Kolaborativní roboty – boom, nebo jen booblina?

Myšlenka zkonstruovat robota přímo spolupracujícího s člověkem vznikla již v roce 1995, v rámci výzkumného projektu nadace General Motors Foundation. Hlavní boom však přišel až o 10 let později, kdy skupina dánských studentů, založením firmy Universal Robots (UR), vyvinula lehké a levné rameno, které bylo schopné přímo spolupracovat s člověkem, aniž by bylo potřeba ochranných bariér. Je ovšem potřeba zmínit, že nebyli jediní, kdo tento typ robota prosadil do průmyslové sféry, ani první, kdo se o realizaci podobného řešení pokoušel. Na podobných zařízeních pracovali ve stejné době i další výrobci, jejichž řešení však (s ohledem na skutečnost, že na rozdíl od UR pro ně nepředstavovala „core business“) přišla na trh později. Např. ABB představilo už v roce 2013 prototyp dvouramenného kobota Frida, zkonstruovaného jako alternativu lidského pracovníka (s nímž mohl robot pracovat bez potřeby bezpečnostních bariér). Z něho pak vzešel kobot YuMi, uvedený o dva roky později.

Boom, nebo jen booblina?

Koboty se prosazují stále více v mnoha oblastech, od laboratoří až po průmyslovou výrobu, a to i v aplikacích, kde se jejich využití původně ani nepředpokládalo. Rostoucí počet jejich instalací, i firem, které se vrhly na jejich výrobu, a mohutná medializace, jež je provází, může vyvolat dojem, že právě tato zařízení jsou nyní nejpočetnější. Ale tvrdá čísla reálných instalací ukazují poněkud odlišný obraz: Koboty oproti svým průmyslovým předchůdcům představují stále jen pouhý zlomek dosud implementovaných robotů.

Jejich aktuální nabídka na trhu je bohatá. Ve svém portfoliu je mají už všichni hlavní výrobci průmyslových robotů, a kromě nich i řada menších firem, které se na koboty přímo specializují. K nejvýznamnějším patří Fanuc, ABB, Kuka, Nachi, Denso, Yaskawa, Universal Robots, Rethink Robotics, Aubo, Techman, Hanwha aj.

Kolaborativní robot je někdy považován za univerzálnější a flexibilnější řešení ve srovnání s tradičním průmyslovým robotem. Obvykle bývá u kobotů vyzdvihována možnost velmi rychlého uvedení do provozu, který nevyžaduje striktní bezpečnostní opatření. Pro mnoho firem je atraktivní i díky své stále se snižující ceně (která ovšem klesá i u průmyslových robotů). Ovšem jen na první pohled. Ve skutečnosti je jeho hlavním trumfem oproti průmyslovým protějškům prakticky jen úspora na investicích do bezpečnostních opatření, vyžadovaných u konvenčních robotů.

Při detailnějším pohledu na realitu může i průmyslový robot uzpůsobený pro spolupráci s lidmi vyjít v konečném součtu levněji než výkonný kobot s vyšší nosností, pokud je pro danou aplikaci požadována. Jak konstatují specialisté firmy Fanuc, v rychlosti instalace a uvedení do provozu ani v nárocích na jejich naprogramování nemusí být mezi oběma typy robotů velký rozdíl.

U konvenčního robota je programování možné pomocí technických prostředků i prostého navádění rukou – obsluha provede rameno robota potřebnými pozicemi v rámci požadované operace a uloží je do paměti řídicího systému. Stejně tak i možnost rychlého přemísťování, často zdůrazňovaná mezi výhodami kobotů, nemusí být jen jejich výsadou, ale je realizovatelná i u těch průmyslových – na výrobních linkách ji lze řešit např. pojezdovými dráhami.

Bezpečnost platí pro všechny

Hlavní uváděnou výhodou kobotů je jejich bezpečný provoz ve spolupráci s člověkem, kde není nutnost realizovat potřebná opatření v úpravě pracoviště. Zatímco průmyslové roboty jsou od lidské obsluhy striktně izolovány, koboty pracují na výrobních linkách přímo vedle člověka. Nicméně pro všechny roboty (konvenční i kolaborativní) jsou závazná bezpečnostní pravidla daná normou, podle níž musí být bezpečnost zajištěna některou ze základních funkcí: bezpečnostní monitorované zastavení, ruční navádění, sledování rychlosti a vzdálenosti nebo omezení síly a výkonu.

První tři funkce se týkají hlavně průmyslových robotů (tzn. vstoupí-li jakákoli osoba do monitorovaného prostoru, robot se řízeným způsobem zastaví), čtvrtá je specifická pro zajištění bezpečnosti kolaborativních robotů. Jejím cílem je zajistit, aby obsluha nebyla vystavena riziku ani v bezprostřední blízkosti ramene kobota. K maximální bezpečnosti kobotů je využita řada prvků včetně inteligentního senzorického systému, který robota při doteku zastaví, lehká konstrukce ramene se zaoblenými tvary, jež je často pokryta elastickou povrchovou vrstvou ke ztlumení případného nárazu, rychlostní a momentové senzory, kamery detekující blížící se překážku, a také pomalejší pohyb ramene. Klíčová je však funkce zabraňování nebezpečných kolizí: Robot nesmí způsobit člověku zranění a při jakémkoli kontaktu s ním, kdy je potřeba překonat určitý minimální odpor, se okamžitě musí zastavit.

Je potřeba ale mít na paměti, že přes všechny bezpečností prvky i spolupracující robot, vedený běžně jako bezpečné zařízení, pokud je osazen např. ostrým nástrojem, podléhá stejným nárokům na zajištění bezpečnosti, jako jeho průmysloví kolegové.

Mají své plusy, ale i limity

Ačkoli jsou průmyslové firmy ze všech stran bombardovány příklady, jak úžasné a jednoduché jsou kolaborativní roboty, tak jednoduché to – snad s výjimkou zcela triviálních operací v nenáročných aplikacích – zase není. Prakticky jediným omezením průmyslových robotů je, že musí být v ochranné kleci či jinak zabezpečené, zatímco koboty mají z tohoto pohledu mnohem více omezení – nosnost, dosah, rychlost a podobně.

A zvláště u nejlevnějších kobotů s jednoduchou, nezřídka plastovou konstrukcí, nelze počítat s tím, že vydrží dlouhodobé nasazení v průmyslovém prostředí. Zde si opravdu nejlépe poradí robustní průmyslové roboty, které jsou pro tyto aplikace přímo konstruované – a mají na to také příslušnou certifikaci a garanci výrobce.

Koboty tak mají nejen často zdůrazňované plusy, ale i omezení, která je potřeba si uvědomit. Především jsou z principu pomalejší než jejich průmyslové protějšky, a tudíž nepříliš vhodné tam, kde je požadována vysoká rychlost a efektivita, tzn. jedna z hlavních předností robotů ve výrobě ve srovnání s lidskou obsluhou. Také nosnost kobotů je vzhledem ke konstrukčním parametrům a dosahu lehkého ramene menší, obvykle je omezena na manipulaci s objekty od 3 do 15 kg (jsou i modely s vyšší nosností, ovšem vykoupenou výrazně vyšší cenou). Zatímco u průmyslových robotů není problém, aby rameno operovalo v rozsahu několika metrů, standardní kobot zvládá v závislosti na své zatížitelnosti maximální poloměr přibližně 2 metry.

Na použití záleží

Konvenční roboty a koboty nemusí být vzájemnými konkurenty. Každý typ je určen pro odlišnou oblast použití, a jejich nasazení je potřeba primárně zvažovat s ohledem na vhodnost pro danou aplikaci.

Konvenční roboty se uplatňují hlavně v plně automatizované velkosériové výrobě pro operace vyžadující vysokou rychlost a maximální přesnost, nebo v nebezpečných činnostech a prostředích, jako jsou lakovny, svařovací linky apod. Nicméně i koboty lze uplatnit v sériové výrobě, pokud je v ní vyžadována spolupráce s člověkem. Jsou však vhodnější spíše pro malosériové provozy, kdy může docházet k častým změnám charakteru výroby a výrobního programu, a také pro provozy, které nelze kompletně automatizovat, nebo pro robotické operace prováděné souběžně s manuálními pracemi.

Výrobci kobotů poukazují, že jde o poměrně všestranně využitelná zařízení, která nevyžadují bezpečnostní omezení limitující průmyslové roboty, a jsou přímo určená ke sdílení pracovního prostoru s lidmi, což usnadňuje automatizační projekty. Ovšem koboty pokrývají jen určitou část automatizačního spektra, a právě tato marketingově vyzdvihovaná výhoda – spolupráce s lidmi – může být někdy naopak jejich Achillovou patou. Přizpůsobení rychlosti lidskému tempu je omezující faktor v době, kdy v jejich blízkosti žádný člověk není, a tudíž ani není nutné zohledňovat jeho pracovní tempo, zatímco průmyslový robot uzpůsobený pro spolupráci s lidmi jednoduše přepne do rychlejšího režimu, což znamená vyšší produktivitu. Přitom do kooperativního módu se může vrátit, až to bude potřeba. Možnost přepnutí do dalšího (v tomto případě rychlejšího) režimu je sice nabízena i u některých kobotů (s využitím bezpečnostního senzoru, který detekuje přítomnost člověka), ovšem obvykle se tím zvyšuje jejich cena.

Koboty Fanuc například umožňují pracovat trojnásobnou rychlostí svého kooperativního módu, pokud nejsou nablízku lidé. Ale i nejsilnější kobot – Fanuc s 35kg nosností (běžné koboty zvládnou obvykle zatížení do 15 kg) pořád nedosahuje standardní rychlost, jakou nabízejí průmyslové roboty. Je proto nutno zvážit, zda opravdu zvolit kobota, který má obecně nižší takt i dosah.

Jinými slovy: Pořizovat kobota do nekolaborativní aplikace jen proto, že jde o trend propagovaný vlnou Průmyslu 4.0, nemá smysl. Pro uživatele to znamená s největší pravděpodobností pořízení dražšího systému místo parametrově stejného či výkonnějšího řešení, které lze pořídit levněji. Ve své podstatě jsou pomalejší a dražší než srovnatelné konvenční roboty. A jednodušší průmyslové roboty, které lze upravit pro spolupráci s člověkem pomocí různých doplňkových systémů, mohou vyjít v určitých případech levněji, zvláště když je potřeba operovat s objekty vyšší hmotnosti, což by vyžadovalo nejsilnější (a tudíž nejdražší) koboty.