů je bezpečnost. Jejich koncepce je řešena tak, že ještě před s střetem s člověkem se robot automaticky zastaví a přejde do uvolněného režimu

Od prosté náhrady lidské práce po spolupráci s roboty na jedné výrobní lince - to je ve zkratce příběh technologické novinky, která začala psát novou kapitolu v historii moderní průmyslové robotiky. Z monstrózních průmyslových robotů, pracujících za přísných bezpečnostních opatření v ochranných klecích, se díky inovacím v robotice a informačních technologiích vyvinul postupně zcela nový typ lehkých robotů, určených pro práci vedle lidí. To, co však na první pohled vypadá logicky a jednoduše, v reálném světě tak přímočaré nebylo. Nejnovější trend v oblasti průmyslové automatizace představuje skutečnou výzvu pro všechny výrobce robotů a robotizovaných mechanismů. Jak po technické stránce, kde bylo nutné zajistit bezpečnost z hlediska konstrukčního řešení a designu, tak z pohledu stále se zpřísňujících bezpečnostních předpisů a norem, které musely reflektovat nové podmínky a řešit odpovědnost výrobců. Legenda robotické fantastiky, spisovatel Isaac Asimov, by měl z pravidel upravujících oblast kolaborativních robotů nepochybně radost: jeho teze z proslulých tří základních zákonů robotiky, tzn. pravidlo, že robot nesmí v žádném případě a za žádných okolností ublížit člověku, je v nových předpisech formujících legislativu týkající se kolaborativních robotů uplatněno měrou skutečně vrchovatou.

Náhrada lidí nebo jejich pomocníci

Inteligentní systém spolupráce robota a člověka nachází uplatnění zejména tam, kde lze konvenční plnou automatizaci výrobních nebo montážních linek realizovat pouze obtížně, a obvykle je potřeba rozdělit jednotlivé procesy mezi člověka a roboty. Autonomně operující roboty (tzv. koboty) mohou být umístěny v bezprostředním okolí lidí a buď umožňují nahradit lidskou sílu v podmínkách, které jsou pro člověka např. ergonomicky nepříznivé nebo monotónní, nebo tyto činnosti lidské obsluze výrazně usnadni - např. zvedací nebo polohovací výpomoc. Spolupráce s robotem, který přebírá tyto namáhavé či nezáživné operace, umožňuje nejen snížit fyzickou zátěž člověka, ale i celkově zefektivnit celý výrobní proces. Např. pokud jde o rychlost (což však nemusí být hlavním účelem), ale především o spolehlivost a opakovatelnost. Robot je přesnější a eliminuje riziko náhodných chyb způsobených nedostatečnou pozorností člověka v průběhu příslušné operace. Zároveň se přímou spoluprací člověka a robota sníží prostorové nároky a zvýší flexibilita. Neúnavně a téměř bezúdržbově pracující kolaborativní roboty tak mohou firmám pomoci zvýšit produkci při současném zvýšení efektivity, kvality a snížení nákladů. Díky tomu nezřídka dosahují návratnosti ne v řádu let, ale pouhých měsíců, kdy se investice do pořízení těchto systémů uživateli vrátí.

Noví dravci na scéně

První typy kolaborativních robotů pro průmyslové účely začali dobývat trh relativně nedávno, ale nějaký model této kategorie má ve svém portfolilu už dnes většina hlavních výrobců. Mezi prvními firmami, které představily tyto roboty byly společnosti Universal Robots (UR) a ABB Robotics.

Významným faktorem, který urychlil vývoj kolaborativních robotů a jejich nástup na trh byla standardizace jejich technických a bezpečnostních parametrů. V únoru letošního roku Mezinárodní organizace pro standardizaci (ISO) zveřejnila dlouho očekávanou specifikaci ISO/TS 15066 pro kolaborativní roboty jako doplňkový dokument podporující normu ISO 10218. Bezpečnostní požadavky na průmyslové roboty ISO/TS 15066 je komplexní dokument, který pomáhá integrátorům robotických článků provádět hodnocení rizik při instalaci robotů určených pro přímou spolupráci s lidmi. Dokument zaměřený na doporučení pro výrobce s ohledem na bezpečné interakce člověk-robot popisuje různé kolaborativní koncepty a konkretizuje požadavky na jejich dosažení. Kromě požadavků na konstrukci a hodnocení rizik, prezentuje také výzkumnou studii o prazích bolesti v závislosti na rychlosti robota, tlaku a nárazu pro různé části těla. 

„Když byla v roce 2011 vydána poslední revize normy ISO 10218, zaměřovala se na tradiční průmyslové roboty, protože kolaborativní roboti byli v té době ještě novou, detailně neprozkoumanou technologií. Máme radost, že naše odvětví nyní dostává další publikované specifikace, jimiž se bude řídit bezpečný provoz robotů při práci s lidmi. ISO/TS 15066 představuje konsensus dosažený mezi členskými zeměmi ohledně nově se rozvíjející technologie. Uvědomujeme si, že svět potřebuje konzervativní přístup k bezpečnosti robotů, ale je před námi ještě velké množství výzkumné práce,” komentuje unijní směrnici Lasse Kieffer Global Compliance Officer společnosti Universal Robots.

Bezpečnost především - za všech okolností...

Společným rysem nové generace kolaborativních robotů je v první řadě bezpečnost - jde vesměs o zařízení, která nevyvíjejí sílu, jež by mohla představovat potenciální ohrožení pro člověka ani v případě náhodného kontaktu či kolizního střetu nějaké části robota s lidským tělem. Jejich koncepce je řešena tak, že v podobných situacích (většinou už těsně před tím, než by mohly nastat) se robot automaticky zastaví a přejde do uvolněného pasivního režimu. Výrobci ale mysleli i na opačný případ, kdy by lidský pracovník náhodou narazil do robota. V nejhorším případě by to člověk odnesl nanejvýše nějakou modřinou, ale prakticky ani to ne. Kromě vestavěných automatických bezpečnostních funkcí je věnována maximální pozornost minimalizaci následků takovýchto hypotetických situací. V samotné konstrukci těchto robotů se uplatňují lehké, měkké a poddajné materiály, které by vyloučily možnost jakéhokoli povrchového zranění. Např. robot UR3 má 15 pokročilých, konfigurovatelných bezpečnostních nastavení. Jedním z nich je i unikátní senzor síly, který umožňuje omezit sílu, pokud robot narazí do předmětu v prostoru či do člověka. Robot má ve výchozím nastavení senzor síly na 150 newtonů, který lze ovšem nakonfigurovat tak, aby zastavil svůj pohyb, pokud má v cestě překážku, do které narazí silou pouhých 50 newtonů.

Koboti dorazili už i do Česka

A co je podstatné: jde vesměs o menší zařízení s jednoduchým konfigurováním (při nastavení vede pracovník rameno robota krok za krokem všemi fázemi požadované operace - stroj si zaznamenává příslušné pozice do své paměti), takže nejsou vyžadovány žádné znalosti programování. Místo složitého nastavování a odlaďování robotů integrovaných do výrobní linky, které se u konvenčních velkých průmyslových robotů počítá na týdny a často i déle, je otázka instalace menších kolaborativních robotů, jejich nakonfigurování a uvedení do provozu, záležitostí maximálně několika dnů neboo jen hodin. Také dosavadní vstupní bariéry potřebných investičních nákladů do této technologie (které jsou v případě tradičních průmyslových robotů zpravidla enormní i kvůli nezbytným investicím do rozsáhlých bezpečnostních opatření) se postupně každým rokem snižují. Automatizace výroby a robotizace výrobních provozů, které byly dříve výsadní doménou velkých společností, se stává realistickou cestou k růstu a dostupnou alternativou i pro menší a středně velké firmy. Podle dat společnosti ABI Research prezentovaných ve zprávě „Collaborative Robotics: State of the Market/State of the Art“, vzroste mezi roky 2015 a 2020 hodnota trhu s kolaborativními roboty z 95 milionů na více než miliardu dolarů.

S nasazováním kolaborativních robotů do podmínek reálného provozu začaly podniky už během loňského a letošního roku v podobě pilotních projektů, které mají za úkol získat podrobnější poznatky o této technologii v praktickém nasazení. A to nejen v zahraničí - s koboty se už můžeme setkat i u nás. Ve vrchlabském závodě společnosti Škoda Auto montuje např. robot Kuka píst řazení do převodovek, dosud tyto díly kompletovala lidská obsluha montážního pracoviště. Škodovka se tak stala jedním z prvních pracovišť koncernu VW, kde se tento moderní trend uplatnil. V jablonecké pobočce koncernu ABB zase robot YuMi pomáhá při montáži vypínačů.

Josef Vališka


Předpisy pro roboty nové generace Nová technická specifikace pro kolaborativní roboty ISO/TS 15066 obsahuje doplňující a podpůrné informace k bezpečnostním normám pro průmyslové roboty. Byla navržena členy výboru ISO z 24 účastnických zemí, včetně zástupců předních výrobců kolaborativních robotů: ISO 10218-1 a ISO 10218-2 z roku 2011. Práce na ISO/TS 15066 byly zahájeny už v roce 2010 a publikovaný výsledek představuje konsensus mezi všemi účastníky. Dokument je v plném znění k dispozici na www.iso.org/iso/home/store.htm.
obr2- Spolupráce člověka s robotem je podrobena nejpřísnějším kritériím
obr3- Kobot je přesnější a spolehlivější - na rozdíl od lidí nedělá chyby
obr4- Robot U3 disponuje senzorem síly, který při styku s člověkem, či náhodným předmětem omezí jeho sílu
Robotic journal