Поняття робота та кобота
Промисловий робот — це керована автоматизована машина, здатна виконувати рухи з високою точністю та повторюваністю відповідно до заданої програми. У міжнародних стандартах, зокрема ISO 8373, робот визначається як «маніпулятор з трьома або більше ступенями рухливості, запрограмований для виконання різноманітних задач, що не обмежуються одним конкретним застосуванням». Типовий промисловий робот працює в ізольованій зоні, оснащеній огородженнями та системами безпеки, оскільки його рухи характеризуються великою силою, масою та швидкістю (див. рисунок 1.1.1).
Рисунок 1.1.1 Приклад промислових роботів, що працюють в ізольованій зоні виробництва
Поява колаборативних роботів стала наступним етапом розвитку робототехніки. Колаборативний робот (англ. collaborative robot або cobot) — це роботизований маніпулятор, розроблений для безпечної взаємодії з людиною у спільному робочому просторі. На противагу традиційним роботам, коботи відповідають вимогам стандарту ISO/TS 15066, який регламентує допустимі сили, тиски й умови контакту людини з роботом. Завдяки цьому кобот може працювати поруч з оператором без необхідності встановлення класичних металевих огорож.
Однією з ключових особливостей колаборативних роботів є їхня сенсорна насиченість. У більшості конструкцій застосовуються датчики сили/моменту, моделі динамічного контролю, моніторинг струмів у приводах та алгоритми оцінки зовнішніх впливів. Завдяки цьому кобот здатний обмежувати швидкість або зупинятися негайно при виявленні контакту. Це робить такий тип роботів особливо придатним для навчальних лабораторій, дрібносерійного виробництва, операцій складання та взаємодій, де важлива участь людини.
На рисунку 1.1.2 наведено приклад колаборативного маніпулятора Estun S-серії, до якої належить робот Estun S5-90 PRO, встановлений у навчальній комірці.
Рисунок 1.1.2. Колаборативний робот Estun S-серії
Функціональне призначення кобота відрізняється від традиційного робота не лише підходами до безпеки, а й філософією застосування. Кобот є інструментом, який доповнює людину, а не замінює її, виконуючи задачі з високою повторюваністю, точністю або монотонністю. Він легко перепрограмовується, має ергономічну конструкцію, низьку масу та інтерактивні методи навчання, що дозволяє швидко адаптувати його під нові задачі. Такі властивості роблять колаборативні системи універсальним елементом сучасної гнучкої автоматизації.
Промислові роботи залишаються незамінними у важких технологічних процесах: зварюванні, фарбуванні, литті, високошвидкісному пакуванні чи палетизації. Натомість коботи найчастіше застосовуються у сфері складання, обслуговування обладнання, контролю якості, Pick & Place, сервісної робототехніки та навчання. Узагальнене технічне порівняння характеристик наведено у таблиці 1.1.1 (див. таблицю 1.1.1).
Таблиця 1.1.1. Порівняння промислового робота та кобота
| Характеристика | Промисловий робот | Колаборативний робот |
|---|---|---|
| Рівень безпеки | Потребує огорож, зовнішніх замків та бар’єрів | Побудовані на принципах безпечної взаємодії людини і робота |
| Жорсткість конструкції | Висока, орієнтована на навантаження і точність | Знижена для пом’якшення контакту та обмеження сил |
| Швидкість та прискорення | Значно вищі | Обмежені стандартами безпеки |
| Масово-габаритні показники | Важчі, потужніші приводи | Легші, мобільніші, простіші в інсталяції |
| Необхідний рівень підготовки | Високий, потребує глибоких знань | Знижений, інтуїтивні методи навчання |
| Типи задач | Важкі промислові процеси | Гнучкі, навчальні та інтерактивні операції |
| Середовище роботи | Ізольоване | Спільний простір із людиною |
1.2. Конструктивні особливості коботів та сфери застосування
Корпус колаборативних роботів виконується з легких матеріалів та має згладжену форму без гострих кромок. Усі елементи механічних з’єднань ізольовані, а приводи закриті герметичними кожухами. Вузли робота мають знижені інерційні характеристики, що дозволяє швидко реагувати на зовнішні впливи та забезпечує безпеку рухів.
Важливою особливістю колаборативних роботів Estun S-серії є застосування роботизованих приводів із підвищеною чутливістю: система моніторить струм у кожному двигуні, оцінює зовнішні сили та динамічні зміни у реальному часі. Завдяки цьому кобот здатен моментально знижувати швидкість або зупиняти рух у випадку контакту з оператором. Алгоритми динамічного контролю враховують масу маніпулятора, положення кожної осі та швидкість руху, що дозволяє забезпечити точне виконання завдань із мінімальним ризиком.
Коботи також оснащені розвиненою системою інтерфейсів для підключення інструментів та периферії.
У моделях Estun використовується поєднання цифрових I/O, польових шин та мережевих протоколів, що забезпечує сумісність з широким спектром гриперів та датчиків. Наявність 6 чи більше ступенів вільності дозволяє виконувати складні багатовекторні рухи, що є особливо важливим у задачах складання та маніпулювання дрібними об’єктами.
З точки зору керування, коботи орієнтовані на просте навчання. Середовище Codroid App дозволяє вручну переміщати маніпулятор у потрібні положення, зберігати точки та формувати програму за принципом блокової логіки. Завдяки цьому студент може швидко освоїти базові принципи програмування роботів без необхідності вивчення складних мов.
Колаборативні роботи застосовуються в тих процесах, де необхідна взаємодія між людиною та автоматизованою системою, або де потрібна гнучкість і швидка зміна виробничих задач. Коботи не розраховані на великі швидкості чи великі навантаження, однак ідеально підходять для точних, акуратних та повторюваних дій. Найчастіше їх використовують у таких операціях, як складання компонентів, пакування, сортування, контроль якості, обслуговування машин, а також у навчальних процесах.
Нижче наведено узагальнену характеристику поширених сфер застосування коботів (див. таблицю 1.2.1).
Таблиця 1.2.1. Основні сфери застосування колаборативних роботів
| Сфера застосування | Типові операції | Особливості використання |
|---|---|---|
| Виробництво та складання | Монтаж дрібних деталей, гвинтові операції, прецизійне позиціонування, робота з хрупкими компонентами | Підвищена точність і можливість ручного навчання шляхом переміщення руки робота |
| Логістика та пакування | Pick&Place, сортування, укладання у контейнери, етикетування | Швидка зміна партій продукції, адаптація без перепрограмування станків |
| Контроль якості та візуальний інспекційний контроль | Оптичний контроль, контроль геометрії, 3D-сканування, вимірювання | Плавні рухи, стабільність підходу до контрольованого об’єкта, інтеграція з камерами |
| Обслуговування обладнання (Machine Tending) | Завантаження/розвантаження ЧПК-верстатів, пресів, інспекційних станцій | Робота на відкритих верстатах поруч із оператором, відсутність необхідності в огорожах |
| Пайка та дрібні технологічні операції | Пайка електронних компонентів, нанесення клею, герметиків, дозування | Малі сили контактної взаємодії, повторювані траєкторії з високою точністю |
| Полірування та шліфування легких деталей | Фінішна обробка, полірування, матування поверхонь | Використання контролю сили, адаптивне ведення інструмента по поверхні |
| Навчальні та демонстраційні лабораторії | Навчальне програмування, демонстрація промислових процесів | Інтуїтивне керування, навчання через мобільний інтерфейс Codroid App |
| Медичні та біотехнологічні процеси | Дозування, маніпуляції з лабораторними контейнерами, допоміжні функції | Робота у стерильному середовищі, висока повторюваність при малих навантаженнях |
| Фармацевтика та мікровиробництво | Пакування ампул, флаконів, облік партій, сортування | Надійність і делікатність дотику, можливість безпечної співпраці з персоналом |
| Прототипування та R&D | Лабораторна автоматизація, тестування прототипів, маніпуляції з датчиками | Мобільність, мінімальна вимога до інфраструктури, швидка перенастройка |
| Сервісна робототехніка | Маніпуляції в демонстраційних зонах, робот-гіди, робот-бариста | Безпечність взаємодії у відкритих просторах, округлений дизайн корпусу |
| Харчова промисловість | Пакування продуктів, сортування, робота з готовими виробами | Санітарні вимоги, низькі сили контакту, відсутність іскроутворення |
| Мікроелектроніка | Укладання мікросхем, тестування плат, delicate-handling | Висока точність рухів і дбайливе маніпулювання малими компонентами |