Historia robotów cz. 3 CoBots

przyszłość - roboty współpracujące
Photo by Andy Kelly on Unsplash

zobacz też: historia robotów cz.2 – pierwsze manipulatory


W trzeciej części (czyli w tym poście, ponieważ artykuł podzieliłem na kilka postów aby nie przerażać rozmiarem, link do wcześniejszej części zamieściłem powyżej) skupię się na ostatnich, nowatorskich dokonaniach branży przemysłowej, mam tu na myśli roboty współpracujące (CoBots, Collaborative Robots) czyli manipulatorów najnowszej generacji będących integralna częścią Industry 4.0.

Czym są CoBoty ?

Roboty współpracujące z j. ang CoBots, CoRobots lub Collaborative Robots stanowią najnowszą grupę robotów wykorzystywanych w przemyśle. Cechą charakterystyczną tego typu manipulatorów jest możliwość bezpośredniej kolaboracji (czyli pracować z, współpracować) z człowiekiem. Można by rzec, że dopiero CoBoty są urzeczywistnieniem wizji wszystkich dawnych futurologów na temat robotów przyszłości, pomagających pracownikom fabryk w ich codziennych obowiązkach. Tego typu roboty w przeciwieństwie do manipulatorów powszechnie wykorzystywanych w fabrykach nie wymagając specjalnych zabezpieczeń oddzielających ich stanowiska pracy od ludzkich co stanowi ogromny przeskok jakościowy na płaszczyźnie współpracy człowiek maszyna.


Pierwszy CoBot UR5


W 2008 r. firma Universal Robots, założona 3 lata wcześniej przez trójkę pracowników Uniwersytetu Południowej Danii w Odense, wypuszcza pierwszego na świecie robota mogącego współpracować w bezpośrednim kontakcie z człowiekiem. Można bez kontrowersji powiedzieć, że wybudowali pierwszego robota współpracującego. UR5 o wadze 18 kg, zasięgu 850 mm i udźwigu 5 kg, sprzedał się w ciągu 4 lat w liczbie 1600 szt. W roku 2012 dopracowano wcześniejsze rozwiązania inżynierskie w modelu UR10, który z podwójnie zwiększonym udźwigiem i zasięgiem 1300 mm trafił do produkcji seryjnej.

Roboty współpracujące firmy Universal Robots charakteryzują się prostotą konfiguracji, bardzo intuicyjną, opatentowaną metodą graficznego programowania lub poprzez prowadzenie. Prowadzenie to ręczne ułożenie ramienia manipulatora w żądanych pozycjach, a następnie zapisanie konfiguracji położenia wszystkich napędów dla kolejnych etapów pracy. Producent chwali się, że zakup jego robotów szybko się zwraca ponieważ nie wymaga korzystania z usług drogich programistów. Na stronie dostępne jest szkolenie online składające się z 6 modułów. Są to: wprowadzenie, zasada działania, konfiguracja narzędzi, tworzenie programu, komunikacja z urządzeniami zewnętrznymi i bezpieczeństwo – których czas realizacji zajmuje tylko 87min. Po tym czasie „nowy programista” powinien być w stanie skonfigurować manipulator do nowego zadania.

Roboty współpracujące UR3e
Aktualnie dostępne są trzy modele UR3, UR5, UR10 charakteryzujące się 6 przegubami obrotowymi i powtarzalnością wynoszącą ±0,1 mm. Zakres pracy modułów wynosi od 180 do 360 stopni przy prędkości dla UR3 wynoszącej ± 360°/s, dla pozostałych ± 180°/s, co daje prędkość narzędzia wynoszącą 1m/s w ruchu liniowy. Każdy z robotów zbudowany jest z aluminium i tworzywa polipropylenowego, dzięki czemu waga najlżejszego z nich to jedynie 11 kg wraz z przewodami, a najcięższego 28.9 kg. (10) . Na zdjęciu najnowsza generacja.


Na koniec warto zwrócić uwagę na oryginalne podejście firmy Universal Robots do pojęcia kolaboracji pomiędzy maszynami. Standardowo wszystkie urządzenia / roboty współpracujące są podpięte do jednej sieci przemysłowej za pomocą, której wymieniają z sobą dane i potwierdzają zakończenie poszczególnych etapów. Przeglądając udostępnione dane na temat wykorzystania tych robotów w zakładach produkcyjnych można dostrzec, że w celu minimalizacji kosztów jak i czasu poświęconego na programowanie manipulatory wykorzystują przyciski, klamki czy zabezpieczenia zaprojektowane dla ludzi. Automatyczne ramię po otrzymaniu tylko jednej informacji (np. jednego bitu wejściowego) z obrabiarki CNC, jest w stanie samodzielnie otworzyć jej drzwi, wymienić obiekt, zamknąć drzwi, a na koniec uruchomić proces obróbczy poprzez standardowy przycisk zamontowany na panelu stacji obróbczej. Czas jak i liczba pracowników, a co za tym idzie również koszt potrzebnych do zaprogramowania takiej współpracy dwóch urządzeń jest nieporównywalnie mniejszy.

Universal Robots o sobie ….


Rethink Robotics – roboty współpracujące z twarzą

Roboty współpracujące


Kolejna młoda firma założona w 2008 r. w Bostonie, która prześcignęła światowe giganty to Rethink Robotics. Założyciel firmy Rodney Brooks pracował wcześniej przy produkcji autonomicznych odkurzaczy w iRobot, gdzie dostrzegł, że roboty przemysłowe przestały od pewnego czasu ewaluować. Stwierdził on, że skoro roboty, odkurzacze, kosiarki, drony itp. zostały stworzone od zera w przeciągu ostatniej dekady, to i roboty przemysłowe powinny przejść gruntowną rewolucję, aby lepiej dopasować się do współczesnego przemysłu.

W 2012 r. firma zaprezentowała pierwszego dwuramiennego CoBota (robota współpracującego), był to Baxter®. Nadano mu ludzką twarz, zmieniając tym samym pogląd ludzi na to, jak może wyglądać robot przemysłowy. Roboty tej firmy przypominają do pewnego stopnia większe dziecięce zabawki, ważą od 19 kg, dzięki czemu łatwo je przemieszczać i posiadają atrakcyjny design. Cechą charakterystyczną Baxtera oraz Sawyera (mniejszy model z jednym ramieniem) jest monitor umieszczony w miejscu, gdzie powinna znaleźć się twarz w przypadku maszyn humanoidalnych.


Na ekranie na bieżąco wyświetlane są animowane oczy śledzące wykonywane przez ramiona operacje. Na pierwszy rzut oka może wydawać się to całkowicie zbędnym rozwiązaniem, służącym jedynie zwiększeniu atrakcyjności fizycznej urządzenia, co w przemyśle nigdy nie stanowiło istotnej wartości – choć i to się powoli zmienia. Firma jednak doszła do wniosku, że skoro jest to robot współpracujący z człowiekiem, to z powodów psychologicznych ludziom będzie się lepiej przebywało w jego towarzystwie, jeśli będzie po prostu sympatyczny i zachowaniem w pewnym stopniu upodobni się do „kolegi z pracy”. Jest to całkowicie nowe podejście do zagadnienia współpracy ludzi z maszynami. Może w dalekiej przyszłości na imprezy integracyjne dla pracowników firm będą zapraszane również inteligentne urządzenia?


Po co mu oczy?

Sam ekran oczywiście nie służy wyłącznie w celu wyświetlania oczu. W bardzo wygodny i intuicyjny sposób umożliwia zmianę konfiguracji wykonywanego programu. Przy projektowaniu manipulatorów, inżynierowie zwrócili również uwagę na fakt, że czas przekalibrowania maszyny po przesunięciu jej tylko o kilka centymetrów nie powinien zajmować zbyt wiele czasu, a standardowo może wiązać się nawet z napisaniem programu od nowa. Dlatego w każdym ramieniu robota zamontowano niezależną kamerę służącą do wykrywania kluczowych markerów dla jej pracy. Po zmianie położenia Baxtera wystarczy naprowadzić jego ramiona na nowe znaczniki 2D (pozycja początkowa, końcowa, ewentualnie pośrednie) i zatwierdzić wprowadzone zmiany. Nie trzeba w najmniejszym stopniu znać się na programowaniu robotów, dzięki czemu tego typu urządzenie codziennie może wykonywać inne zadania.

Jeśli przewiduje się, że maszyny będą często przeprogramowywane i przemieszczane, to w naturalny sposób pojawia się też problem kolizji. Na tymczasowych stanowiskach eksploatacji tych urządzeń nie chcemy poświęcać zbyt wiele czasu na rozpatrzenie wszystkich niestandardowych sytuacji, które mogą mieć miejsce podczas pracy. Roboty Rethink Robotics oprócz standardowych układów kontrolujących kolizje na podstawie detekcji siły, na bieżąco monitorują swoje środowisko poszukując anomalii za pomocą wcześniej wspomnianych kamer.

Obydwa manipulatory / roboty współpracujące posiadają 7 stopni swobody, dzięki czemu dobrze sprawdzą się w nawet bardzo ciasnych przestrzeniach. Mniejszy z nich Sawyer waży 19 kg , posiada udźwig do 4 kg, zasięg maksymalny 1260 mm i powtarzalność 0.1mm, gwarantowana żywotność to 35.000 h. W przypadku dwuramiennego modelu charakterystyka wygląda trochę gorzej, ponieważ zasięg na każde ramię wynosi tyle samo co wcześniej, przy obniżonym udźwigu do 2.2kg i zwiększonej masie do 75kg. (11)


Czy duże firmy zostały w tyle w dziedzinie współpracujących robotów?

W powyższym artykule opisującym roboty przemysłowe, nie pojawiła się do tej pory jeszcze ani jedna wzmianka o największych graczach na rynku, takich jak ABB, KUKA czy FANUC. Nie oznacza to, że w ich ofertach nie znalazły się żadne produkty, które można by dopasować do kategorii CoBots, jednak moim zdaniem nic, co można by nazwać pionierskim rozwiązaniem. Czy te trzy duże koncerny podzielą losy Nokii, która nie odnalazła się na rynku smartfonów? W dalszej części artykułu omówione zostaną roboty kooperacyjne wspomnianych marek.


ABB YuMi®


Firma ABB w 1974 r. wprowadziła na rynek model IRB 6, który w dużym stopniu nadał impet do rozwoju rynku robotów przemysłowych. Dokładnie 41 lat później, 13 kwietnia 2015 r. na targach w Hanowerze zaprezentowała urządzenie, które ponownie przyśpieszy kierunek tej branży.

YuMi, bo tak nazywa się nowy robot od ABB, to skrót od wyrazów „You” i „Me”, czyli z angielskiego „Ty” i „Ja”, co oznacza współpracownika, którego możemy mieć przy swoim stanowisku. Jest to niewielki, bo ważący jedynie 38 kg, dwuramienny manipulator, zaprojektowany do pracy z drobną elektroniką. Udźwig każdego z ramion wynosi jedynie 0.5 kg, natomiast dokładność ruchu wynosi 0.02 mm, czyli pięciokrotnie lepiej niż u konkurencji. Prędkość przemieszczenia na poszczególnych osiach waha się od 180o/s aż do 400o /s.

Prawdopodobnie i tym razem ABB będzie miało bardzo duży wpływ na rozwój tej gałęzi robotów przemysłowych, ale nie z powodu bardzo przełomowych rozwiązań, a ze względu na gigantyczną akcję marketingową. YuMi reklamowany jest jako pierwszy w historii, dwuramienny rzeczywisty robot kolaboracyjny. Prezentacje dotyczące tego robota można aktualnie spotkać nie tylko na targach branżowych, ale również dniach nauki kierowanych w stronę najmłodszych, co świadczy tylko o ambicjach i rozmachu giganta ABB.

Roboty współpracujący ABB


Dzięki bardzo precyzyjnej powtarzalności ruchów jak na tą grupę urządzeń YuMi jako jedyny doskonale nadaje się do wspomagania pracowników w zakładach produkujących urządzenia elektryczne. Od samego początku został zaprojektowany z myślą o składaniu smartfonów, tabletów czy też kontrolowaniu ich jakości. Warto wspomnieć o dwóch systemach, które w znacznym stopniu zwiększają zakres dostępnych zastosowań. Składanie elementów z wykorzystaniem kamery wbudowanej w chwytak co umożliwia wykonywanie korekcji trajektorii ruchu ramienia w czasie rzeczywistym. Robot nie będzie już więcej zatrzymywał pracy gdy poszczególne elementy, które ma z sobą połączyć będą położeniem delikatnie odbiegały od przyjętych wzorców. Drugi system to precyzyjna kontrola docisku dwóch elementów znajdujących się w obu ramionach. Niczym człowiek jest w stanie również w takiej pozycji z odpowiednim „wyczuciem” połączyć elementy za pomocą np. plastikowych złączek wymagających odpowiedniej siły (12).


FANUC CR-35iA


FANUC tym razem nie poszedł śladem pozostałych firm i nie chce robić rewolucji, chce natomiast wykonać drobne ewolucje. Na filmach promocyjnych i materiałach zawierających parametry techniczne robota od razu dostrzeżemy – czym zresztą sam producent się chwali – że firma nie stworzyła niczego nowego. Manipulator CR-35iA to klasyczny robot przemysłowy ubrany w „gumowy kombinezon” i wyposażony w bardziej czułe układy bezpieczeństwa. Pociąga to oczywiście za sobą kilka zalet, jak chociażby największy udźwig w tej kategorii wynoszący 35 kg, sprawdzoną przez lata konstrukcję i dokładność rzędu ±0.08 mm. Niestety tym samym również pewne wady, jak np. masa 990 kg, co w tej kategorii również jest rekordowe.


KUKA LBR iiwa

KUKA LBR iiwa, LBR to skrót od „Leichtbauroboter” (lekki robot przemysłowy), iiwa oznacza „intelligent industrial work assistant”. KUKA wprowadziła na rynek dwa modele robotów współpracujących z 7 stopniami swobody, posiadającymi udźwig 7 i 14 kg oraz zasięgiem kolejno 800 i 820 mm. (14) Robot ten został zaprojektowany do zadań kosmicznych, więc również design posiada bardzo futurystyczny i tak naprawdę wygląd jest tutaj jedyną cechą wyróżniającą tego manipulatora na tle pozostałych. (15)

Roboty współpracujący
Roboty współpracujące


Iiwa posiada spory zasięg ramienia (800mm i 8220mm), które jest w stosunku do pozostałych wcześniej omawianych robotów współpracujących włożone do bardzo smukłej obudowie bez żadnych wystających zbędnych elementów. Dzięki takiej konstrukcji robot ten znajduje zastosowanie między innymi do skręcania karoserii samochodowych od wnętrza w zakładach produkcyjnych Daimler Mercedes. 7 stopni swobody, 23kg wagi i czuła detekcja kolizji tworzą z niego jedynego w swojej klasie przedstawiciela zdolnego wykonywać zadania wymagających dużej „zwinności” w bardzo wąskich przestrzeniach, do których może on zostać wprowadzony za pomocą choćby FANUCA CR-35iA. 7kg udźwigu lub w większej wersji 14kg spokojnie wystarczy do utrzymania wkrętarki lub innego narzędzie potrzebnego w tego typu zadaniach montażowych.


Podsumowanie

Pomimo iż coraz więcej pracowników fabryk – również w Polsce – ma obawy, czy ich stanowiska nie zostaną zastąpione manipulatorami przemysłowymi, zaczynamy zauważać nowy trend, w którym to roboty mają stawać „ramię” w ramię z pracownikami, a nie ich zastępować. XXI w. zapowiada się jako okres, w którym zaawansowana technologia będzie wspierać (np. roboty współpracujące) nas w każdym zakładzie produkcyjnym, począwszy od dużych fabryk, a skończywszy na małych warsztatach, czyniąc tym samym naszą pracę bardziej ergonomiczną i co bardziej istotne, bezpieczniejszą.


Na koniec luźne podsumowanie tematu współpracy ludzie – roboty

więcej na temat: Automatyzacja przemysłu w Polsce


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 kolejnych artykułów i materiałów edukacyjnych (oraz luźnego bloga).


Odwołania:


10. https://www.universal-robots.com. [Online] [Zacytowano: 16 01 2017.]
11. http://www.rethinkrobotics.com. [Online]
12. http://new.abb.com/. [Online]
13. http://www.fanuc.eu/pt/en/robots/robot-filter-page/collaborative-cr35ia. [Online]
14. https://www.kuka.com/en-de/products/robot-systems/industrial-robots/lbr-iiwa. [Online] [Zacytowano: 16 01 2017.]
15. Kampa dr inż. Adrian. Współpraca pomiędzy człowiekiem i robotem przemysłowym. Utrzymanie Ruchu. 4/2016.

Zostaw swoją ocenę
Poprzedni Następny

Jest tego więcej...


					EDUmiejsca Inne

EDUmiejsca

centra edukacyjne, parki, muzea

Albert Einstein kiedyś powiedział, że początkowe lata nauki fizyki powinny opierać się tylko i wyłącznie na ciekawych eksperymentach. Na szczęście w XXI w. nie tylko nauka fizyki może przyjmować formę eksperymentalną i doświadczalną, a tak naprawdę już każdy przedmiot co udowadnia poniższa mapa. Jeżeli znasz inne miejsca, które powinny się znaleźć na powyższej mapie daj […]


					Finał akcji #CzysteSzlaki Nasze projekty

Finał akcji #CzysteSzlaki

Eko edukacja i zabawa na świeżym powietrzu

Akcja #CzysteSzlaki to całoroczne wydarzenie promowane przez Fundację CALM edu Grzegorz Czekała, park linowy LinaAdrena w Gliwicach i zespół wydawniczy „Rajzyfiber” – darmowego podręcznika świadomego i bezpiecznego podróżowania.” Główny cel akcji to „wysprzątanie” przyrody, głównie w okolicy szlaków pieszych z śmieci pozostawionych przez turystów. Każda osoba wędrująca szlakami PTTK lub spacerująca po swojej zielonej okolicy […]


					Autonomiczne ogrody wertykalne Inne

Autonomiczne ogrody wertykalne

Zazieleńmy miasta

A gdyby tak: wszystkie ogrodzenia w miastach, w szczególności wokół szkół, przedszkoli czy placów zabaw zamienić na zielone ściany? wszystkie puste ściany kamienic czy nawet bloków mieszkalnych przeobrazić w zielone murale? wszystkie ekrany akustyczne przy drogach zamienić na zielone dzieła sztuki? wokół parków, przy skwerach, na przystankach i wszelakich zaniedbanych nieużytkach poustawiać podobne konstrukcje? do […]


					Neurodydaktyka - jak się uczyć Artykuły

Neurodydaktyka - jak się uczyć

aby się nauczyć - prostymi słowami

Z tego artykułu dowiesz się: czym jest neurodydaktyka, ta dziwnie brzmiąca dziedzina nauki. Zrozumiesz dlaczego nasi przodkowie żyjący setki tysięcy lat temu jeszcze dziś w świecie smartfonów tak skutecznie utrudniają nam uczenie się. Dowiesz się dlaczego nie zapominasz – i prawdopodobnie nigdy nie zapomnisz – jak się jeździ na rowerze lub pływa, ale niewykorzystywane języki […]


					CALM talks Nasze projekty

CALM talks

Porozmawiajmy o edukacji

Jeżeli trafiłeś na tą stronę to pewnie już wiesz o co chodzi w tym projekcie i możesz od razu wypełnić ankietę klikając w link zamieszczony w poniższym box-ie. Jeśli jednak nie do końca wiesz o co chodzi w projekcie CALM talks to zapraszam do lektury tego artykułu i na końcu wypełniania ankiety. Jeśli od razu […]


					Michał Sobek Inne

Michał Sobek

nauczyciel akademicki, inżynier, założyciel fundacji Greenpower Polska

Jaki był Twój ulubiony przedmiot za czasów szkolnych i dlaczego? Elektrotechnika – nauczyciel posiadał dar przekazywania wiedzy. Jaki Twoim zdaniem jest najważniejszy przedmiot w szkole i dlaczego? Na etapie nauczania w klasach 1-8 uważam że każdy z nich jest istotny. Młody człowiek na tym etapie powinien być wszechstronnie rozwijany. Dokończ zdanie. Dobry nauczyciel ….. traktuje […]


					Zadanie PLC

Zadanie "Przełącznik"

Zadanie do samodzielnej realizacji

Dla kogo przygotowałem to zadanie? Jeżeli jesteś nauczycielem i nie masz do końca pomysłu jakie zadania z programowania PLC powinieneś zadać uczniom – to jest ona dla Ciebie. Jeśli jesteś samoukiem (takim jak ja) i samodzielnie dążysz do poszerzania swoich horyzontów i umiejętności, to ta prezentacja (i wszystkie inne na tej stronie) może się okazać […]

Szkoła 4.0

#Tech

Wprowadzenie do świata technologii

Jeszcze uzupełniamy treści – wróć tutaj jutro.


					Książki Inne

Książki

Na wakacje, do kawiarni i ...

Na świecie do tej pory spisano zbyt wiele wartościowych, ciekawych czy wręcz pasjonujących książkę, dzięki którym możemy zrozumieć otaczający nas świat, aby młodzi ludzie kojarzyli je wyłącznie z nudnymi lekturami. Zniechęcenie młodych umysłów do sięgania po książki w wolnym czasie to chyba największy z zarzutów o najgorszych konsekwencjach stawiany dzisiejszemu systemowi edukacji. Dlatego w tym […]


					Chemia dla przedszkolaka Dla najmłodszych

Chemia dla przedszkolaka

Eksperymenty dla najmłodszych

A co gdyby tak zaprosić doktorów organizujących pokazy dla dzieci podczas „Nocy naukowców Politechniki Śląskiej” do przedszkola? Jak pomyśleliśmy tak, też zrobiliśmy tym bardziej, że organizatorką jednego z nich jest kuzynka mojej żony dr Ania Byczek-Wyrostek. O tym jak dobrze udał się taki „prosty” pokaz rodem z Krainy Lodu z wykorzystaniem suchego lodu (dwutlenku węgla […]


					Dokumenty Fundacji Inne

Dokumenty Fundacji

Statut, raporty, uchwały i sprawozdania

Cele fundacji (wycinek z statutu dostępnego poniżej) § 4.Cele Fundacji. Minister właściwy Celami Fundacji są:a) promocja edukacji, wiedzy i nowoczesnych form nauczania,b) działalność oświatowa, edukacyjna, wychowawcza i naukowa,c) promocja zdrowego stylu życia,d) integracja międzypokoleniowa i międzynarodowa oraz asymilacja kulturowa wraz z asymilacją z grupami osób wykluczonych społecznie,e) promocja wiedzy z zakresu zmian klimatycznych, ekologii i […]


					Łukasz Grabowski - CALM talks Inne

Łukasz Grabowski - CALM talks

przedsiębiorca i wykładowca

Jeżeli nie wiesz czym jest projekt CALM talks to zapraszam na tą stronę – „CALM talks – porozmawiajmy o edukacji”. Tam także znajdziesz pełne pytania, na które tu znajdziesz odpowiedzi. Poniżej zamieszczamy podsumowanie wszystkich – naszym zdaniem – najciekawszych wypowiedzi udzielonych w tym projekcie. Pełna lista wszystkich wypowiedzi jest dostępna pod tym linkiem – „CALM […]

Zamknij