Aktuální vydání

celé číslo

05

2019

komunikace a software pro snímače a akční členy

tlakoměry

celé číslo

Humanoidní robot pro průmysl

Brzy budeme mít příležitost být svědky následujících scén: humanoidní robot u montážního pásu opatrně bere ozubené kolo do jedné a skříň do druhé ruky a pokouší se složit oba díly do sebe; protože do sebe hned nezapadnou, přeruší své pohyby, pomalu pootočí ozubené kolo o malý kousek zpět, až konečně kolo bez odporu usadí na jeho místo; usměje se a položí úspěšně sestavený díl na montážní pás.
 
Humanoidní robot pi4-Workerbot zvládá mnoho pohybových činností, které běžné průmyslové roboty nedokážou vykonat. Jde o jeden ze skvělých výsledků výzkumného projektu s názvem PiSA (Flexible Assembly Systems through Workplace-Sharing and Time-Sharing Human-Machine Cooperation), podporovaného z evropských prostředků v rámci RP6 (www.pisa-ip.org). Na projektu spolupracují čtyři velké evropské průmyslové podniky, sedm malých a středních firem a čtyři výzkumná a univerzitní pracoviště pod vedením koncernu Volkswagen [2]. Cílem je prostřednictvím robotů usnadnit, zjednodušit a zlevnit montážní práce při hromadné průmyslové výrobě (obr. 1).
 
Kdo chce v současnosti v Německu vyrábět, potřebuje výrobní linky a zařízení, které lze snadno přizpůsobit pro různé varianty produktu i kolísající počty vyráběných kusů při trvalém zachování vysoké kvality a nízkých výrobních nákladů. Předpokladem úspěchu je vysoký stupeň automatizace výrobních operací a stále častěji také efektivní použití průmyslových robotů schopných pracovat na jedné lince spolu s lidskými pracovníky. Pro takové účely vyvinuli odborníci Fraunhoferova ústavu pro výrobní zařízení a konstrukční techniku (Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik – IPK) v Berlíně pod vedením Dr. Ing. Surdilovice nový typ humanoidního průmyslového robotu.
 
Robot pojmenovaný Workerbot má trup s podobnými proporcemi jako člověk, hlavu s displejem místo obličeje a dvě robotické paže se sedmi stupni volnosti (obr. 2). Základnu robota tvoří velká uzavřená skříň obsahující napájecí zdroje a řídicí elektroniku. Robot stojí na čtyřech kolečkách, takže ho lze snadno umístit na každé pracoviště pro stojícího či sedícího pracovníka. Protože se podle aktuální situace v objednávkách mohou měnit i potřebné počty pracovníků, budou mít výrobci možnost si dokonce robota půjčit nebo pronajmout formou leasingu, což je pro ně levnější a navíc mohou mít vždy nejnovější verzi hardwaru i softwaru. Nový typ průmyslového robotu uvede v roce 2011 na trh firma pi4-Robotics GmbH z Berlína, která se aktivně podílela na vývoji jeho koncepce a na výrobě prototypů.
 
Robot Workerbot je vybaven třemi kamerami. Svoje okolí snímá pomocí moderní stereoskopické (3D) přehledové kamery, kterou má zapuštěnu v čele. Pro inspekční účely jsou určeny dvě další kamery, umístěné v místě „očí“ robotu. Jsou vyměnitelné podle požadované úlohy a mohou být i různého typu, takže robot může levým „okem“ kontrolovat a posuzovat jiný aspekt než pravým. Rozsah schopností a dovedností robotu je velký, od proměřování různých výrobních dílů, přes prohlížení a kontrolování kvality rozmanitých povrchů až po vykonávání stereotypních montážních a výrobních operací. Například podle odrazů světla na povrchu obrobku robot rychle pozná, zda obrobek je bezvadně pochromován. Workerbot je schopen pracovat bez únavy 24 hodin denně, což je na pracovištích, kde jde o přesnost a spolehlivost, mimořádně důležité. Například v lékařských přístrojích může chybně vyrobený díl v krajním případě i ohrozit život člověka.
 
Velkou předností humanoidního robotu pi4-Workerbot je, že má standardně dvě paže, což dovoluje realizovat zcela nové druhy i velmi složitých pohybů. Robot si tak může např. obrobek předávat z jedné ruky do druhé, aby mohl složitý předmět posoudit ze všech úhlů pohledu. Robotické paže běžných průmyslových robotů mají většinou jen jedený otočný kloub v rameni, všechny ostatní klouby jsou „zalomená“ kloubová spojení. Mají tedy šest stupňů volnosti, a nikoliv sedm, jako má lidská paže. Workerbot má vedle otočného kloubu v rameni ještě další možnost otáčení, která odpovídá zápěstnímu kloubu člověka. Na konci obou paží jsou „ruce“, každá se třemi úchopnými prvky s funkcí prstů, umožňující robotu např. šikovně a jemně uchopit a přenést vajíčko, aniž by ho rozmáčkl.
 
Pracovní skupina Dr. Surdilovice vyvinula také unikátní systém pro ovládání robotu, který umožňuje dosáhnout velmi efektivní spolupráce obou robotických paží v situacích, kdy třeba společně prohlížejí a kontrolují složitý obrobek nebo když montují dohromady dva nebo více dílů. K tomu musí být robot vybaven přídavnými snímači. Řídicí software je navržen tak, že robot je velmi snadno rekonfigurovatelný a lze ho nastavovat pro různé pracovní úkony intuitivně, bez znalosti programování. Rovněž je zajímavé, že se robot dokáže i domlouvat mimikou, zobrazenou na displeji v místě obličeje. Postupuje-li pracovní proces bez problémů, robot se spokojeně usmívá. Vypadá-li, že se nudí, protože čeká na práci, vedoucí výroby okamžitě vidí, že může výrobní proces zrychlit. Na veletrhu Automatica 2010 v Mnichově robot pi4-Workerbot získal pro svou jedinečnost prestižní ocenění MM Award 2010 v kategorii kloubových robotů.
 
Literatura:
[1] Roboter mit Fingerspitzengefühl. Mediendienst FhG, Nr. 12-2010, Thema 5.
[2] PISA – Flexible Assembly Systems through Workplace-Sharing and Time-Sharing Human-Machine Cooperation. Dostupné na: www.pisa-ip.org/publications/publications-2009/scientific-publications-2009/pisa-pres-pisadesign-060524-v02_frs_hol-3.pdf.
Ing. Karel Kabeš
 
Obr. 1. Projekt PiSA podporuje společnou činnost člověka s robotem ve výrobním procesu (zdroj: pisa-ip)¨
Obr. 2. Robot pi4-Workerbot má podobné proporce jako člověk (foto: © pi4_Workerbot)