S nárastom inovácií v oblasti robotiky a vplyvom Priemyslu 4.0 sa robotické ramená dnes používajú takmer v každom odvetví od poľnohospodárstva, potravinárstva až po chemický či papierenský priemysel. So vstupom robotiky do týchto nových oblastí a s novými požiadavkami na výrobnú linku sa neustále vyvíjajú nové spôsoby uchopovania koncovými manipulátormi.

Bionický mobilný asistent

Bionický mobilný asistent s názvom BionicMobileAssistant sa pohybuje autonómne v priestore a dokáže samostatne rozpoznávať predmety, adaptívne ich uchopovať a spolupracovať s ľuďmi. Spracovanie získaných informácií vykonáva neurónová sieť, ktorá bola vopred natrénovaná pomocou rozširovania dát.

V budúcnosti budú pracovníci a roboty spolupracovať čoraz užšie. Z tohto dôvodu v spoločnosti Festo intenzívne hľadali systémy, ktoré by mohli ľudí odbremeniť od monotónnych alebo nebezpečných činností a zároveň by nepredstavovali žiadne riziko. Ústrednú úlohu tu zohráva umelá inteligencia. V spolupráci s ETH Zürich bol vyvinutý BionicMobileAssistant, ktorý pozostáva z troch podsystémov: mobilného robota, elektrického ramena robota a pneumatickej ruky BionicSoftHand 2.0. Pneumatické chápadlo je inšpirované ľudskou rukou a je ďalším vývojom BionicSoftHand z roku 2019.

Prsty ruky pneumatického robota pozostávajú z pružných vlnovcových štruktúr so vzduchovými komorami, ktoré sú potiahnuté pevným a zároveň poddajným textilným úpletom. Vďaka tomu je ruka ľahká, flexibilná, prispôsobivá a citlivá, no zároveň schopná vyvinúť veľkú silu. Bionická ruka má rukavicu s hmatovými snímačmi sily na končekoch prstov, na dlani a na vonkajšej strane. To jej umožňuje cítiť, aký tvrdý je predmet, ktorý má uchopiť, a ako dobre padne do ruky, a prispôsobiť tak silu uchopenia predmetu, ako to robíme my ľudia. Okrem toho je na vnútornej strane zápästia umiestnená hĺbková kamera na vizuálnu detekciu objektov. Pomocou obrázkov z kamery dokáže robotická ruka rozpoznať a uchopiť rôzne predmety, aj keď sú čiastočne zakryté. Po primeranom tréningu vie ruka na základe zaznamenaných údajov posúdiť predmety a rozlíšiť dobrý od chybného.

Aditívna výroba môže byť prínosom

Koncové manipulátory prichádzajú do priameho kontaktu s manipulovaným predmetom. Kvôli širokému spektru aplikácií a materiálov, s ktorými manipuluje, musia byť nástroje špecializované na úlohy, ktoré sa od nich vyžadujú. Výrobcovia robotiky pristúpili k tejto úlohe a vytvorili chápadlá, ktoré umožňujú automatizácii riešiť všetky nové výzvy.

Vďaka aditívnej výrobe možno vytvárať a prototypovať koncové manipulátory bez drahých nástrojov a nastavovania stroja. 3D tlač tiež umožňuje detailnejší návrh a poskytuje ľahšie diely, ktoré možno vyrobiť oveľa rýchlejšie od návrhu až po dodanie.

Aditívna výroba teda umožňuje vyrábať stabilné, ľahké diely s priamo integrovanou funkcionalitou, ktoré spoľahlivo zvládnu aj náročné podmienky. Okrem toho, ak sa manipulovaný predmet zmení, návrh uchopovacieho systému sa dá rýchlo prispôsobiť pomocou CAD údajov, čím sa výrazne skráti čas uvedenia na trh. Do návrhu možno začleniť rôzne bezpečnostné prvky a vopred určené body zlomu. Diely sú zväčša vyrábané z jedného kusu, čo šetrí čas montáže.

3D tlačený uchopovač znížil zaťaženie robotickej baliacej linky

Nové roboty pre baliacu linku typu pick and place už boli objednané, keď sa dodávateľ potravinárskych výrobkov Langen Group začal zaoberať výberom koncových manipulátorov, ktoré by robotom umožnili zbierať zabalené slané pochutiny a umiestňovať ich do kartónových škatúľ. Pri výbere uchopovacieho zariadenia narazili na komplikácie, pretože zariadenie muselo byť extrémne ľahké. Túto výzvu sa podarilo vyriešiť pomocou aditívnej výroby, vďaka čomu vyrobili ľahšie a výkonnejšie vákuové chápadlo.

Aby sa dosiahla maximálna rýchlosť bez narušenia ťažiska robotov, koncový manipulátor spolu s hmotnosťou samotného produktu nemohol vážiť viac ako dva kilogramy. Najväčší náklad krekrov na baliacej linke mal 1,5 kg. Zostávalo len 500 gramov na voľbu a výrobu koncového manipulátora.

Spoločnosť Anubis, ktorá sa zaoberá 3D tlačou, navrhla ľahšiu, efektívnejšiu súpravu komponentov poskytujúcich štyrikrát viac uchopovacej sily v porovnaní so staršími vákuovými uchopovačmi. Aditívna výroba, montáž a testovanie nového nástroja trvali iba týždeň. Ako materiál bol použitý nylon 12, ktorý bol vybraný pre svoju flexibilitu, schopnosť odolať nárazovým zaťaženiam a certifikácii na styk s potravinami.

Požiadavky používateľov budú komplikovanejšie

V budúcnosti môžeme očakávať, že koncové manipulátory budú ešte flexibilnejšie a všestrannejšie. Očakávania zákazníkov, rozmanitosť produktov, spôsoby manipulácie a možnosti užitočného zaťaženia, ktoré by mali uchopovacie zariadenia zvládnuť, sa neustále zvyšujú. Je tiež pravdepodobné, že uvidíme chápadlá vyrobené z ešte ľahších materiálov a s rôznymi integrovanými modernými technológiami.

Zdroj

[1] BionicMobileAssistant. Hannover Messe. [online]. Citované 18. 8. 2022. 

[2] Leveraging 3D Printing for End of Arm Tooling. Genesis Systems. [online]. Citované 18. 8. 2022. 

[3] Additive Manufacturing for Handling Systems. EOS. [online]. Citované 18. 8. 2022. 

[4] Anubis 3D Additive manufacturing for Gripper. EOS. [online]. Citované 18. 8. 2022. 

-pev-