Historia robotyki cz. 2. – Pierwszy manipulator

O automatyce przemysłowej prostym językiem. Prekursorzy automatyki.

Historia robotyki cz. 2. – Pierwszy manipulator

Tym razem historia manipulatorów - Materiał ten stanowi uzupełnienie (i przetłumaczenie na prosty język) artykułu, który miałem okazję napisać dla czasopisma branżowego: Utrzymanie Ruchu wydanie nr 1/2017 (http://utrzymanieruchu.elamed.pl/archiwum[wydanie,35137,1,2017,35144]).

 

W drugiej części (czyli w tym poście, ponieważ artykuł podzieliłem na kilka postów aby nie przerażać rozmiarem) przedstawię udokumentowane fakty historyczne początków rozwoju robotyzacji i przejdę do dokonań z ostatniej dekady. Następnie w kolejnych rozdziałach skupię się na ostatnich, nowatorskich dokonaniach branży przemysłowej w dziedzinie robotów współpracujących (CoBots, Collaborative Robots).

 

 

Pierwszy manipulator przemysłowy Unimate przy układaniu pudełek.(fot. http://rraj.rsj-web.org

Pierwszy robot przemysłowy

Początek historii robotów zaprojektowanych w celu wykorzystania w przemyśle datuje się na rok 1959, kiedy to skonstruowany został robot nazwany Unimate. Dwa lata później został on zainstalowany na linii montażowej w zakładzie General Motors Inland Fisher Guide, w stanie New Jersey (5), stając się pierwszym, produkowanym seryjnie, pracującym robotem przemysłowym.

 

George Devol, który opatentował manipulator, a dokładniej automatyczne mechaniczne urządzenie wraz z chwytakiem (służące do wykonywania operacji przenoszenia z dopasowanym układem aparatury kontrolnej), kilka lat wcześniej spotkał na przyjęciu inżyniera Joseph'a Engelbergera, po czym wspólnie stworzyli ideę robota przemysłowego, którego następnie skonstruowali.

Unimate został wyprodukowany przez firmę Unimation Inc, założoną w 1956 r. właśnie przez Josepha Engelberga. Konstrukcja manipulatora ważyła 2 tony, a jako układy napędowe wykorzystano siłowniki hydrauliczne. Układ sterowania opierał się na bębnie magnetycznym z zapisaną sekwencją ruchów. Ciekawą informacją umieszczoną na stronie IFR (Międzynarodowej Federacji Robotyki) jest cena pierwszych robotów wynosząca 18.000 USD od sztuki, podczas gdy ich produkcja kosztowała aż 65.000 USD (5). Pierwsze zadanie robota przemysłowego polegało na przenoszeniu gorących elementów nadwozia samochodowego, ponieważ zabieg ten nie tylko wymagał użycia sporej siły, ale również stanowił bardzo duże zagrożenie dla pracowników.

Stare zdjęcie przedstawiające pierwszego robota przy pracy w zakładach GE (Mało kto wie, że T. Edison był założycielem tej korporacji).

 

Od samego początku powstania przemysłu ludzie obawiali się, że maszyny, a tym bardziej roboty zastąpią ich miejsca pracy. Wielokrotnie opinia taka powodowała społeczne niepokoje. Świadomi tego byli również producenci robota Unimate, dlatego pierwsze zadanie, do którego wykorzystano tę maszynę miało przede wszystkim na celu przekonanie szerokiego grona pracowników zakładów, że manipulatory nie mają ich pozbawić pracy, a wręcz przeciwnie – odciążyć fizycznie i podnieść poziom bezpieczeństwa w zakładzie.

Należałoby się w tym miejscu cofnąć kilkanaście lat wstecz - do 1942 r., w którym to I. Asimov (Rosjanin, 1919-1992) sformułował trzy prawa robotów, ponieważ właśnie do nich przed uruchomieniem pierwszego robota w fabryce, wielokrotnie odwoływał się George Devol. To, co ówcześnie wydawało się fikcją literacką, od 1959 r. miało stać się rzeczywistością, bo dokładnie od tego roku ludzie rozpoczęli współpracę z maszynami w codziennej pracy.

 

 

Znając prawa robotów nie musimy obawiać się buntu maszyn... no chyba, że coś pójdzie nie tak.

Trzy prawa robotów:

1. Robot nie może skrzywdzić człowieka, ani przez zaniechanie działania dopuścić, aby człowiek doznał krzywdy.
2. Robot musi być posłuszny rozkazom człowieka, chyba że stoją one w sprzeczności z Pierwszym Prawem.
3. Robot musi chronić samego siebie, o ile tylko nie stoi to w sprzeczności z Pierwszym lub Drugim Prawem.

 

 

 

Dzisiaj - robot w zakładzie, zagrożenie czy przyjaciel?

W XXI wieku Prawa Robotów ponownie zaczynają być wyjątkowo aktualnym tematem, gdyż nigdy wcześniej roboty nie pracowały w bezpośrednim otoczeniu człowieka, bez kratek, kurtyn i innych fizycznych zabezpieczeń. Rozwój informatyki daje maszynom coraz większe możliwości decyzyjne, odciążając nas już nie tylko fizycznie, ale również psychicznie. Systemy wizyjne w połączeniu z sztucznymi sieciami neuronowymi, czy to montowane w manipulatorach, czy samochodach autonomicznych, działają szybciej i bardziej niezawodnie.

 

 

FESTO Bionic Handling Assistant

Jest to bodajże pierwsze na świecie, zaprezentowane szerokiej publiczności w 2010 r., rozwiązanie manipulatora mogącego bez żadnych zewnętrznych zabezpieczeń współpracować bezpośrednio z człowiekiem. Układ tak nowatorski, że pomimo 7 lat istnienia nie został jeszcze wykorzystany w warunkach przemysłowych – Festo nie podało informacji potwierdzających zastosowanie przemysłowe układu, jedynie instruktażowe, edukacyjne oraz marketingowe. Pomimo tego, wyznaczyło całkowicie nowy kierunek robotyzacji.

 

 

Standardowe roboty zbudowane są z twardych materiałów, charakteryzujących się dużą sztywnością i wykorzystujących przede wszystkich napędy elektryczne. Całkowicie odwrotny kierunek Festo obrało przy BHA (Bionic Handling Assistant). Inspiracją twórców tego rozwiązania była „trąba słonia”, charakteryzująca się dużą elastycznością, zwinnością i pomimo swojej siły - delikatnością.

Konstrukcja składa się z trzech prążkowanych, elastycznych „poduszek pneumatycznych” połączonych ze sobą. Odpowiednie wypełnianie powietrzem każdej z komór umożliwia bardzo precyzyjne manipulowanie położeniem chwytaka (7) (8). W nowszych konstrukcjach „trąba” jest zastąpiona lub wydłużona o elastyczny tripod, zwiększający zasięg układu - the Bionic Tripod 3.0.

Zderzenie człowieka z elastyczną poduszką pneumatyczną wypełnianą pod niewielkim ciśnieniem, nie grozi poważnym uszczerbkiem na zdrowiu współpracowników, pod warunkiem, że wszystkie elementy konstrukcji będą wykonane z delikatnych, nieposiadających ostrych krawędzi materiałów.

 

Przekrój pneumatycznej trąby słonia. Odpowiednie doprowadzenie powietrza do komór wygina ją w oczekiwanym kierunku.

 

Również chwytak musi być zaprojektowany w nowatorski sposób. Inżynierowie Festo poradzili sobie również i z tym problemem, ponieważ równolegle zaprojektowali elastyczny, adaptacyjny chwytak z wykorzystaniem systemu Ray Effect®, wzorowanego na rybich płetwach ogonowych. Masa takiego chwytaka jest o 80% mniejsza niż standardowego, wykonanego z metalu. Kolejną zaletą tego rozwiązania jest możliwość pewnego chwytania nawet bardzo delikatnych obiektów, o bardzo niestandardowym kształcie, jak chociażby kurzego jaja lub owoców. W Internecie można znaleźć wiele filmów prezentujących wyjątkowe cechy tego futurystycznego manipulatora niemieckiego producenta.

 

Konstrukcja chwytaka Festo Ray Effect®

 

BHS nie został zaprojektowany z myślą o zastosowaniu go przy procesach spawania, manipulowania ciężkimi obiektami lub wykonywania innych, typowych dla ciężkich manipulatorów zadań. Pomysł był tutaj inny. Konstruktorzy doszli do wniosku, że robot współpracujący z człowiekiem np. na linii montażowej czy nawet w mniejszych warsztatach – Festo wypuściło plakaty z wizerunkiem mechanika samochodowego wspieranego przez BHS (9) - mógłby znacznie przyspieszyć proces składania produktów. Tego typu ramię mogłoby podawać człowiekowi bezpośrednio do ręki elementy w kolejności składania lub narzędzia, nawet o bardzo niestandardowym kształcie czy delikatnej konstrukcji.

 

Zapraszam Cię do trzeciej części tego artykułu: CoBots - Historia robotów cz. 3 - Roboty współpracujące.

 

Na koniec chciałbym oficjalnie podziękować Jadwidze Woźnik, która to pomogła mi w tym obszernym tekście poradzić sobie z wyzwaniami j. polskiego (czyli wykonała korektę tekstu) i zaprosić Ci do kolejnej części  artykułu.

 

Odwołania:
1. Britannica Encyklpedia. www.britannica.com/. [Online] 12 01 2017. https://www.britannica.com/biography/Ctesibius-of-Alexandria.
2. Challoner Jack. 1001 Wynalazków które zminiły świat. Poznań : Elipsa, 2009.
3. http://encyklopedia.pwn.pl. Encyklpedia PWN. [Online] [Zacytowano: 12 01 2017.] http://encyklopedia.pwn.pl/haslo/robot;3968150.html.
4. Automata of Al-Jazari. Istanbul : The Topkapı Palace Museum, 2003.
5. www.ifr.org. [Online] International Federation of Robotics. http://www.ifr.org/history/.
6. Polski Komitet Normalizacyjny. sklep.pkn.p. [Online] 16 01 2017. http://sklep.pkn.pl/pn-en-iso-13482-2014-05e.html.
7. Broszura FESTO Bionic Handling Assistant 54778 en 4/2012.
8. Making Stuff Wilder. http://www.pbs.org, 2013.
9. http://www.dpaonthenet.net. [Online] [Zacytowano: 16 01 2017.] http://www.dpaonthenet.net/article/38543/Award-honours-commercial-development-of-elephant-s-trunk--bionic-handling-assistant.aspx.

 

 

Komentarze

Podobało się?