Nehodí se na výrobu velkých sérií výrobků, na titěrnou práci, ale přesto jsou budoucností průmyslu. V továrně leští povrch nového výrobku, kontrolují jeho kvalitu či pracují se svářečkou. V robobaru zase připravují zákazníkům cappuccino, malinové Daiquiri nebo cokoliv, co si hosté objednají prostřednictvím tabletu. Kolaborativní roboti neboli koboti, kteří dokážou spolupracovat s člověkem, jsou součástí strategie Průmyslu 4.0 a jakýmsi příslibem pracovišť budoucnosti, ve kterých bude zcela běžné, že vedle sebe pracuje člověk a robot.
V současnosti to běžné není. Koboti nejsou vhodní pro řadu aplikací a své uplatnění nacházejí v provozech, které není možné zcela automatizovat. Využívají se pro manipulace s lehčími díly nebo pro operace, které jsou prováděny souběžně s manuálními pracemi, jako je třeba leštění povrchu nového výrobku.
Aby záda nebolela
Kolaborativní robot spolupracuje s člověkem a postupně s ním vykonává jednotlivé operace. Představa, že sedí vedle sebe a společně něco montují, je ale mylná. „Kdybyste takhle s robotem něco montovali, znamenalo by to, že pracuje stejnou rychlostí jako člověk, a to není účelem automatizace,“ zdůrazňuje Jan Kupeček, majitel společnosti ELPA Kupeček, která působí jako systémový integrátor.
Koboti zvedají pro člověka těžké díly nebo vykonávají stále se opakující činnosti. Pracovník pak jen kontroluje nebo ladí případné nesrovnalosti. Výhody pro zaměstnance jsou výrazné – zmizí bolesti zad z permanentních jednostranných pohybů s těžkými předměty a minulostí jsou stereotypní činnosti. Sbohem, věčné a nudné utahování šroubů. Kobot si nestěžuje, protože jeho záda nebolí a šrouby klidně utáhne tisíckrát.
Ideální aplikací je pro něj kontrola kvality. „K robotovi přijede od dopravníku výrobek a on zkontroluje, zda má všechny šrouby, že sedí barvy a že spáry nejsou větší, než by měly být,“ popisuje Jan Kupeček.
Koboti jsou naopak zcela nevhodní tam, kde se manipuluje s těžkými břemeny, je vyžadována vysoká rychlost a přesnost nebo jde o výrobu velkých sérií výrobků. Nejsou tedy náhradou za klasické průmyslové roboty, rozhodně jim nekonkurují a jsou spíše rozšířením možností robotizace výroby.
Limitující nosnost
Jedním z velkých limitů, na které kolaborativní roboti narážejí, je jejich nosnost. Ta se navíc ještě snižuje při větším natažení ramene v pracovním prostoru. „Pro manipulaci s těžšími předměty je proto nutné pečlivě navrhnout dráhu předmětu. Další variantou je spolupráce několika robotů, typicky dvou, kteří společně manipulují s předmětem těžším, než je nosnost jednoho robota,“ říká Michael Šebek z katedry řídicí techniky Fakulty elektrotechnické Českého vysokého učení technického.
„Nosnost kolaborativních robotů, kteří jsou na trhu, se pohybuje přibližně od půl kilogramu do deseti kilogramů, v některých případech mírně více. Hmotnost samotného robota je v nižších desítkách kilogramů,“ objasňuje Michael Šebek a přidává porovnání s klasickými průmyslovými roboty, kteří manipulují s karoseriemi aut a mají nosnost několik set kilogramů.
Koboti toho moc neunesou, na druhou stranu se dají přemisťovat tam, kde jsou potřeba, a jejich nízká hmotnost má pozitivní vliv na bezpečný kontakt s člověkem. Platí, že čím je robot těžší, tím delší čas nebo větší sílu potřebuje ke svému zastavení. „Delší čas znamená nebezpečí pozdní reakce, pokud se člověk k robotu přiblíží, větší síla zase znamená nutnost větších motorů, což v důsledku opět znamená nárůst hmotnosti,“ vysvětluje Šebek.
„Pro představu, průmyslový robot s nosností 30 kilo typicky váží několik set kilogramů. Je pak samozřejmě nemyslitelné, aby takový robot narazil do člověka, protože by to mělo fatální následky,“ doplňuje Michael Šebek, proč je nutné u průmyslových robotů zamezit přístupu člověka do pracovního prostoru, zatímco ti kolaborativní mohou s lidmi prostor sdílet.
Pozor na oči
Spolupráce s člověkem vytváří vysoké nároky na bezpečnost. Tu zajišťuje inteligentní senzorika umožňující detekovat kolize, která ale často vyvolává pocit, že kobot nemůže za žádnou cenu nikoho zranit. „Kolaborativní robot je tak bezpečný, jak projektant pracoviště navrhne,“ upozorňuje Aleš Vysocký z Katedry robotiky Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava. Jestliže je tedy pracoviště navrženo špatně nebo obsluha udělá nějakou zásadní chybu, ke zranění dojít může – třeba když je potlačena podmínka provozovat robota při nízkých rychlostech. „V tom případě mohou větší roboti při pohybu udeřit i takovou silou, jako by na vás spadlo 150 kilogramů,“ nastiňuje Vysocký případ, který by měl fatální důsledky zejména v oblasti hlavy.
Pro bezpečnost je důležité zabývat se také veškerým vybavením manipulátoru. „Pokud nezjišťujeme sílu úchopu čelistí připojeného uchopovače, může dojít ke skřípnutí prstů. Když máme bezpečný uchopovač, ale manipulujeme s plechem, který má ostré hrany, může dojít k pořezání. Nebo když robot nese hořák svářečky, rychle rotující brusný kotouč nebo šroubovák s ostrým hrotem, vždy vzniká riziko od nesené technologie,“ pokračuje ve výčtu nebezpečných situací Vysocký.
„Byl jsem ve firmě, kde pracovníkovi robot málem vypíchl oko. V chapadle držel ostré trubičky, zaměstnanec se pohyboval v místech, kde být neměl, a nyní má nad obočím přibližně čtyřcentimetrovou jizvu,“ přidává příklad z praxe Jan Kupeček.
„K tomu, aby vám robot vypíchl oko, stačí jen malá síla. I když pojede pomalu a pozná, že naboural, pokud bude držet nůž a vy budete na špatném místě, může vás píchnout. Je sice spolupracující, jezdí pomalu, ale oko vám stejně vypíchne, protože vás nevidí,“ doplňuje Kupeček.
Laik zvládne programování jen zčásti
Marketing koboty často vykresluje tak, že je zvládne naprogramovat i laik. Ovládání chapadla, komunikace s nadřazenou jednotkou nebo odesílání dat se ale programuje stejně jako u běžných průmyslových robotů, tedy vytvořením kódu. Špatné naprogramování může přinést řadu problémů: „Robot může odepnout výrobek, místo aby ho upnul. Může dát signál do linky, že odesílá dobrý kus a poslat špatný. Může nabourat,“ vypočítává varianty Kupeček.
Co ale zvládne zaškolený pracovník jednoduše, je naprogramování dráhy. „Ta se na běžných robotech programuje tak, že je ovládáte pomocí joysticku a postupně projíždíte jednotlivé body. To má tu nevýhodu, že musíte vždy jet osu po ose a častokrát se spletete. U těch kolaborativních, spolupracujících robotů je chytnete za chapadlo, ručně projedete požadovanou dráhu a robot si ji zapamatuje. Když máte překážky po cestě, snadno je dokážete obejít,“ popisuje Kupeček. Dráha ale tvoří jen asi 20 procent celé aplikace.
– je neoplocený – zatímco klasický průmyslový robot je uzavřený v kleci, kolaborativní kolem sebe nemá žádné oplocení.
– je pomalejší – aby mohl spolupracovat bezpečně s člověkem, musí pracovat při nízkých rychlostech. Vlastnost zcela nevhodná do velkých sériových výrob.
– snáze se programuje – říká se, že kobota zvládne naprogramovat i laik. Není to tak úplně pravda. Platí to ale pro část operací, při kterých je robot naveden rukou člověka a rameno stroje si jednotlivé fáze úkonu zapamatuje. Třeba jak uchopit do ruky pánvičku na palačinky.
– je lehčí – koboti jsou výrazně lehčí. Několik desítek kilogramů z nich dělá Davida v porovnání s tunovými průmyslovými Goliáši. Díky tomu se mohou snadno přemisťovat tam, kde jsou potřeba. Jejich nízká hmotnost se projevuje také ve vyšší bezpečnosti při práci s člověkem.
– má nižší nosnost – spolupracující roboti běžně unesou do deseti kilogramů, výjimečně pak kolem 35 kilo. Nosnost konvenčních robotů může být řádově vyšší.
– jednoduše se instaluje – nainstalovat průmyslového robota může trvat týdny, kolaborativní se dá na výrobu připravit během několika hodin.
– je bezpečnější – ačkoliv je tradiční robot uzavřený v kleci, při kontaktu s člověkem může způsobit vážné zranění. Koboti mají citlivé senzory tlaku, a tak dokážou v setině sekundy zpomalit svoji rychlost či úplně zastavit.
Robotický opravář se zatím nekoná
Na trhu se vyskytuje stále více firem, které kolaborativní roboty vyrábějí. Tím se koboti zpřístupňují většímu okruhu uživatelů. Trendem je také snaha o zjednodušení programů a zvyšování nosnosti kobotů. „Ještě před pěti lety unesli maximálně pět kilo, dnes už mají nosnost i 35 kilogramů,“ popisuje Jan Kupeček. Trendem je podle něj také digitalizace stanic, kdy robot sám posílá informace o počtu vyrobených kusů nebo pošle diagnostickou zprávu, že jeden z motorů se přehřívá.
V poslední době se také objevují roboti, kteří mají klasickou konstrukci, ale jejich povrch je opatřen umělou kůží. „Jde o látku obsahující senzory schopné detekovat kontakt s vnějším prostředím a samozřejmě i s člověkem,“ říká Šebek z ČVUT.
Velkým trendem je všestrannost kobotů a jejich mobilita, aby bylo možné je snadno dopravit tam, kde budou provádět potřebnou operaci. „Na to navazují univerzální uchopovače, které jsou schopné uchopit objekty různých tvarů, dále systémy strojového vidění schopné nalézt libovolně orientovaný objekt například v krabici s dalšími díly, tento objekt uchopit a dále s ním pracovat,“ popisuje Aleš Vysocký z VŠB – Technické univerzity Ostrava.
Budoucností kolaborativních robotů je rozšiřování z průmyslu do dalších oblastí společenského života. „Ještě jsme ale daleko od doby, kdy k vám domů přijde opravář doprovázený robotem nesoucím mu nářadí, anebo dokonce přijde jen robotický opravář sám,“ dodává Šebek.
K trendu rozšiřování do běžných oblastí života přispívají i české univerzity. Například zástupci katedry řídicí techniky FEL ČVUT a její studenti vyvinuli kolaborativního robota v podobě již zmiňovaného robotického barmana a baristy. Barman i barista našli využití na řadě společenských akcích jak na půdě ČVUT, tak i mimo ni. „V Testbedu pro Průmysl 4.0 nyní pracujeme na nové verzi robotického barmana, který bude obsahovat řadu prvků Průmyslu 4.0 jako digitální dvojče, plánování objednávek. Očekáváme, že to přispěje k popularizaci kolaborativní robotiky v jiném než průmyslovém prostředí,“ říká Pavel Burget, vedoucí Testbedu pro Průmysl 4.0 a spoluzakladatel firmy Factorio Solutions, která na projektu spolupracovala.
Článek byl publikován ve speciální příloze HN Automatizace a robotizace.
Přidejte si Hospodářské noviny
mezi své oblíbené tituly
na Google zprávách.
Tento článek máteje zdarma. Když si předplatíte HN, budete moci číst všechny naše články nejen na vašem aktuálním připojení. Vaše předplatné brzy skončí. Předplaťte si HN a můžete i nadále číst všechny naše články. Nyní první 2 měsíce jen za 40 Kč.
- Veškerý obsah HN.cz
- Možnost kdykoliv zrušit
- Odemykejte obsah pro přátele
- Ukládejte si články na později
- Všechny články v audioverzi + playlist
