Автоматизация производства и замена производственного персонала роботами являются основными направлениями развития современной промышленности. Тем не менее, есть много применений, где полная автоматизация процессов не имеет экономического смысла, либо вообще невозможна. В таких ситуациях лучшим вариантом является использование специальных роботов, которые являются ассистентами для рабочих, выполняя определенные действия вместе с ними, взяв на себя рутинные, небезопасные или просто неприятные для выполнения операции. Такие механизмы получили название коллаборативных роботов, или, сокращенно, коботов.
Главное отличие механизированного ассистента от индустриальных роботов заключается в следующем. Правилами эксплуатации обычных роботов категорически запрещается появление человека в его рабочей зоне. Если человек туда попадает, когда робот включен, это может обернуться для него травмами. Коботы отличаются повышенной «дружелюбностью». Их конструкция рассчитана таким образом, что человек может безопасно присутствовать в радиусе действия робота-помощника. В такой ситуации кобот либо отключается, либо начинает работать на пониженной скорости. Возможен и такой вариант, когда сила, прикладываемая коботом, специально ограничивается до безопасного для человека значения.
Коботы уже широко применяются для пайки и высокоточной сварки. А ведь именно эти процессы характерны для производства многих типов электротехнического оборудования.
Типы коботов
- С функцией «ручного» обучения
Оснащены датчиками давления, реагирующими на руки человека. В процессе обучения оператор двигает механизмы кобота, «показывая» ему последовательность выполнения операций. По завершении обучения оператор покидает рабочую зону, а механизм продолжает трудиться самостоятельно.
- Оснащенные датчиком присутствия или (в более продвинутом варианте) системой «машинного зрения»
Такой кобот может обнаружить присутствие человека в рабочей зоне, а в ряде случаев и понять, где конкретно он находится. При этом скорость движения его механизмов снижается до безопасной величины. А если человек попал в те места, где его присутствие может вызвать поломку кобота либо сбой в производственном процессе, робот временно останавливается.
- Имеющими систему ограничения силы
Когда кобот упирается в препятствие, преодоление которого невозможно без превышения силы выше определенного предела, он останавливается. Благодаря такой особенности роботизированный ассистент может работать в непосредственной близости от человека.
Следует отметить, что промышленность — только одно из возможных применений коботов. Уже созданы роботы для ухода за больными и даже для автоматизации офисной работы.
Как коллаборативные роботы стали серийным продуктом
Первый кобот был создан с участием General Motors в 1999 г. Но это был лишь лабораторный образец. Прошло еще несколько лет, прежде чем был налажен серийный выпуск изделий, пригодных для практических применений.
Датская компания Universal Robots была создана в 2005 г. Изначально ее специализацией стали коботы. Первая модель, для которой было организовано серийное производство, стал UR5. Она была выпущена в 2008 г. Далее Universal Robots последовательно осваивала рыночную нишу коботов, став в ней мировым лидером. В 2015 г. Universal Robots стала частью крупного транснационального холдинга Teradyne. Оборот компании в 2018 г. составил 234 млн. долл. По данным на 2019 г. выпущено уже 57000 единиц. Доля компании на рынке робототехники оценивается в 55-60 %.
В настоящее время Universal Robots выпускает широкую линейку коботов с полезной нагрузкой от 3 до 16 кг. Последней моделью, представленной в сентябре 2019 г., стала UR16e, основанная на новейшей платформе e-Series. UR16e имеет грузоподъемность 16 кг и радиус действия 900 мм. Но при этом повторяемость обеспечивается на уровне +/-0,05 мм. Данный механизм предназначен для манипулирования тяжёлыми предметами, погрузки тяжелых деталей и обслуживания станков.
Важной особенностью изделий от компании Universal Robots является простота их использования. Распаковка коробки, установка кобота и настройка его на выполнение одной несложной задачи занимает менее часа.
От первого лица
Мы задали несколько вопросов о производстве и применении коботов генеральному директору Universal Robots в Центральной и Восточной Европе, России и СНГ Славою Мусилеку (Slavoj Musílek).
— В чем, на ваш взгляд, основная разница между индустриальными роботами и коботами с точки зрения ваших клиентов?
— Коллаборативные роботы были созданы для совместной работы с человеком. Поэтому для взаимодействия с ними не нужны какие-то дополнительные средства защиты — все необходимые системы безопасности уже встроены. Всего их 17. Кроме того, роботы отличаются более простой настройкой, программированием и вводом в эксплуатацию. Наши клиенты часто используют их на гибких производствах. В зависимости от решаемых задач, ассистенты переставляются на те или иные участки производственной цепочки. Для этого они должны иметь возможность быстрой перенастройки. Перенести наше изделие, установленное на мобильной платформе, из одного места в заводском цеху на другое, можно всего за несколько минут. И еще минут 20 потребуется на перенастройку. То есть, при необходимости, перемещать и перенастраивать его можно несколько раз в день. (Перечисленные преимущества очень важны для электротехнической промышленности, где наблюдается тенденция к кастомизации производства — прим. ред.).
— Почему ваша компания специализируется только на коботах?
— По сути, именно наша компания вывела их на рынок. История началась в 2005 году, когда три основателя компании — Эсбен Остергаард, Каспер Стёй и Кристиан Кассов, — встретились в Университете Южной Дании в Оденсе. Вместе они работали над созданием легкого робота, которого можно без труда устанавливать на небольших площадях и настраивать, не обладая глубокими знаниями в программировании. Они понимали, что существует потребность в небольших, но функциональных промышленных роботах. Они в настоящее время самый быстрорастущий сегмент рынка робототехники. Наше видение рынка — будущее принадлежит именно им.
— Насколько мне известно, ваши механизированные помощники должны иметь размеры, сопоставимые с размерами человека. Есть ли необходимость далее двигаться в том же направлении? Иначе говоря, не получится ли так, что коботы будущего станут роботами-андроидами с руками и ногами, как у человека?
— Я видел таких роботов в Японии. Но они используются в специфичных областях, таких, как уход за больными. Но наша компания не планирует выпуск подобных изделий в обозримом будущем. Коботы Universal Robots в основном работают в промышленных зонах, на производстве, поэтому мы видим, что они широко используются в качестве промышленных роботов, не нуждающихся в лице, голосе и т.д. Сами боты сконструированы по типу человеческой руки, и это позволяет им помогать операторам на производстве.
— А как же психологическое состояние рабочих, которые должны выполнять операции вместе с ними? Если роботы будут больше похожи на людей, это улучшит комфорт на рабочем месте.
— Я не думаю, что внешнее сходство с человеком так важно на производстве, так как там задействовано различное оборудование, и люди не боятся с ним работать. И, кстати, вид, отличный от человеческого, не мешает нашим коботам быть дружелюбными по отношению к людям.
— Можете ли вы несколькими параметрами охарактеризовать уровень безопасности коботов Universal Robots?
— В них присутствуют 17 функций, обеспечивающих безопасность. Они сертифицированы по требованиям безопасности TUV Nord (это один из самых строгих стандартов безопасности в мире — прим. ред.), категория 3B. Кстати, если говорить о сертификации, то механизмы Universal Robots сертифицированы для чистых помещений, что открывает широкие возможности по использованию их для сборки высокотехнологичного оборудования.
— Насколько активно у вас покупают коботов предприятия электротехнической промышленности.
— Электротехническая промышленность, среди наших клиентов, по объему закупок стоит на втором месте. Большее закупает только автопром. В электротехнической промышленности коботы используются для обработки материалов, тестирования качества продукции и ряде других применений.
— Выпускаете ли вы для электротехнической промышленности специальные типы коботов?
— Нет, мы выпускаем коботов для работы в промышленности, без учета отраслевой специфики. Они универсальны, их легко запрограммировать под различные задачи, достаточно просто сменить комплектующие — специальные насадки на манипуляторах. Каждое применение и задача, в какой бы отрасли вы ни работали, потребует лишь смены комплектующих.
— Можно ли как-то численно оценить выигрыш в производительности от использования коботов?
— По статистике, совместная работа кобота и человека над задачей повышает производительность на 85 % по сравнению с тем, если бы они работали над ней по отдельности.
— Как роботы встраиваются в концепцию «Индустрии 4.0»?
— Использование коботов — лучший способ реализации данной концепции, как часть процесса автоматизации. Причина в исключительной гибкости настройки изделий и малых затратах на их обслуживание. Это позволяет часто обновлять ассортимент выпускаемой продукции.
