zobacz także: Historia robotyki cz. 1

W drugiej części 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 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.

Od samego początku powstania przemysłu ludzie obawiali się, że maszyny, a tym bardziej roboty zastąpią ich miejsca pracy. Wielokrotnie opinia taka powodowała społeczne niepokoje. Do bardzo głośnych dochodziło już w latach 1811–1813 gdy to luddyści niszczyli mechaniczne krosna w zakładach tkackich. 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.

Trzy prawa robotów Asimova

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.

A to ciekawe, Isaac Asimov …

W tym miejscu pozwolę sobie na delikatną odskocznię od tematu głównego, ale gdy trafiła mi przypadkiem w ręce jedna z książek Isaaka Judowicza Ozimowa (ros. Исаак Юдович Озимов ur. 2 stycznia 1920, Pietrowicze k. Smoleńska, zm. 6 IV 1992 ) poczytałem o tym pisarzu trochę więcej i okazało się, że jest on autorem i redaktorem ponad 500 książek (!!!) (a Ty ile napisałeś ?), był jednym z najbardziej płodnych pisarzy wszech czasów.

Wracając jednak do tematu…

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.

Później Asimov dodał jeszcze nadrzędne prawo (tzw. prawo zerowe) nie dotyczące już tylko człowieka, a brzmiało ono tak:

0. Robot nie może skrzywdzić ludzkości, ani przez zaniechanie działania doprowadzić do uszczerbku dla ludzkości.

Kończąc ten rozdział dla zainteresowanych tematem dodam tylko, że na Wikipedii (która nie jest najbardziej rzetelnym źródłem informacji ale dość dobrym do rozpoczęcia poszukiwań informacji) można znaleźć też listę innych praw kilku mniej znanych autorów.

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” (co widać na filmie powyżej), charakteryzująca się dużą elastycznością, zwinnością i pomimo swojej siły – delikatnością.

Zasada działania

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.

Chwytak

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 i jego następnych wersji (transformacje możecie zobaczyć na poniższym filmie).

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.

czytaj dalej: 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.