Robot współpracujący, kolaboracyjny – tzw. cobot – to wciąż produkt innowacyjny wśród całej gamy obecnych na rynku robotów przemysłowych. Jego pojawienie się i zastosowanie do robotyzacji produkcji i usług spowodowało potrzebę wprowadzenia pewnej zmiany myślenia o stanowiskach zrobotyzowanych. Aby rozsądnie użyć robota kolaboracyjnego nie wystarczy bowiem chęć posiadania swojego cobota. A co oznacza zmiana myślenia w przypadku akurat tego typu robotów?
Podstawą koncepcji stworzenia robotów współpracujących stała się konieczność ograniczenia do minimum siły z jaką robot może uderzyć człowieka podczas swojej pracy. W tym celu konstruktorzy posiłkują się zaawansowaną elektroniką kontrolującą pracę robotów i umożliwiającą wykrycie kolizji bardzo wcześnie, i przy sile tylko minimalnie przekraczającej tę, występującą przy normalnej pracy. Pomocne dla konstruktorów robotów są również maty czułe na nacisk, które wykorzystywane są do pokrycia zewnętrznej części niektórych robotów.
Użycie zaawansowanych czujników siły w robotach umożliwiło także łatwiejsze programowanie robotów. Producenci doszli do wniosku, że skoro robot jest w stanie wykryć już minimalną siłę odbiegającą od normy, to można to wykorzystać w ich programowaniu. Obecnie operator może prowadzić robota za jego ramię, a ten wykrywa, w którą stronę chce prowadzić go operator i poddaje mu się. Niektórzy producenci umieszczają także na ramieniu robota przyciski, które pozwalają na zapamiętywanie punktów trajektorii jego ruchu, bez operowania na ręcznym panelu robota.
Coboty – w odróżnieniu od „zwykłych” robotów przemysłowych – mają bardziej obłe kształty. Ma to związek z koniecznością ograniczenia ryzyka przyciśnięcia czy ściśnięcia operatora podczas ruchu. Konstruktorzy musieli ograniczyć możliwość np. włożenia ręki pomiędzy ruchome części robota.
Podstawową cechą tych robotów jest możliwość bezpośredniej pracy, ramię w ramię, z człowiekiem. Aby umożliwić taką sytuację musiała również zostać ograniczona sama prędkość robotów. W bezpośrednim kontakcie z człowiekiem prędkość ta nie może przekraczać 250 mm/s.
Zmianie uległa nie tylko konstrukcja samych robotów, ale także ich chwytaków. W nowej sytuacji pojawiły się nowe przepisy, a także aspekty analizy ryzyka stanowisk zrobotyzowanych. Dużym problemem stały się chwytaki mechaniczne (pneumatyczne/elektryczne), które mogą powodować uszkodzenia ciała operatora nawet przy niewielkich prędkościach (wyobraźmy sobie sytuację, gdzie w procesie operator wkłada ręce pomiędzy chwytak równoległy, a w tym momencie robot go zamyka). Owszem, pojawiają się chwytaki z pomiarem siły, jednak są one droższe i z uwagi na czas prawidłowego zadziałania – również wolniejsze. Sam kształt chwytaków również zaczął mieć większe znaczenie. Ich ostre krawędzie mogą przecież być niebezpieczne dla operatora podczas pracy. Toteż w budowie chwytaków częściej wykorzystywane są komponenty mogące powodować mniejsze obrażenia. Są to na pewno chwytaki magnetyczne, jak i pneumatyczne, czy podciśnieniowe. Okazuje się, że chwytaki bez części ruchomych doskonale sprawdzają się w aplikacjach z robotem kolaboracyjnym. Oczywiście standardowe komponenty również znajdują zastosowanie w chwytakach robotów kolaboracyjnych. Należy jednak znacznie więcej uwagi poświęcić ich konstrukcji w fazie projektowania. Trzeba pamiętać chociażby o ograniczaniu szczelin pomiędzy ruchomymi elementami.
Producenci podzespołów do chwytaków prowadzą zaawansowane prace nad ich rozwojem. Obecnie panuje trend do budowania całego urządzenia, dla którego inspiracją jest ludzka ręka. Stosowane są w nich maty z pomiarem siły dla lepszej kontroli chwytu, jak i większego bezpieczeństwa urządzenia. Jednakże systemy kontroli siły, obecnie stosowane, nie pozwalają na skuteczne wykrycie kolizji, czy zwiększonej siły w krótkim czasie, szczególnie przy dużych prędkościach aplikacji.
Również w samej robotyce pojawiła się tendencja rozwijania ich konstrukcji drogą upodabniania do człowieka. Częstym chociażby zabiegiem jest połączenie dwóch robotów w jednej konstrukcji. Daje to wrażenie dwóch, pracujących rąk człowieka. Taka konstrukcja pozwala jednemu ramieniu na możliwość przytrzymania detalu lub produktu, podczas gdy drugie ramię dokonuje na nim operacji.
Ewoluowało także spojrzenie na ogrodzenie stanowisk zrobotyzowanych. Kilka lat temu normy bezpieczeństwa zaczęły wymagać zabezpieczeń zapobiegających możliwości uszkodzenia osłon przez robota. Dostępne są także specjalne skanery bezpieczeństwa i śledzące ruch w trójwymiarze wizyjne systemy bezpieczeństwa, dbające o zachowanie bezpiecznej odległości pomiędzy maszyną a człowiekiem. Oczywiście, im bardziej zaawansowaną technologię wybierzemy przy projektowaniu osłon stanowiska zrobotyzowanego, tym większy będzie koszt samej inwestycji.
Z pewnością nie można – ot tak – „zwykłego” robota przemysłowego zastąpić cobotem. Ten typ urządzenia może się przydać w procesach, w których ograniczona prędkość robota nie będzie negatywnie wpływała na cykl pracy stanowiska, czy linii produkcyjnej. Przede wszystkim jednak zastosowanie robota kolaboracyjnego ma sens w przypadku, kiedy może on pracować razem z operatorem i/lub wspólnie wykonywać tę samą czynność. W wielu innych aplikacjach wystarczy wykorzystanie zwykłego robota z kilkoma dodatkowymi funkcjami. Nie jest problemem, w zwykłym robocie, zmniejszanie prędkości w chwili, kiedy zbliża się do niego operator. Wystarczy zamontowanie skanera bezpieczeństwa, wykrywającego operatora i zastosowanie w robocie bezpiecznych wejść ograniczających jego prędkość do odpowiedniej wartości. Jedynym minusem w porównaniu do cobota jest konieczność zatrzymania zwykłego robota w chwili, gdy operator jest już bardzo blisko. Ale zapobiegają temu przecież ogrodzenia mechaniczne. Przy rozważaniu zastosowania robotów współpracujących warto więc przeanalizować i ten aspekt – czy rezygnować z mechanicznego ogrodzenia na rzecz droższych rozwiązań zajmujących więcej powierzchni? Nie zawsze bowiem trzeba iść za trendem rynkowym, ale zawsze należy racjonalnie podejść do projektu stanowiska zrobotyzowanego, optymalizując jego koszt, wydajność oraz funkcjonalność.
Piotr Bieda
Blue Robotics
artykuł pochodzi z wydania 1/2 (112/113) styczeń/luty 2017
