Коллаборативные роботы

Полный текст

Автоматизация в контексте производства — это использование оборудования для автоматизации систем или производственных процессов. Основная цель состоит в том, чтобы повысить эффективность за счет либо увеличения производственных мощностей, либо снижения затрат, часто и того, и другого. Использование промышленных роботов может помочь в решении данной задачи.

В глобальном масштабе оперативный запас многоцелевых промышленных роботов в 2020 году составил около трех миллионов единиц. С 2010 года запасы увеличиваются с каждым годом, особенно с 2014. Оперативный запас — это уровень запасов, необходимый для выполнения оперативных обязательств.

 

 

За этот период продажи промышленных роботов значительно выросли. Например, такая компания, как ABB, связанная с данной отраслью, показала самый высокий уровень выручки среди своих конкурентов. Siemens и Mitsubishi Electric являются основными поставщиками промышленной автоматизации и промышленного программного обеспечения. Рынок автоматизации состоит из различных продуктов, включая реле, переключатели и системы управления, а также разработку промышленного программного обеспечения и прочих услуг. В свете увеличения использования искусственного интеллекта ожидается, что рынок программного обеспечения для автоматизации вырастет до более чем 50 миллиардов долларов США к 2023 году, предоставляя компаниям возможность производить больше продуктов без увеличения производственных затрат или заработной платы.

Преимущества, обычно приписываемые автоматизации, включают в себя более высокие темпы производства и повышенную производительность, более эффективное использование материалов, лучшее качество продукции, повышенную безопасность, более короткие рабочие недели для рабочей силы и сокращение времени выполнения заказов на заводе. Более высокая производительность и повышенная производительность были двумя из самых значимых причин для перехода к автоматизации. Несмотря на мнение о высоком качестве ручной работы, автоматизированные системы обычно выполняют производственный процесс с большей точностью, чем людские ресурсы, что приводит к большему контролю и согласованности качества продукции.

Робот обладает способностью работать с постоянной скоростью, без присмотра, 24/7. Это означает, что вы можете производить гораздо больше продукции. Новые ресурсы могут быть моментально внедрены в производственный процесс, а программирование их программирование может быть выполнено в автономном режиме без нарушения существующих процессов.

Хотя использование таких новых технологий может казаться естественным эволюционным процессом любого заводского цеха, производственные компании не спешат внедрять их, что замедляет их распространение.

В утопическом видении технологии освобождают человека от повторяющихся, скучных задач, предоставляя нам возможность работать гораздо продуктивнее. В ином случае роботы лишают работы множество людей, занимая рабочие места и, таким образом, ввергают экономику в хаос. Чтобы увидеть, насколько выросло число роботов в производстве в 2017 году, достаточно взглянуть на инфографик.

 

 

Глядя на этот график, становится понятно, что все больше профессий не требуют участия человека, а значит, количество рабочих мест сокращается. Требования к качеству рабочей силы меняются со временем, поскольку они реагируют на новейшие технологии на рынке и автоматизированные задачи.

Однако, обеспечение безопасности работников является первостепенной целью для всех производителей; следовательно, отрасль сталкивается с более строгими протоколами соблюдения безопасности. Производители должны быть готовы к постоянному возникновению проблем с безопасностью, порождаемых автоматизацией, и продолжать непрерывно развиваться в следующих областях:

 

• Мониторинг остановки — способность прекращать работу, когда человек входит в определенную область, и возобновлять работу, когда человек уходит.
• Мониторинг скорости — способность робота замедляться или останавливаться в зависимости от близости человека.
• Ручное управление — способность определять, когда человек находится в контакте с роботом для его управления.
• Ограничение мощности и силы — датчики и технологии в роботизированной автоматизации, которые регулируют приложенную силы.

 

Решением этих проблем являются коллаборативные роботы.  Кобот — это робот, предназначенный для прямого взаимодействия с человеком в общем пространстве или если человек находится в непосредственной близости. Функции кобота отличаются от традиционных промышленных роботов, которые изолированы от людей. Безопасность работы кобота связана с легкостью строительных материалов, закругленными краями и ограничениями скорости и силы, а также с датчиками и ПО.

Коботы являются идеальным инструментом практически для любого производителя, потому что они помогут каждой в компании достичь увеличения продуктивности. Это дает производителям доступ ко всем преимуществам передовой роботизированной автоматизации без дополнительных затрат, связанных с обычными роботами: сложное программирование, длительная настройка и экранированные рабочие ячейки.

Рис. 1. Основные функции коллаборативного робота

Конструкции коллаборативных роботов сильно отличаются от их промышленных аналогов. Обладая закругленными краями, ограничениями по силе и легким весом, коллаборативные роботы в первую очередь предназначены для обеспечения безопасности. Большинство коллаборативных роботов оснащены датчиками, чтобы избежать столкновений с людьми, а также протоколами безопасности для отключения в случае любой формы незапланированного контакта.

Коллаборативные роботы являются относительно новым изобретением, но уже существует несколько различных видов. Их мгновенный успех в широком спектре отраслей промышленности повлиял на инновации в производственной сфере, в результате чего появились четыре основных типа коллаборативных роботов.

Различные типы коллаборативных роботов определяются их функциями безопасности и программирования или тем, как они избегают потенциально опасных столкновений с людьми. Каждый тип коллаборативных роботов использует уникальные методы и технологии для поддержания безопасного рабочего пространства. Это различие определяет, для каких сред они лучше всего подходят.

К четырем типам коллаборативных роботов относятся контроль безопасности остановки, скорость и разделение, ограничение мощности и силы, а также ручное управление.

 

Остановка с контролируемым уровнем безопасности	Эти типы коллаборативных роботов используют датчики, которые останавливают робота, когда человек входит в область работы.
Ограничение скорости	Эти типы коллаборативных роботов аналогичны предыдущим, но они используют более продвинутые системы машинного зрения, чтобы замедлить приборы, если человек находится близко.
Ограничение мощности и силы	Эти коботы обладает закругленными углами и датчиками столкновения, чтобы быстро обнаружить контакт с человеком и остановить работу. Благодаря ограничениям силы, столкновения вряд ли приведут к травмам.
Ручное управление	Эти коботы оснащены ручным управляемым устройством, с помощью которого оператор может управлять движением робота в автоматическом режиме. Находясь в нем, робот выполняет только команды оператора. Это позволяет роботу, например, поддерживать вес тяжелой заготовки, в то время как оператор выполняет действия над ней. Подобные функции могут быть использованы для «обучения» или программирования робота.

 

Эти четыре основных типа включают в себя каждый тип робота, предназначенного для некоторой степени взаимодействия человека во время работы. Не все они созданы для конкретно для сотрудничества, но каждый из них имеет ряд возможностей безопасности для предотвращения серьезных травм.

Промышленные роботы чаще всего работают отдельно от людей за перегородками или другими защитными барьерами, но коботы обошли данное ограничение.

Кроме того, большинство производителей утверждают, что они не планируют использовать коллаборативных роботов для замены людей. Наоборот, они хотят, чтобы люди работали с коботами, чтобы повысить таким образом собственную продуктивность. В настоящее время люди выполняют много однообразных задач. Работник может запрограммировать кобота на их выполнение. В этом случае человек может выполнять работу быстрее и проще.

Даже если коботы заменяют людей в определенных делах, всегда есть работа, которую коботы не могут выполнить. Она часто требует творческого, критического мышления. Имея коллаборативного робота, выполняющего грязную, скучную и опасную задачу, компания может использовать своих сотрудников гораздо эффективнее, что приведёт к росту компании путем разработки новых продуктов и процессов.

Международная федерация робототехники определяет четыре уровня сотрудничества между промышленными роботами и людьми:

• Сосуществование: человек и робот работают бок о бок друг с другом без ограждения, но без общего рабочего пространства.
• Последовательное сотрудничество: человек и робот действуют в общем рабочем пространстве, но их движения поочередны; они не работают над деталью одновременно.
• Сотрудничество: робот и человек работают в одной и той же части в одно и то же время, сообща.
• Отзывчивое сотрудничество: робот реагирует в режиме реального времени на действия человека.

В большинстве промышленных применений коботов, кобот и человек разделяют одно и то же пространство, выполняя задачи независимо или поочередно. Сотрудничество или отзывчивое сотрудничество в настоящее время не так распространены.

Несмотря на низкую популярность, стоит учесть ряд преимуществ. Коботы могут применяться в самых различных средах и предоставляют множество преимуществ по сравнению с обычными промышленными роботами. Как правило, клиент выбирает коллаборативного робота, когда его основное внимание нацелено на безопасности, гибкости, выгодности и быстрой окупаемости.

Коллаборативные роботы предназначены для минимизации риска несчастных случаев и травм на рабочем месте. Робот оснащен датчиками, позволяющими избежать столкновений, ограничением по силе, плавными конструкциями, защитой от перегрузки по току и аварийной остановки в случае незапланированного контакта. Повышенная безопасность увеличивает производительность и снижает эксплуатационные расходы для пользователей роботов — два основных преимущества, которые обеспечивают коллаборативные роботы.

Коллаборативные роботы могут быть легко запрограммированы даже сотрудниками, не обладающими минимальными знаниями в программировании. В некоторых случаях роботу можно показать, как выполнить задачу, физически переместив руку робота в правильные места. Это позволяет коллаборативным роботам автоматизировать несколько различных задач. Эта гибкость снижает первоначальные затраты на автоматизацию и напрямую способствует окупаемости инвестиций и производительности. Простота программирования коллаборативного робота сокращает время и ресурсы, необходимые для его работы, что снижает инвестиции в автоматизацию. Коллаборативные роботы оснащены функциями безопасности и не требуют ограждений или другого оборудования промышленной безопасности, что еще больше снижает затраты. Низкая стоимость коллаборативного робота, по крайней мере, по сравнению с промышленными роботами, делает их гораздо более доступными для более широкой клиентской базы.

Коллаборативные роботы доказали свою способность обеспечивать более высокую рентабельность инвестиций, чем их промышленные коллеги. В первую очередь это связано с тем, что первоначальные затраты значительно ниже, больше задач может быть делегировано на одного робота, а коллаборативные роботы способствуют высокой производительности. Для тех, кто не может слишком рисковать инвестициями в автоматизацию, коллаборативные роботы обеспечивают окупаемость, как правило, всего за несколько месяцев.

 

Заключение

 

В результате анализа были сделаны следующие выводы:

коллаборативные роботы являются важной разработкой в индустрии робототехники — первой технологией автоматизации, которая позволяет безопасно работать непосредственно вместе с людьми;

коллаборативные роботы могут быть применены в различных сферах;  

коллаборативные роботы работают в средах, где промышленные роботы будут небезопасными или непродуктивными;

по сравнению с промышленными роботами, коллаборативные роботы часто являются более прибыльным и продуктивным решением с учетом их эффективного применения.  

Благодаря своим преимуществам, коллаборативные роботы могут найти более широкое применение в области промышленности в ближайшем будущем.

                                                                                                       

Об авторах

Максим Дмитриевич Белокопытов

Самарский университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: maximaximax5@live.com

студент I курса Самарского университета Институт двигателей и энергетических установок

Россия, 443086, Россия, Самара, ул. Московское шоссе, д. 34.

Светлана Альбертовна Авдейко

Самарский университет

Email: asa210770@mail.ru

Старший преподаватель кафедры иностранных языков и русского языка как иностранного

Россия, 443086, Россия, Самара, ул. Московское шоссе, д. 34.

Список литературы

Дополнительные файлы