Nápad využít ve výrobním procesu spolupracujícího robota se poprvé objevil v roce 1995. Tyto kolaborativní roboty (koboty) měly rozšířit možnosti průmyslových robotů při úkonech, na které samotné roboty nestačily.
Kolaborativní roboty jsou nasazeny bok po boku pracovníků a pomáhají jim s úkony, které jsou pro lidi buď namáhavé, nebo obtížně proveditelné, například manipulace s těžkými součástkami. Tyto uživatelsky přívětivé, flexibilní a ekonomické roboty, s nimiž může člověk bezpečně pracovat v těsné blízkosti, jsou populární jak ze strany firem, které je nasazují, tak i jejich zaměstnanců. Stále více společností po celém světě pro automatizaci svých výrobních procesů využívá roboty.
Mezinárodní federace robotiky (IFR) vnímá kolaborativní roboty jako jeden z nejdůležitějších technologických trendů, které budou v blízké budoucnosti formovat trh.
Kolaborativní roboty jsou vhodné například do výrobních procesů zaměřených na malé série výrobků, případně na individuální výrobu čili v případech, kdy je nerentabilní budovat automatizovanou linku, která by se zaplatila pouze při velkosériové výrobě. Koboty umožňují automatizovat dílčí procesy probíhající souběžně s lidskou prací. Charakteristickým znakem je značná pružnost potřebná pro rychlou
adaptaci procesů na výrobu nových produktů.
Tradiční vs. kolaborativní robot
Konvenční průmyslové roboty jsou zpravidla velké a těžké, při úkonech se pohybují rychle a potřebují poměrně velký prostor na umístění. Instalují se většinou fixně. Jsou výhodné pro firmy, které vyrábějí velké série stejných nebo velmi podobných výrobků při vysoké rychlosti a s maximální přesností. Typickým příkladem jsou linky v automobilkách. Konvenční roboty se samozřejmě používají také v případech, kdy by s ohledem na flexibilitu či jiné výhody byl výhodnější tandem člověk – robot, avšak proces probíhá v podmínkách, které jsou nebezpečné pro zdraví nebo kde hrozí vysoké riziko úrazů. Naproti tomu spolupracující roboty jsou menší, kompaktnější a dají se snadněji přemísťovat na vhodné místo.
Koboty ve výrobních či logistických halách, případně při práci v terénu dokáže od konvenčních průmyslových robotů, které nejsou kolaborativní, odlišit i laik. Zatímco konvenční roboty, jež nejsou kolaborativní, jsou od prostorů, v nichž se pohybují lidé, odděleny, ať už klecí, stěnou nebo jiným způsobem, kolaborativní roboty vykonávají své úkoly ve stejném prostoru jako lidé. Rozlišíte je i podle rychlosti provádění úkonů. Konvenční roboty pracují s maximální možnou rychlostí a někdy ani není možné sledovat fáze jejich pohybů a činností, kolaborativní roboty se z bezpečnostních, ale i psychologických důvodů pohybují pomalu a pomalu vykonávají i manipulační úkony.
Laické kritérium pro rozpoznání konvenčních robotů od kolaborativních, uvedené v předchozí stati, není úplně přesné. Konvenční roboty nemusejí být vždy v klecích. Bezpečnostní senzory monitorují vzdálenost jednotlivých částí robota od obsluhy a řídicí systém zajistí, aby mezi pohybujícím se robotem a pracovníkem vždy zůstala určitá minimální vzdálenost. Pokud se tato vzdálenost překročí, robot postupně zpomaluje svůj pohyb a zastaví se, až když vzdálenost od obsluhy dosáhne nebezpečné úrovně. Takové roboty nemusejí být v kleci, avšak nelze s nimi přímo spolupracovat.
Možná budete namítat, že i do prostor, v nichž jsou nasazeny konvenční roboty, vstupují z různých důvodů lidé. Ať už proto, aby udělali na výrobku nějaký úkon, nebo z důvodu řešení problémů či pravidelné údržby. Často můžete ve výrobních halách vidět robota nebo sestavu robotů, které jsou od okolních prostor, v nichž pracují lidé, ohrazené například klecí z vysokého a pevného pletiva, ale klec má vstupní dveře, kterými mohou lidé vstoupit do prostoru akčního rádia robota. Alespoň na první pohled jim v tom nic nebrání. Případně je před vstupem do manipulačního prostoru světelný semafor typu zelená, červená.
Pokud byste však zkusili vejít do ohrazeného prostoru „na červenou“, robot by se okamžitě zastavil a aktivovaly by se různé výstražné mechanismy. I v případě, že klec s roboty nemá fyzické dveře, které by byly problémem, pokud tehdy, když robot nepracuje, do prostoru vstupují lidé a něco nesou, vstup do klece chrání infračervená závora. Robota, k němuž v určité fázi procesu vstoupí člověk, nelze považovat za kolaborativního, protože i když výrobek zůstává upnutý v manipulačním prostoru robota, případně ho tam člověk donese a upne, člověk a robot nepracují současně, ale postupně. V době, kdy je v manipulačním prostoru člověk, je robot v klidu a nedělá žádné pohyby.
V logistice, například při vyskladňování, se používá jiný princip. Část haly, ve které je například sklad důsledně oplocený a pracovníci, již vykonávají úkony, které robot není schopný dělat, stojí nebo sedí u otvorů v oplocení. Například v logistickém centru známého zásilkového e-shopu je zboží skladováno v přibližně dva metry vysokých policových regálech se čtvercovým půdorysem. Regály jsou přemísťovány pomocí plochých robotů na kolečkách, které v případě potřeby vejdou pod policový regál, nadzvednou ho o několik milimetrů a přesunou na požadované místo.
Pracovník má stabilní pozici a regály s požadovaným zbožím k němu postupně přivážejí roboty, on zboží vybírá z příslušných sekcí a vloží do přepravek, takže nikam nemusí chodit. Pracovníci do zóny, v níž roboty přemísťují regály se zbožím, vstoupit nesmějí, protože roboty je „nevidí“. Zóna je proto ohraničena pletivem. Je také třeba, aby člověk, který z různých důvodů do zóny vstoupil, například při řešení problému, měl na sobě speciální vestu s rádiovým vysílačem. Roboty reagují na signál z vesty a ve vzdálenosti deseti metrů zpomalí do tří metrů od pracovníka zastaví.
Bezpečnost
Pokud kobot během pohybu narazí do zaměstnance, okamžitě zastaví a pokračuje, až když mu opět nikdo nestojí v cestě. To by z důvodu setrvačnosti nebylo možné, kdyby se robot pohyboval rychle. Ve většině případů však k takové neškodné kolizi ani nedojde, protože robot pomocí senzorů zjistí, že mu něco nebo někdo stojí v cestě, a zastaví dříve, než dojde k fyzickému kontaktu.
Stejně pokud manipulační rameno kobota narazí do části těla pracovníka, okamžitě se zastaví. I v tomto případě je pojem „narazí“ spíše expresivní. Jelikož se manipulační části kobotů pohybují pomalu, je to spíše neškodné odtlačení než náraz. Kolaborativní roboty mohou přijít do kontaktu s člověkem, avšak mechanické vlivy čili tlak nesmějí překročit normou stanovenou hranici. K nárazu na obsluhu v důsledku pomalého pohybu nemůže dojít.
Bezpečnost při kontaktu kobotů s člověkem je zajištěna konstrukčně i elektronicky. Zatímco konvenční roboty mají pohyblivé části z oceli nebo litiny, přičemž rozhodujícím kritériem je robustnost a z něj vyplývající přesnost, ramena kobotů jsou zpravidla z trubek z lehkých kovů. Platí jednoduchý fyzikální princip, čím je rameno lehčí, tím je náraz do těla pracovníka při dané rychlosti menší.
Ramena mají zaoblené tvary a jsou z lehkých trubek většího průměru, aby se tlak ramene na tělo rozložil na větší plochu. Pokud je to možné, ramena jsou pokrytá vrstvou měkkého materiálu. Někdy i tato vrstva obsahuje tlakové senzory. V kloubech ramen jsou zpravidla elastické členy. Senzory v kloubech robota měřící rychlost a točivý moment signalizují, jakou silou působí rameno robota při kontaktu s obsluhou a v případě překročení nastavených hodnot se pohyb robota okamžitě zastaví. Ramena se pohybují pomalu, aby se jejich pohyb v případě potřeby mohl okamžitě zastavit.
Snadné používání
Instalaci, programování a testování konvenčních průmyslových robotů mají na starosti specialisté a přeprogramování robotické linky může trvat několik týdnů, ba i měsíců. Naproti tomu pro kolaborativní roboty je typické jednoduché přizpůsobení na novou práci. Programují se pomocí intuitivního rozhraní. V mnoha případech lze použít nejintuitivnější metodu programování, nebo v tomto případě spíše učení robota – ruční navádění.
Obsluha v učicím módu vede rameno robota po požadované dráze a robot si tento pohyb zapamatuje a bude ho opakovat. Technicky je pohyb robotických ramen realizován většinou pomocí motorů v kloubech. Při učení se v kloubech aktivují senzory, které snímají a zaznamenají časový průběh pohybů jednotlivých kloubů. Robot se tento pohyb naučí a opakuje ho.
Ekonomické perspektivy
Analytici se shodují v předpovědích na růstu tržního segmentu kolaborativních robotů. Ze 710 milionů dolarů v roce 2018 vzroste do roku 2025 na 12,3 miliardy dolarů. Průměrné meziroční tempo růstu je 50,31 %. Analytici tento markantní růst připisují hlavně nesporným výhodám kobotů, především investiční nenáročnosti a rychlé návratnosti, což je klíčové zejména pro malé a střední podniky. Vysoký zájem o kolaborativní robotiku je způsobený stejně rostoucí mírou automatizace ve všech průmyslových odvětvích, což přímo souvisí s konceptem Průmyslu 4.0
Proč jsou koboty oblíbené?
Pro malé a střední firmy, pro které znamená pořízení tradičních průmyslových robotů příliš velkou investici, představují kolaborativní roboty cenově dostupnou alternativu. Zároveň jsou tato zařízení mnohem více uživatelsky přívětivá a snadno se integrují do současných pracovních procesů bez nutnosti dělat nákladné rekonstrukce výrobních hal. Zásadní je bezpečnost kolaborativních robotů – díky ní mohou pracovat v bezprostřední blízkosti svých lidských kolegů a ti se mohou věnovat kreativnějším úkolům.
Pracovníci provozů, kde se využívají kolaborativní roboty, se v žádném případě nemusejí bát, že by je mohly roboty nahradit. Některé činnosti z různých důvodů nelze automatizovat a vyžadují lidi. Roboty jim usnadňují manuální práci, takže jsou vnímány jako pomocníci pracovníků, a ne konkurenti, kteří by je mohli připravit o práci. O familiárnosti vztahů nejlépe svědčí skutečnost, že pracovníci v mnoha firmách dávají robotům jména.
Autor je redaktorem PC Revue.
