Chapadla pro přímou spolupráci člověka s robotem

Vysvobozování robotů z jejich klecí“ je v plném proudu. Již za pár let bude podle názoru mnohých odborníků na manipulaci bezprostřední spolupráce člověka s robotem nedílnou součástí automatizace výroby. Společnost Schunk aktivně pracuje na „zkrocení“ chapadla pro kolaborativní úlohy. To platí i pro oblast výroby. Především monotónní činnosti, jako je manipulace s obrobky v obráběcích strojích, budou podle odborníků postupně nahrazovány kolaborativními systémy.  

Jaké budou možnosti špičkových produktů, ukazuje Schunk svým chapadlem Co-act JL1, celosvětově prvním kolaborativním chapadlem, které s člověkem bezprostředně spolupracuje a komunikuje (obr. 1). Za svůj vysoký stupeň inovace získalo toto chapadlo v dubnu 2017 prestižní ocenění Hermes Award (viz Automa, 2017, č. 7, str. 41).

Zatímco zaměstnanci se v moderním strojírenském závodě starají o několik strojů, jakož i o polotovary a hotové díly, přebírají kolaborativní roboty úlohu zakládání do strojů (obr. 2). Na rozdíl od klasických automatizačních řešení s robotem a ochranným plotem zůstává obráběcí stroj při této kolaborativní činnosti stále volně přístupný. Tak mohou být i nadále jednotlivé zakázky a malé série zpracovávány individuálně lidskou obsluhou.

Další pole využití kolaborativní systémy nacházejí při manipulaci s obrobky ve zdraví ohrožujících prostředích, jako je např. rentgenová kontrola hliníkových výlisků (obr. 3). Také zde může bezprostřední manipulaci v oblasti ohrožené rentgenovým zářením převzít chapadlo Co-act. 

Chapadlo s pečetí DGUV

Především tam, kde se plné zautomatizování z ekonomického hlediska špatně realizuje, bude podle firmy Schunk v budoucnu běžná separace dílčích procesů a jejich rozdělení mezi lidi a roboty. To platí především pro úlohy s počtem kusů příliš malým pro plně automatizovaný provoz a příliš velkým pro manuální činnost, nebo tam, kde je počet variant dílů pro manuální činnosti příliš malý a pro plnou automatizaci příliš velký. Řešení s přímou spoluprací robotu a člověka (HRC – Human-Robot Colaboration) přinášejí v těchto situacích zásadní výhody: zvyšují produktivitu, umožňují dosáhnout velké flexibility a ulehčují zaměstnancům od dříve neautomatizovaných nebo ergonomicky nepříznivých manuálních pracovních kroků. Navíc snižují riziko zranění a zajišťují při výrobních procesech stabilní kvalitu bez ohledu na aktuální stav obsluhujícího personálu. S využitím základních norem a směrnic stanovila firma Schunk tři hlavní zásady pro chapadla určená pro HRC:

• chapadlo při uchopení nikdy nezpůsobí zranění,
• chapadlo vždy rozpozná kontakt s člověkem,
• chapadlo nikdy neupustí uchopený předmět.

K tomu Schunk v závislosti na úloze využívá souhru různých metod a komponent. V základní verzi u tzv. inherentních HRC chapadel k tomu patří omezení uchopovací síly, které se aktivuje v nebezpečné situaci a omezí uchopovací sílu na 140 N. Zároveň konstrukce chapadla určeného pro HRC se zaoblenými rohy a hranami minimalizuje riziko zranění. 

Navíc budou chapadla Co-act firmy Schunk v budoucnu vybavena dalšími funkcemi. Bezpečnější pohony zajistí, že i v režimu nouzového zastavení jsou zvláště těžké části spolehlivě udrženy. Okolní prostředí chapadla je permanentně monitorováno senzory, jejichž signály vyhodnocuje a následně zpracovává inteligentní software. Podkladem pro konstrukci chapadel řady Co-act je norma pro průmyslové roboty EN ISO 10218 Roboty a robotická zařízení: Požadavky na bezpečnost průmyslových robotů. Respektovány jsou už i aspekty budoucí normy ISO/CD TR 20218-1 (Robots and robotic devices – Safety requirements for industrial robots – Part 1: Industrial robot system end of arm tooling/end-effector). Vedle pětiprsté ruky SVH, která je již certifikována a schválena pro kolaborativní provoz německou úrazovou pojišťovnou DGUV, bude certifikace dalších chapadel Co-act výhledově dokončena ještě v roce 2017. 

Senzorická aura

Pomocí „senzorické aury“ a plně integrované umělé inteligence je chapadlo Co-act JL1 schopné trvale zaznamenávat informace o uchopeném dílu stejně jako o okolním prostředí, tyto následně zpracovat a v závislosti na situaci adekvátně zareagovat. K tomu je chapadlo vybaveno inovativní kinematikou, která umožňuje jak paralelní, tak i úhlové uchopení. Tak je možné flexibilně manipulovat tvarově velmi odlišnými díly. Přitom taktilní senzory v prstech monitorují, zda jsou díly spolehlivě uchopeny a zda nedojde k poškození citlivých částí. Pomocí speciálně vyvinutých uchopovacích strategií citlivé chapadlo přizpůsobí své chování v reálném čase tomu, zda bude uchopován předpokládaný díl, nebo omylem vložená lidská ruka. Dotykový displej a integrovaný panel LED (obr. 4) umožňují komunikaci a intuitivní interakci s člověkem. Prostřednictvím rozhraní OPC UA je chapadlo navíc schopné komunikovat s robotem i s nadřazeným řídicím systémem.  

(SCHUNK Intec s. r. o.)  

Obr. 1. Chapadlo SCHUNK Co-act JL1 je celosvětově první inteligentní uchopovací modul pro spolupráci člověka s robotem, který s člověkem bezprostředně spolupracuje a komunikuje

Obr. 2. Při zakládání do obráběcího stroje umožňuje Co-act flexibilní souhru člověka a stroje

Obr. 3. Chapadlo Co-act zakládá odlitek do rentgenového přístroje ke kontrole; po kontrole další manipulaci opět obstarává obsluha stroje

Obr. 4. Diodami LED může chapadlo Co-act permanetně signalizovat svůj stav, monitorovaný vestavěnými senzory