Aktuální vydání

celé číslo

08

2019

MSV 2019 v Brně

celé číslo

Vývoj od průmyslové robotiky k servisní robotice

Automa 1/2000

Gustav Holub

Vývoj od průmyslové robotiky k servisní robotice

V devadesátých letech pokračoval vzestupný trend v technickém rozvoji a v šíři aplikací průmyslových robotů v rámci automatizační techniky. Pro příští desetiletí předvídají marketingoví odborníci a statistikové, že počet těchto robotů díky jejich inteligentnímu progresivnímu řízení, pružnosti, rychlosti a přesnosti celosvětově překročí magickou miliónovou hranici. Navzdory tomu již nyní významní výrobci průmyslových robotů v obavě z budoucího nasycení trhu investují do rozvoje oboru robotizovaných služeb v různých oblastech lidské činnosti a předpokládají zde široké pole pro jejich využití s abnormálním růstovým potenciálem. Razantní úspěšný vývoj v senzorové, řídicí a pohonné technice otevírá nové možnosti použití robotů mimo průmyslovou výrobu: v perspektivním oboru služeb. První realizované prototypy a funkční modely jsou navíc mobilní, při manipulaci s předměty vstupují do interakce s člověkem a automaticky přejímají naprogramované úkony, jež ulehčují námahu nejen tělesně postiženým, ale i zdravým osobám.

Obr. 1.

V současné době první servisní roboty již automaticky tankují pohonné hmoty do automobilů, vykonávají sanaci v jaderných elektrárnách a jinak kontaminovaných pracovištích, čistí fasády mrakodrapů, chodníky, trupy lodí a letadel, zásobují postižené osoby a pečují o ně, jsou nepostradatelnými pomocníky v kosmické výzkumu, medicíně, při monitorování a hlídání objektů atd. Podle definice významného německého ústavu pro průmyslovou automatizaci Fraunhofer Institut IPA je servisní robot volně programovatelné mobilní zařízení, jež částečně nebo plně automaticky vykonává úkony, které nejsou určeny přímo k průmyslové výrobě produktů, nýbrž poskytují lidem a zařízením služby.

Spojení softwaru a elektromechaniky
Servisní roboty jsou výsledkem syntézy elektromechaniky, inteligentní techniky řízení a příslušného softwaru, přičemž je nutné při jejich složitém a citlivém vývoji pečlivě hodnotit technické, ekonomické, sociální a také humánní aspekty. K přesné a účelné funkci a komunikaci s roboty zásadně přispívá vizualizace, která zprostředkovává rozhodnutí, jaká funkce a jaký základní článek systému ji mají splnit. Pro potřebnou orientaci v terénu a vnímání okolních překážek za pohybu jako rozhraní mezi robotem a prostředím slouží senzorová technika. Pro zmapování okolí nabývají na významu ultrazvukové senzory pro jejich jednoduché a cenově příznivé určování vzdálenosti objektů. Kromě nich nacházejí použití také laserové skenery a systémy pro zpracování obrazu na jejich bázi.

Pohybem ultrazvukového senzoru nebo speciálních senzorů ve vícenásobném uspořádání je možné měnit směr zaměřování. Ultrazvukové skenery pro každý úhel vysílání signálů poskytují jednu hodnotu naměřené vzdálenosti. Jelikož se měření z různých senzorů vzájemně ovlivňují, uskutečňují se jednotlivá měření postupně po sobě. Hodnoty měření jsou ale také ovlivňovány rychlostí zvuku ve vzduchu, a proto pro rychlé servisní roboty je tato forma orientace často nahrazována optickými laserovými skenery.

Obr. 2. Obr. 3.

Lokalizace a orientace v prostředí
Další důležitou funkcí pro orientaci v terénu je schopnost rozpoznat skutečný stav prostředí, aby pohyb servisního robotu byl bez kolizí a orientován přímo na cíl. Pro eliminování chyb měření se propočítávají a porovnávají údaje z více senzorů, které v ideálním případě pracují na různých principech a sdružují se do jednoho modelu prostředí. Účelné fúzi těchto multisenzorových dat je v současné době věnováno mnoho vědeckých prací. Pro plánování dráhy a směrové řízení je také nezbytná znalost aktuální polohy robotu. Absolvovaná dráha se určuje měřením otáček kol.

Orientaci lze přesně stanovit pomocí odměřovacích systémů, jež se používají a osvědčují mnoho let při lokalizačních a stabilizačních úkonech v námořní, letecké a kosmické praxi.

Příklady realizovaných servisních robotů
Vzhledem k velkému počtu celosvětově realizovaných robotů pro mnohá průmyslová odvětví a komunální služby (stavebnictví, lesní hospodářství, kosmický výzkum, jaderné elektrárny atd.) je možné se stručně zmínit pouze o typických servisních robotech pro veřejné nebo individuální, sociální, humánní a jim podobné služby. Proto bylo nutné vybrat nejpozoruhodnější prototypová a modelová zařízení.

V USA a v Evropě (hlavně v SRN a ve Švédsku) je v provozu mnoho automatických stanic pro tankování paliva do automobilů. V podstatě ve všech případech jde o portálové roboty, jejichž dvě lineární osy nesou příčnou traverzu, na níž je upevněna teleskopická osa s tankovací hlavou, dálkově řízenou pomocí senzoriky. Na portálu je přijímač pro data z komunikačního zařízení vozidla vozidla, kamera s lokalizací kontur automobilu a další bezpečností senzorika. Po zadání požadavku prostřednictvím identifikační karty nebo kontaktní obrazovky otevře robot speciální uzávěr, přičemž natankování a placení se děje rovněž zcela automaticky.

Obr. 4.

K čištění fasád mrakodrapů, mostních pilířů, přehradních zdí, trupů lodí a letadel atd. se používají mobilní, tzv. šplhající roboty s lanovým nebo přísavným pohybovým systémem. Velký rozmach zaznamenávají roboty k čištění chodníků, nástupišť a jiných velkých ploch (výstavní areály, sportovní plochy a dráhy aj.) v Japonsku, Francii, USA, Kanadě a SRN.

Mezi zajímavé výrobky lze zařadit mobilní roboty k využití v kancelářích, nemocnicích, na veletrzích atd., kde mohou sloužit jako průvodci, mnohoúčeloví pomocníci pro rozvoz pošty, balíků, léků, pro odvoz odpadu a k jiným potřebným servisním úkonům, včetně určité péče o pacienty. Významnou roli také sehrávají v hlídání důležitých rozsáhlých objektů, v protipožární ochraně jako mobilní jednotky do vysokých teplot atd.

Podle německých odborníků zaručuje budoucí využívání servisních robotů šanci realizovat úkoly ve službách hospodárně, pružně, šetrně, humánně, ekologicky a ve vysoké kvalitě. V současné době jsou v mnoha průmyslově vyspělých zemích státem silně podporovány výzkumné a vývojové aktivity s cílem otevřít po roce 2000 nový segment trhu servisních robotů.

Literatura:

[1] SCHRAFT, R. D. – SCHMIERER, G.: Serviceroboter – Produkte, Szenarien, Visionen. Springer Verlag, 1998, 220 s.

[2] Serviceroboter. Fraunhofer Magazin, 1998, s. 1–54.