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
trochę więcej z historii: Historia automatyzacji – od starożytności po współczesność


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...


					IDEA market Nasze projekty

IDEA market

Platforma wymiany pomysłów

Witamy w miejscu w którym oddajmy głos młodym ludziom. A oni udowadniają, że poprzez swoją pomysłowość i pracowitość naprawdę mogą zmieniać świat w którym żyjemy. IDEA market ma za zadaniem im w tym pomóc. Cel edukacji to DZIAŁANIE! Fundacja CALM edu została założona aby przekuć edukację w użyteczne działanie. Chcemy pokazać jak duży pozytywny impakt […]


					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 […]


					Historia edukacji Artykuły

Historia edukacji

Krótka historia współczesnej edukacji

Żyjemy w świecie w którym pracodawcy oczekują się od nas kreatywności, innowacyjności (umiejętność wdrażania nowych rozwiązań), umiejętności szybkiego uczenia się abyśmy mogli wdrażać technologie Industry 4.0 (przemysłu czwartej generacji). Natomiast szkoły od swoich uczniów oczekują odpowiedzi wpisujących się w klucz, rozwiązywania zadań jedyną słuszną metodą, zapamiętywania przestarzałych i całkowicie niezrozumiałych definicji…. Otaczająca nas rzeczywistość stawia […]


					Przewidzieć przyszłość Inne

Przewidzieć przyszłość

Futurystyka i nowe technologie

Jedno z moich ulubionych haseł które napędza mnie do działania, zmotywowało do otwarcia firmy, założenia fundacji brzmi: „Najlepszym sposobem na przewidywanie przyszłości jest jej tworzenie. Każdego dnia, systematycznie, małymi kroczkami” W tym poście nie skupimy się na nauce, aby faktycznie budować naszą przyszłość, ale zaprezentujemy kilka książek, dzięki którym łatwiej będzie można sobie tą przyszłość […]


					CALM_PLCsim - Symulator PLC PLC

CALM_PLCsim - Symulator PLC

Wirtualne stanowisko wykonawcze

Dla kogo „CALM PLCsim” – symulator stanowiska PLC S7-1200 ? Napisaliśmy program odzwierciedlający w 100% fizyczne stanowiska edukacyjne. Kierujemy go do wszystkich uczniów i studentów, którzy chcą rozwijać swoje umiejętności programowania sterowników PLC. Dla posiadaczy fizycznych sterowników Jeżeli masz zajęcia z programowania na fizycznych sterownikach PLC ale szkoła nie posiada elementów wykonawczych (innych niż lampki). […]


					Darmowy kurs PLC PLC

Darmowy kurs PLC

przygotowanie do egzaminu zawodowego

Ten darmowy kurs PLC jest kierowany dla uczniów techników, którzy przygotowują się do egzaminu zawodowego (specjalizacja mechatronika) oraz do wszystkich tych studentów po liceum chcących wreszcie poznać praktyczne podstawy automatyki. #HMI Czego szukasz??? #Slajdy Darmowy kursPLC S7-1200(poniżej) Wszystkie postyTIA Portal#TIA Wszystkie posty Step7 #Step7 0. Nim zaczniesz się uczyć Jak się uczyć, aby się nauczyć? […]


					Platformy do nauki matematyki Szkoła 4.0

Platformy do nauki matematyki

Lista matematycznych stron

Najbardziej wartościowe darmowe strony internetowe o matematyce kierowane do uczniów i studentów. Kolejność stron na poniższej liście jest losowa, dlatego nie sugeruj się nią tylko odwiedź każdą z stron i zobacz, która najbardziej Ci odpowiada. Jeżeli jeszcze nie wiesz dlaczego „Matematyka 4.0” i o co chodzi z „Szkołą 4.0” odwiedź TĄ stronę na której wszystko […]


					Komparatory PLC

Komparatory

Porównania wartości

Zagadnienie z kategorii najprostszych i najkrótszych. Nim przejdziemy do tematu tego rozdziału sprawdźmy w bab.la skąd nazwa: compare to {czas.} PL porównać do, porównać z, porównywać do, porównywać z, przyrównać do przyrównywać do. W takim razie komparatory służą tylko albo aż do jednego, czyli porównywania wartości. Jak użyć komparatorów? W celu porównania wartości musimy: W […]


					#FreeTime i Psychoedukacja Szkoła 4.0

#FreeTime i Psychoedukacja

Wprowadzenie do spędzania czasu wolnego

Na pierwszy rzut oka jest to zapewne najdziwniejszy z wszystkich przedmiotów, które uważamy, że powinny pojawić się w szkołach. Jak można uczyć spędzania czasu wolnego w szkole? Przecież to oksymoron. Nie do końca. Bo to jak spędzamy czas wolny w bardzo dużym stopniu wpływa na nasze zdrowie psychiczne. Można by ten przedmiot nazwać także „zdrowie […]


					#Mata Szkoła 4.0

#Mata

Wprowadzenie - Przedmiot matematyka

Jeszcze uzupełniamy treści – po więcej informacji wróć tutaj jutro. W co wierzymy: Po pierwsze, nie ma ludzi niezdolnych do nauczenia się matematyki, są wyłącznie uczniowie, którzy nie mieli jeszcze szczęścia spotkać odpowiednich nauczycieli lub tacy, którym na tym nie zależy, bo nie wiedzą po co im ona. Głównym celem nauki matematyki jest umiejętność logicznego […]


					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 […]


					Rozwojowe filmy i programy Inne

Rozwojowe filmy i programy

dla młodzieży i rodziców

Dla kogo ta lista ? Dla odpoczywających na kanapie Siedzisz w domu i chcesz odpocząć, ale nie chcesz całkowicie zmarnować swojego czasu? Może warto obejrzeć coś wartościowego i przyjemnego jednocześnie, aby zmotywować się do pracy? Przygotowaliśmy dla Ciebie listę filmów (i seriali bo dziś to ten sam poziom), które zainteresują nie tylko inżyniera, a każdego […]

2 thoughts on “Historia robotów cz. 3 CoBots

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Zamknij