Stručný úvod do robotiky I

Share on email
E-mail
Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
POZOR, zobrazili jste si článek z archivu našeho původního webu. Tento článek může obsahovat zastaralé informace a technické vady (chybějící obrázky, nesprávné formátování textu atd.).

Lidé byli odedávna odsouzeni k tvrdé fyzické práci. Není divu, že snili o bytostech či strojích, které by pracovaly místo nich – automaticky. Snaha o vykonávání automatické práce je vedla k tomu, že se pokoušeli zkonstruovat zařízení nejen nepodobná člověku.

Češi přinesli světu sklo, pivo, špekáčky, tvarůžky a mimo jiné i slovo robot. „Tak mu říkej Robot,“ uslyšel Karel Čapek od svého bratra Josefa, když se mu v roce 1921 svěřoval s myšlenkou své nové hry R.U.R. (Rossum‘s Universal Robots) a s problémem, že neví, jak nazvat umělého dělníka, který v dramatu vystupuje. A stalo se. Na světě bylo slovo robot!

Podobě robotů, jak je známe dnes, však předcházelo mnoho prehistorických hraček. První „robot“ se zrodil na slunném pobřeží Řecka. Matematik Archytas dal dohromady prvního ptáčka – raketu – jménem Holub, který dokázal uletět přes 200 m. A to ve čtvrtém století před naším letopočtem! O zkonstruování podobných „robotů“ usilovali velcí myslitelé vždy: Leonardo Da Vinci (1452–1519) navrhoval mechanického rytíře, japonský objevitel Hisashige Tanaka (1799–1881) vytvářel loutky, které kreslily tradiční japonské motivy, nebo servírovaly čaj.

Užitečné stroje a průmyslové roboty se objevily až s rozšířením počítačů v 60. letech minulého století. První plně funkční digitální robot, Unimate, sloužil od roku 1961 v automobilce General Motors – osazoval rozpálené výlisky na karoserie aut. Téměř dvoutunový kolos měl podobu velké krabice s hydraulickou paží a pokrývaly ho tři tisíce senzorů. Autoři při jeho konstrukci bojovali nejen s technikou, ale i s veřejným míněním, že něco takového nemůže fungovat. Dnes už si běžný život neumíme bez robotů představit a známe také roboty, které jsou schopny samostatně chodit a komunikovat (ASIMO – humanoidní robot), pořádají se fotbalové zápasy robotů atd.

První aplikace robotů v průmyslu (v západní Evropě druhá polovina 80. let 20. století) byly v oblastech, jež člověk nebyl schopen kvůli své tělesné konstituci vykonávat: manipulace s hmotnými břemeny, lakování apod. K masovému rozšíření došlo na počátku 90. let 20. století (opět v Západní Evropě, v České republice pak až v posledních několika letech). Avšak nejen v minulém století, i nyní roboty nahrazují práci, kterou člověk není schopen, nebo nechce dělat.

Původní slovo „robot“ je odvozeno od slova „robota“ označující tvrdou práci. A dnes veškerou těžkou práci robot opravdu vykonává. Ale jak „ho“ správně nazývat? Podle Ústavu pro český jazyk Akademie věd ČR „představíme-li průmyslového robota, pak je množné číslo průmysloví roboti a shoda je životná (roboti nás překvapili). Je možné volit i neživotnou variantu, pak představíme průmyslový robot a průmyslové roboty.“

Pořízení robota může motivovat zaměstnance k tomu, aby si zvýšili kvalifikaci na jeho obsluhu či programování. Foto: Archiv autora

Co je robot a kde ho využít?

Robot můžeme definovat jako stroj, který vykonává svou činnost s určitou mírou samostatnosti předem naprogramovaným způsobem s možností interakce. Zde se budeme zabývat nejrozšířenějšími typy.

Mnoho výrobců experimentuje s různými variantami konstrukcí, které ale zatím do běžné praxe nepronikly. Průmyslové roboty se v základu dělí na dvě základní větve, a to podle počtu kloubů. Čtyřosé roboty (zvané taktéž Scara roboty) a roboty šestiosé. Tyto základní roboty mohou být rozšířeny o další osy, jako například pojezdové (až tři pojezdy), nebo otočný stůl ve dvou osách, či jejich kombinace. Díky tomu můžeme vytvářet jak samostatné robotické buňky, tak rozsáhlá pracoviště, kde se robot pohybuje na velkém prostoru.

Těžko si představit obor lidské činnosti, kde by se roboty nemohly uplatnit:

  • průmyslová výroba: manipulátory, dopravníkové soustavy, lakovny, svařovny, obrobny…
  • manipulace v nebezpečném prostředí: hutě, kovárny, slévárny…
  • stavebnictví: oprava památek, pokládání dlažby na velkoprostorových parkovištích…
  • záchranářské práce: práce s výbušninami, při zemětřeseních, v chemickém průmyslu, vojenské operace…
  • lékařství: operace na dálku, manipulace v laboratořích…
  • osobní výpomoc: domácí robotický vysavač, kuchyňský robot, roboty na čištění bazénů, hasičský sací robot …
  • sport: robofotbal, stolní tenis…

Stále se bohužel setkáváme s vžitým názorem, že v průmyslu jsou roboty vhodné pouze pro velké série opakující se výroby. Omyl! Toto sice platilo ještě na konci minulého století, ale díky rozvoji materiálů používaných pro výrobu robotů a rozvoji počítačů lze říci, že robot se dá úspěšně a ekonomicky využít i v donedávna nemyslitelných oblastech.

Není to tak dávno, co jsme uváděli v život první NC stroje. I tehdy jsme slyšeli, že jsou vhodné pouze pro velké série, protože jinak jsou neekonomické a v kusové výrobě nemají budoucnost. A nyní? Dovedete si představit nástrojárnu bez NC? Dnes již nikdo nepochybuje, že jsou vhodné i pro kusovou výrobu. Velkou zásluhu má na tom vývoj počítačů a hlavně programů, s jejichž pomocí jsme schopni NC stroje rychle a efektivně programovat. Jako další příklad lze uvést dříve hodně preferované vypalování pomocí laseru, kdy laser musel stát na jednom místě, zatímco se pod ním posouvala například tabule plechu. Dnes jsme pomocí optických vláken schopni mít laser na zápěstí robotu, automaticky měnit hlavu laseru a na jednom pracovišti řezat, svařovat bez i s přidáním materiálu, kalit, popisovat. A to vše plně v prostoru.

Při opracování sklolaminátů je doba upínání výrobku delší než samotná operace robotem. Lze však vytvořit více obráběcích konfigurací. Foto: Archiv autora

Jak vybrat robot

Pokud začnete pronikat do světa robotů, zjistíte, že jde o podobnou problematiku jako u NC strojů – je třeba zaměřit se na několik hledisek, z nichž ta hlavní jsou:

1. Účel – k čemu má robot sloužit a co přesně má dělat.

2. Váha – jsou dvě možnosti: na zápěstí robotu bude díl, nebo nástroj. Podle toho se vybírá robot dle nosnosti. Bude-li na robotu díl, váha dílu je jen jednou z částí, se kterou musí robot pracovat. Musíme připočítat další zařízení, kterému se říká Grifer.

3. Dosah – jelikož robot nemusí stát na podlaze, ale může být na stěně či stropě, na pojezdu atd., je nutné si rozmyslet, jaká koncepce bude pro tu danou aplikaci nejvhodnější. Lidé si často zaměňují „dosah robotu“ s jeho „pracovní oblastí“. Dosah udává maximální vzdálenost od středu základny robotu do místa, kam je schopen dosáhnout, na rozdíl od pracovní oblasti, kde je definován prostor, v němž může robot pracovat.

4. Přesnost – zda je několik zádrhelů, mezi něž patří např. opakovatelná a absolutní přesnost, nebo přesnost trajektorie, která se u některých robotů může s rychlostí měnit.

5. Rychlost – další z udávaných parametrů je rychlost jednotlivých os. Většinou je uváděna ve stupních za sekundu, tudíž se nejedná o reálný obraz rychlosti robotu. Zde je záhodno poznamenat, že robot při své práci málokdy dosáhne maximální rychlosti. U rychlostí je důležité spíše zrychlení a zpomalení, což obecně výrobci robotů ve svých materiálech neudávají.

Pokud si dobře dopředu zmapujete činnost robotu, jste schopni navrhnout pracoviště tak, aby se na maximum využil jeho čas a urychlila návratnost. Foto: Archiv autora

Jak navrhnout pracoviště

Pokud si pořídíte robot, zdaleka to neznamená, že máte robotizované pracoviště. Jste teprve v polovině svého snažení. Důležitou součástí je návrh pracoviště jako takového, kde je nutné zohlednit jak samotný robot, potřebný pracovní prostor a doplňující zařízení, tak bezpečnostní prvky (nezapomínejme, že robot je poměrně rychlé zařízení). Z toho důvodu je třeba zabezpečit pracovní prostor proti možnému úrazu v automatickém cyklu. Je s podivem, kolikrát se setkáváme s nezabezpečeným pracovištěm z důvodů ušetření nákladů.

Při návrhu pracoviště hraje velkou roli i požadovaný takt, tj. jaký čas je třeba dosáhnout na jednu jednotku – jeden cyklus. Pokud si dobře dopředu zmapujete činnost, kterou má robot vykonávat, jste posléze schopni navrhnout pracoviště tak, aby se na maximum využil čas robotu a urychlila jeho návratnost. Jako příklad lze použít klasickou situaci při opracování sklolaminátů, kde je doba upínání delší než samotná operace. Zde je možné využít pracovního prostoru robotu a vytvořit dvě i více buněk pro opracovávání s různou konfigurací (otočný upínač).

Nezbytným doplňkem robotů ve výrobě je off-line programovací a simulační software pro kontrolu a simulaci pohybů. Mimo jiné pomáhá při řešení kolizních situací. Foto: Archiv autora

Řízení a programování robotu

Jako základ je operační řídicí systém robotu. Každý výrobce vytváří pro svou značku svůj řídicí systém a na rozdíl od NC strojů, kde lze programovat podle ISO kódu (někdy nazýván G kód), zde nefunguje žádný společný jazyk. Neexistují universální řídicí jednotky, které by výrobci používali napříč značkami robotů. Jediné, v čem se většinou shodují, je základní platforma – že jde o průmyslové PC s doplňujícími podpůrnými kartami pro další periferie v operačním systému Windows. Samotný programovací jazyk jednotlivých značek se diametrálně liší. Řada výrobců nabízí jako doplňky různé nadstavby a určitý druh práce robotu. Zde si zákazník moc vybírat nemůže; výběrem značky robotu je dána i řídicí jednotka.

Dalším důležitým softwarem je off-line programovací a simulační software pro kontrolu a simulaci pohybů robotu. Tady již máte možnost volby off-line systému bez vazby na výrobce robotů. Asi nejlépe, co se týká programovacích schopností a možností, je na tom systém Robotmaster, který vychází z CAD/CAM softwaru a je do něj plně integrován. Jako jeden z mála, ne-li jediný, jde v možnostech programování napříč značkami výrobců robotů i technologií. Na trhu jsou i další off-line systémy, u nichž je však třeba pohlídat, zda a jaké CAD formáty umí načítat, jaké množství potřebných cyklů a v jakém komfortu (tedy hlavně čase) jste schopni robotické pracoviště produktivně naprogramovat. Lze se setkat s blamáží, kdy jsou simulační programy vydávány za off-line programování, u integrátorů zase narážíme na nedůvěru, jelikož fungujících off-line programovacích systémů v minulosti mnoho nebylo.

Při obrábění laserem roboty poskytují dříve nemyslitelnou flexibilitu. Hlavu laseru je možné měnit a na jednom pracovišti řezat, svařovat, kalit, popisovat atd. Foto: Archiv autora

Současné trendy

Dnes se roboty prosazují do odvětví, technologií a procesů, kde to dříve nebylo myslitelné. Díky rychlé možnosti off-line programování již není nejdůležitější sériovost, i když i v této oblasti nadále mají roboty nezastupitelné místo. Ale z dříve téměř jediného odvětví – automobilového průmyslu – se roboty dostávají i jinam. A dokonce už nejsou používány jen pro obloukové a bodové svařování. V současné době jsou k nalezení při paletizaci potravin, výrobě plastů, manipulaci, ve slévárenství či v kovárnách. Rozsah a dosah robotů nám umožňuje vytvářet za podstatně nižší pořizovací náklady pracoviště například pro obrábění, broušení, leštění, nebo je nahrazovat ve špinavých a pro člověka nepříjemných provozech, jako jsou stříkací či tryskací kabiny atd.

Výrobci robotů si již také uvědomili velikost a možnosti, které jim doba nabízí, a vylepšují své řídicí systémy, aby se do nich daly nahrát delší programy, zpřesňují robot jako takový. A i když průmysl postihl úbytek zakázek, v oblasti dodávek robotických pracovišť nebyl výrazný pokles zaznamenán. Nicméně výrobci robotů s ohledem na celosvětový vývoj snížili počty vyrobených kusů a důsledkem je momentální delší čekací doba na jejich dodávky. Sériová výroba samotných robotů má za následek lepší cenovou dostupnost rovněž pro střední a malé firmy. I to svědčí o perspektivnosti nasazení robotických pracovišť.

Důležitým faktorem je v tomto směru změna myšlení na mnoha postech. Například u konstruktérů výrobních linek, kteří pochopili přednosti robotiky a začali roboty aplikovat ve svých řešeních, nebo u samotné obsluhy zařízení, jež oceňuje čím dál příjemnější uživatelské prostředí robotů, a také u manažerů firem, kteří zjistili, že pomocí průmyslových robotů mohou zvýšit produktivitu výroby relativně snadno a rychle.

Koupili jsme robota. Co dál?

Stejně jako v dalších odvětvích, je výrobců robotů více. V podstatě mají podobný výrobní program a přece se významně liší. Je proto třeba zvážit, jaký typ robotu, výrobce a možnosti jsou pro danou úlohu nejlepší. Pokud si opět vezmeme k porovnání NC stroje, je zásadní rozdíl v tom, že koupí samotného robotu nezískáte hotové pracoviště jako při pořízení NC stroje, kdy stačí doplnit upínání a nástroje.

Robot je nutno zapracovat – integrovat do pracoviště. Tuto práci dělají tzv. integrátoři, kterých na českém trhu působí poměrně hodně. Velmi často se specializují na jeden, dva druhy technologií: např. na svařování či manipulaci, nebo pouze na určitou značku robotů. Výběr integrátora je důležitým krokem, který značně ovlivní plynulost zavedení robotu do výroby i náklady s tím spojené.

Pořídit si průmyslový robot do výroby je dobrý nápad. Snížíte provozní i výrobní náklady, dále výdaje spojené se zaměstnanci, jelikož robot nepotřebuje sociální ani zdravotní pojištění, netouží po dovolené, nebývá nemocen a většinou se místo mzdy spokojí s pravidelnou údržbou. Zlepší kvalitu výroby, nebývá unavený, nevadí mu, že stále dokola vykonává stejnou práci, je přesný, rychlý, pracuje kvalitně, a to i v prostředí, kde člověk pracovat nemůže. Pokud to po něm budete chtít, může pracovat klidně i 24 hodin denně, o víkendech i státních svátcích. Robot si nestěžuje a zaměstnance zároveň může motivovat k tomu, aby si zvýšili kvalifikaci na jeho obsluhu či programování, a tak se mohli stát těmi, kdo bude robotu říkat, co má dělat, a koho bude poslouchat. Nebraňte se průmyslovým robotům – jen je důležité dobře si vybrat!

Share on email
E-mail
Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn

Mohlo by vás zajímat...