Что такое коллаборативные роботы?

В современном мире робототехника приобретает все более широкий размах, завоевывая новые области человеческой деятельности.  Коллаборативные роботы  (КР) являются одной из ветвей ее развития, направленных на повышение эффективности и безопасности. Эти устройства заслуживают особого внимания.

• Коллаборативные роботы (Collaborative Robots) — что это?
• Применение промышленного коллаборативного робототехнического оборудования
• Лучшие коллаборативные роботы
• Преимущества коллаборативных манипуляторов

Коллаборативные роботы (Collaborative Robots) — что это?

Коллаборативный робот (Collaborative Robot) или кобот представляет собой автоматическое устройство, работающее совместно с человеком. Он является продуктом концепции Human-robot collaboration (HCR) — сотрудничество человека и робота. Если робот в обычном своем понимании предназначен для автоматической работы по заложенной в него программе независимо от рядом работающих людей, то КР призван учитывать их расположение и сотрудничать с человеком.

Как и у любого робота, основу КР составляет программное устройство управления и манипулятор, способный совершать определенные действия. Отличается он тем, что в нем дополнительно устанавливаются оптические датчики, датчики движения и обратной связи. С их помощью учитывается расположение находящихся рядом людей, что исключает нанесение им травм. Управляющая программа (УП) короботов составляется так, чтобы обеспечивалось сотрудничество с человеком. По сути, это робот-помощник. Человек все время направляет его работу, вносит необходимые коррективы, в т. ч. с помощью ручного управления.

 Важно!  За счет потери полной автономности КР становится значительно проще и дешевле промышленного робота. Как правило, он имеет меньшие размеры: высота порядка 140–150 см и вес 20–25 кг. Устанавливаются они обычно непосредственно на рабочем месте и ориентированы на выполнение определенных работ.

Применение промышленного коллаборативного робототехнического оборудования

Промышленные КР находят широкое применение в следующих областях:

1. Сбор, размещение и сортировка продукции, материалов и комплектующих. При массовом производстве конвейерного типа эти операции становятся для человека весьма трудоемкими. Работник физически устает и ему сложно постоянно поддерживать высокую скорость. Робот все делает в постоянном режиме и с высокой точностью, а ошибки практически исключаются.
2. Литье деталей. Однотипные операции литьевого производства быстро утомляют человека и достаточно опасны для него. Их быстро и качественно способен осуществлять КР под контролем рабочего.
3. Обслуживание станков с ЧПУ. В крупносерийном производстве при проведении фрезерных, токарных и иных работ с помощью станков с ЧПУ присутствуют разнообразные вспомогательные, достаточно трудоемкие операции, связанные с подачей заготовок и выемкой готовых деталей, подачей инструмента и расходных материалов, уходом за оборудованием. Робот может освободить человека от этой рутины для более важных дел.
4. Укладка продукции на поддоны и упаковка. С этой неквалифицированной работой КР легко справляется, причем с большой скоростью, что повышает производительность всего процесса.
5. Контроль качества. Входные и выходные испытания при серийном производстве включает множество стандартных контролирующих процедур. Роботы быстро и очень точно их осуществляют с использованием различных приборов (механических, оптических и т. п.). Полностью убирается человеческий фактор и повышается качество контроля. Робот никогда не пропустит брак.
6. Сборка. Применение КР началось со сборки автомобилей, и в настоящее время они с успехом используются в автомобиле-, самолето- и кораблестроении. С их помощью можно собирать огромные конструкции, и миниатюрные устройства, в т. ч. микроэлектронику.
7. Тонкая поверхностная обработка. Короботы эффективны при проведении шлифовки и полировки с высокой степенью точности. Они способны обеспечить обработку с микронной погрешностью.
8. Станочное обслуживание. Простая, стандартная операция съема готовой детали из станка порой тормозит все производство. Роботы обеспечивают ее проведение практически мгновенно и в постоянном режиме. Очень важно это, например, на 3D-принтерах, где мгновенное извлечение деталей обеспечивает бесперебойность производства.
9. Однотипные производственные операции — сварка, сверление, закручивание, дозирование, склеивание и т. п. Их КР осуществляют быстро и с высокой точностью. Самое важное, что устраняется вероятность человеческих ошибок.
10. Лабораторные исследования. Обычно связаны с необходимостью обеспечения повышенной точности дозировки и размещения объектов, повторяемости, а порой опасны для человека. Робот под контролем человека обеспечивает лабораторный анализ и тестирование на высочайшем уровне, с исключением ошибок.

Применение КР не ограничивается перечисленными сферами деятельности человека. Они постоянно совершенствуются, что расширяет их возможности.

Лучшие коллаборативные роботы

Международный стандарт предусматривает 4 основных типа КР.

1. С остановочным защитным механизмом. Такие КР способны работать автономно по введенной УП, но при появлении человека датчики останавливают его работу. Работа робота продолжается, когда человек покидает рабочую зону.
2. С ручным управлением. В присутствии человека такой КР выполняет его команды, подаваемые рукой. Например, команда может подаваться путем касания рукой до определенной части корпуса. Есть роботы, распознающие движение рук на расстоянии. При отсутствии человека КР может работать автономно, если введена необходимая УП.
3. С «компьютерным зрением». Специальные датчики отслеживают движение людей. При входе человека в рабочую зону устанавливается пониженная, безопасная скорость. Если он приближается слишком близко, то КР останавливает работу.
4. С ограниченной силой. Эти короботы при перемещении не сметают все по пути. Если они наталкиваются на препятствие, то останавливаются, в т. ч. при столкновении с человеком. Такие КР могут использоваться в непосредственной близости от людей.

Можно выделить следующие топовые бренды:

1. Короботы  Kuka . Эти КР широко используются на конвейерных линиях, в т. ч. автосборочными компаниями. Например, в концерне BMW свою эффективность доказал робот Kuka LBR iiwa.
2. Роботы  Fanuc . Они способны полностью заменить людей на упаковочных работах при крупносерийном производстве. В частности, немецкая компания STIHL установила КР модели FANUC CR-35iA для упаковки своих цепных пил.
3. Роботы  Hanwha  выпускаются с 2017 года. Они прекрасно показали себя при финишной обработке деталей после литья. Особо выделяется модель Hanwha HYRobotics's HCR-5.
4. Universal Robots. Роботы этой марки широко применяются в разных отраслях. В частности, европейский лидер по производству комплектующих к мотоциклам — компания SHAD (Испания) использует модель UR5 для спаивания пластиков.
5. Роботы Techman Robot. Они оснащены интеллектуальной визуальной системой. Такие КР можно использовать при сборке и упаковке, причем их перемещение совершенно безопасно для сотрудников.

В настоящее время список производителей КР существенно расширился. Свою продукцию предлагают такие компании, как ABB, Yaskawa, Kinova, Rethink Robotics, Franka Emika, Rozum Robotics.

Преимущества коллаборативных манипуляторов

Внедрение КР в производство приносит следующие преимущества:

1. Безопасность для рядом находящихся людей, что не могут гарантировать промышленные роботы.
2. Избавление человека от однообразной, трудоемкой и физически тяжелой работы.
3. Повышение производительности труда.
4. Высокая точность проводимых операций.
5. Универсальность короботов.
6. Возможность постоянного контроля и управления со стороны человека.
7. Пониженная стоимость по сравнению с промышленными роботами.
8. Простота управления и обслуживания.

Важно, что в отличие от автономных роботов, для КР не требуется специальная площадка. Короботы не способны полностью автоматизировать производственный процесс, а их основная задача — эффективное сотрудничество с человеком. Они работают рядом с ним и становятся его настоящим, неутомимым помощником, облегчая труд и повышая производительность.