O súčasných výzvach kolaboratívnej a priemyselnej robotiky

Počas konferencie Robotika vo výrobnej praxi malých a stredných podnikov, ktorú začiatkom apríla tohto roku zorganizovali redakcie odborných časopisov ATP Journal a ai magazine, odzneli okrem prezentácií zástupcov Ministerstva hospodárstva SR, Národného centra robotiky či agentúry SARIO aj prednášky partnerov, ktorí predstavili novinky a skúsenosti z reálnych projektov.
O súčasných výzvach kolaboratívnej a priemyselnej robotiky

Obr. (zľava) Maroš Černý, Maroš Mudrák, Milan Raček, moderátor diskusie, Peter Pagáč a Dávid Gurčík

Organizátori zaradili do programu aj dve panelové diskusie, kde dominovali témy a najdiskutovanejšie otázky súvisiace s aktuálnym vývojom v oblasti robotiky. Z jednej z nich s názvom Prínosy a najlepšie skúsenosti z praxe pri zavádzaní robotických pracovísk vám prinášame tie najzaujímavejšie myšlienky týchto pozvaných odborníkov:

  • Maroš Mudrák, vedúci oddelenia špeciálnych robotických aplikácií, MATADOR Automation, s. r. o.;
  • Dávid Gurčík, produktový manažér, divízia robotiky, MTS, spol. s r. o.;
  • Maroš Černý, spoluzakladateľ spoločnosti, Rossum Integration, s. r. o.;
  • Peter Pagáč, vedúci inšpekčného orgánu, Technický skúšobný ústav Piešťany, š. p.

Prednosti a obmedzenia kolaboratívnej robotiky

Podľa D. Gurčíka bol segment kolaboratívnej robotiky vyvinutý z veľkej časti s cieľom náhrady alebo doplnenia chýbajúcich operátorov na linkách, kde sa vykonáva monotónna, jednotvárna činnosť. Následne možno týchto pracovníkov efektívnejšie využiť v iných častiach prevádzky. „V aplikáciách, kde je dôležitým faktorom rýchlosť taktu, nemajú kolaboratívne roboty veľa priestoru na využitie. Ich pracovná rýchlosť je obmedzená na 1 m/s, pričom štandardný priemyselný robot sa pohybuje rýchlosťou 4 m/s. Okrem toho je tu aj otázka presnosti, tuhosti a nosnosti, ktoré sú tiež v prospech priemyselných robotov,“ konštatuje D. Gurčík. Z pohľadu reálnych projektov sa kolaboratívne roboty uplatňujú napr. v aplikáciách uťahovania, skrutkovania, paletizácie či nanášania tmelu.

„Skôr ako sa začneme baviť nad výpočtami rýchlostí a hmotností, treba sa zamyslieť nad tým, či je daná aplikácia vhodná na nasadenie kolaboratívneho robota,“ myslí si P. Pagáč. Odpoveď na túto otázku treba podľa neho hľadať v systematickej analýze daného pracoviska. Tú by mali spoločne vykonať prevádzkovateľ, ktorý vie o danej aplikácii najviac, bezpečnostný technik, priemyselný inžinier, konštruktér aj samotný výrobca robota. Až potom možno hovoriť o tom, aké sily či rýchlosti robota sú prípustné.

Kolaboratívnu robotiku by bolo podľa M. Mudráka možné vnímať aj podľa toho, ako s ňou potrebujeme robiť. V prvom prípade ide o koexistenciu, pri ktorej robot vykonáva nejakú činnosť a operátor v jeho blízkosti tiež pracuje na svojej úlohe. Neexistuje medzi nimi žiadna priama interakcia. V prípade, že sa robot priblíži k človeku, spomalí svoj chod. Druhým prípadom je kooperácia, keď už platia iné pravidlá na zaručenie bezpečnosti človeka, ktorý sa nachádza v pracovnom priestore robota. Keď človek nie je v nebezpečnom priestore, môže sa robot pohybovať svojou maximálnou možnou rýchlosťou. Tretí stupeň je kolaborácia, keď robot neustále pracuje v bezpečnom režime a dodržiava predpísané sily a rýchlosti.

„V spolupráci s Národným centrom robotiky aktuálne pripravujeme jednu diplomovú prácu, ktorá sa bude venovať práve problematike merania síl, nakoľko sme zistili, že treba začať od metodiky tohto procesu,“ dodáva P. Pagáč. Konkrétne skúsenosti s meraním rozloženia síl už majú za sebou aj pracovníci okolo M. Černého. „Už dlhodobejšie spolupracujeme s jednou firmou, ktorá sa zaoberá vývojom a výrobou bezpečnostných komponentov. V ponuke majú systém postavený na kapacitnom senzore, ktorý sa umiestni do dráhy robota a následne dokáže detegovať a analyzovať rozloženie síl. Takýto spôsob plánujeme zaviesť ako súčasť nášho postupu pri analýze rizík,“ dodáva M. Černý.

Ak ide o aplikáciu, kde sa robot použije ako náhrada existujúceho operátora, je niekoľko spôsobov, ako ho možno naučiť opakovaniu tých istých úkonov, ako vykonáva samotný operátor. Jedným z nich je snímanie scény kamerou. „Mali sme projekt, v rámci ktorého sa snímali pohyby ľudského pracovníka pomocou kamery Kinect a štandardný priemyselný robot vykonával tie isté pohyby v chránenom priestore,“ opisuje možnosti M. Mudrák. Ďalšou možnosťou je použitie tzv. prepínača deadman, ktorého funkciou je chrániť operátora robota počas fázy učenia.

Na dôvody vzniku segmentu kolaboratívnej robotiky má mierne odlišný názor M. Černý, podľa ktorého boli skôr prioritou práve aplikácie, kde je výhodné mať na jednom pracovisku človeka aj robot. „Presadzovanie kolaboratívnych robotov na trhu následne otvorilo aj ďalšie možnosti, ako je napr. manipulácia s obrobkami, t. j. nakladanie/vykladanie do CNC strojov a podobne,“ konštatuje M. Černý.

Certifikácia pracoviska s kolaboratívnym robotom

„Aj keď má samotný robot svoje certifikáty, treba garantovať aj bezpečnosť celého pracoviska. Ako systémový integrátor garantujeme našim zákazníkom bezpečnosť celej aplikácie,“ pokračuje na úvod ďalšej témy M. Černý. Technická špecifikácia pripravovanej normy ISO/TS 15066: 2016 definuje postup pri návrhu robotizovaného pracoviska; vypracuje sa analýza rizík a následne vstupuje do procesu aj nezávislý inšpekčný orgán.

V začiatkoch nasadzovania kolaboratívnej robotiky nebola ešte k dispozícii norma ani technická špecifikácia, ktorá by definovala bezpečnosť a správne postupy tohto typu aplikácií. „Aj preto sme ako priekopníci v oblasti nasadzovania kolaboratívnej robotiky využívali zdravý sedliacky rozum. Keď bola aplikácia navrhnutá a postavená, testovali sme to doslova na sebe. Simulovali sme kolízie s rukou, celým ramenom či dokonca s hlavou a následne to prechádzalo kontrolou aj zo strany samotného zákazníka,“ spomína na začiatky M. Mudrák. „Veľmi častým problémom, a to nielen pri robotizovaných pracoviskách, je nedodržiavanie bezpečnej vzdialenosti, na ktorú zásadným spôsobom vplýva pracovná rýchlosť robota. Ako správne zmerať bezpečnú vzdialenosť? Nuž aj na túto otázku nachádzame odpoveď v normách. Základom merania bezpečnej vzdialenosti je vystrieť rameno robota do maximálnej vzdialenosti a na prvej osi ho roztočiť na maximálne technicky možnú rýchlosť. Pri 180° natočení dosiahne svoju maximálnu rýchlosť a vtedy treba stlačiť tlačidlo núdzového zastavenia. Prvá os sa však napriek tomu pootočí o niekoľko desiatok stupňov.“

Pri nasadzovaní robotizovaného pracoviska musí výrobca alebo systémový integrátor postupovať vždy v súlade s aktuálne platnými legislatívnymi predpismi. Na Slovensku je to zákon 56/2018, Z. z., ktorý nahradil zákon 264/1999 o posudzovaní zhody výrobku, sprístupňovaní určeného výrobku na trh a o zmene a doplnení niektorých zákonov. V paragrafe 5 tohto zákona sú uvedené povinnosti výrobcu a v paragrafe 22 sú definované postupy posudzovania zhody rozdelené do viacerých modulov. Výrobca môže pri posudzovaní zhody využiť notifikovanú osobu, napr. Technický a skúšobný ústav, príp. Technickú inšpekciu. Za prítomnosti notifikovanej osoby a výberu modulu sa vykoná posúdenie zhody. Po zvládnutí tohto postupu je vydaný prevádzkovateľovi certifikát a následne je dané zariadenie zlegalizované.

Nezabúdajme na koncové efektory

V prípade kolaboratívnych aplikácií typu zober – polož je vhodné rôzne priemyselné uchopovače ako koncové zariadenia robota zabezpečiť tak, aby sa napr. pomocou krytov eliminovali ostré hrany. Norma definuje aj maximálnu silu uchopenia. „Ak sa niektoré obmedzenia nedajú vyriešiť krytovaním, dá sa to riešiť programovaním alebo definovaním trajektórie robota. Norma definuje aj minimálnu vzdialenosť od kolaboratívneho robota, kde by sa už ruka operátora nemala pohybovať,“ vysvetľuje M. Černý. Na druhej strane treba zohľadniť skutočnosť, aký typ efektora sa na konci robota nachádza. Či sú to zváracie kliešte, horák, manipulátor, ktorý pridáva robotu ďalšie osi a pod.

V tejto súvislosti treba zodpovedať aj otázku, ako sa bude efektor správať pri výpadku elektriky. „Nie je žiaduce, aby robot v prípade výpadku napájania pustil niečo, čo sám nesie, a už vôbec nie v rámci zotrvačného pohybu,“ upozorňuje P. Pagáč.

Virtuálna realita a robotika

V prípade, že sa robí simulácia výrobnej linky alebo robotizovaného pracoviska v nejakej softvérovej aplikácii, môže byť následným krokom aj „prechádzka“ cez navrhnuté riešenie prostredníctvom virtuálnej reality, čo umožní zákazníkovi nahliadnuť do budúceho pracoviska ešte pred jeho samotnou realizáciou. „Navyše zákazník má takto možnosť komentovať a pripomienkovať samotné riešenie, pričom vykonanie úprav je podstatne rýchlejšie, jednoduchšie a z hľadiska nákladov takmer zanedbateľné v porovnaní s vykonávaním zmien už na reálne postavenom pracovisku,“ konštatuje D. Gurčík.

No využitie virtuálnej reality sa neobmedzuje len na fázu návrhu a vývoja robotizovaných pracovísk. „Viaceré spoločnosti najmä z oblasti automobilového priemyslu využívajú prostredie virtuálnej reality na zaškoľovanie svojich pracovníkov údržby. V tomto prípade sa simulujú rôzne poruchy, ktoré musia údržbári vo virtuálnom priestore opraviť a takto získavajú zručnosti, ktoré by len ťažko nadobudli v praxi,“ dopĺňa M. Mudrák.

Náklady na kolaboratívny vs priemyselný robot

Z hľadiska konštrukcie a koncepcie sú kolaboratívne a priemyselné roboty veľmi podobné. „Typ aplikácie môže, samozrejme, ovplyvňovať životnosť daného robota a servisné náklady. No pri dodržiavaní technických parametrov udávaných výrobcom robota, napr. maximálneho prípustného zaťaženia či nosnosti, a pri jeho správnom naprojektovaní pre potreby danej aplikácie je spoľahlivosť obidvoch typov robotov veľmi podobná,“ hodnotí M. Černý.

„Z našich praktických skúseností vychádzala kolaboratívna robotika cca o 30 % drahšia v porovnaní s klasickou priemyselnou pri použití v tej istej aplikácii,“ konštatuje M. Mudrák.

„V prípade kolaboratívnych robotov, s ktorými pracujeme v rámci našich projektov, sú tie servisné náklady naozaj minimálne, navyše roboty neobsahujú žiaden mazací olej, a teda nie je potrebné ako pri priemyselných robotoch vykonávať jeho výmenu po definovanom čase; odpadajú aj náklady na zakúpenie licencie na programovací softvérový nástroj. Navyše tieto roboty dokáže naprogramovať aj zaškolený operátor, nie je na to potrebný špecialista – programátor,“ hovorí D. Gurčík.

http://www.automatizacia.sk