Ποιες είναι οι προκλήσεις στην ανάπτυξη ανθρωπόμορφων ρομπότ σε εργοστάσια;

Τα ανθρωπόμορφα ρομπότ προσελκύουν αυξανόμενο ενδιαφέρον από τους κατασκευαστές, επειδή η ανθρώπινη δομή του σώματός τους μπορεί να τους επιτρέψει να εργάζονται σε περιβάλλοντα που αρχικά σχεδιάστηκαν για ανθρώπους.

Ένα ανθρωπόμορφο ρομπότ μπορεί δυνητικά να περπατήσει σε υπάρχοντες χώρους εργοστασίων, να χρησιμοποιήσει εργαλεία, να χειριστεί αντικείμενα και να εκτελέσει εργασίες σχεδιασμένες γύρω από ανθρώπινους εργαζομένους.

Ωστόσο, η μετακίνηση ενός ανθρωπόμορφου ρομπότ από μια επίδειξη ή ένα πιλοτικό έργο σε συνεχή παραγωγή εργοστασίου είναι μια πολύ πιο περίπλοκη διαδικασία.

Η πρόκληση δεν είναι απλώς αν ένα ανθρωπόμορφο ρομπότ μπορεί να εκτελέσει μια εργασία μία φορά. Οι κατασκευαστές πρέπει επίσης να λάβουν υπόψη την αξιοπιστία, τον χρόνο κύκλου, την ασφάλεια, την ενσωμάτωση, τη συντήρηση, το κόστος και την καταλληλότητα της ίδιας της εργασίας.

1. Γιατί τα εργοστάσια ενδιαφέρονται για τα ανθρωπόμορφα ρομπότ;

Πολλά εργοστάσια χρησιμοποιούν ήδη βιομηχανικά ρομπότ για εξαιρετικά επαναλαμβανόμενες λειτουργίες.

Τα ανθρωπόμορφα ρομπότ προσελκύουν ενδιαφέρον επειδή έχουν σχεδιαστεί γύρω από μια διαφορετική έννοια: τη χρήση ενός ανθρώπινου σώματος για αλληλεπίδραση με περιβάλλοντα, εργαλεία, σταθμούς εργασίας και αντικείμενα που ήδη υπάρχουν.

Οι πιθανές εφαρμογές περιλαμβάνουν:

• Χειρισμός υλικών
• Εξυπηρέτηση μηχανών
• Λειτουργίες αποθήκης
• Επιθεώρηση
• Βοήθεια στη συναρμολόγηση
• Μεταφορά εξαρτημάτων
• Επαναλαμβανόμενες χειρωνακτικές εργασίες

Θεωρητικά, ένα ανθρωπόμορφο ρομπότ θα μπορούσε να εισαχθεί σε ένα υπάρχον περιβάλλον χωρίς να επανασχεδιαστεί πλήρως κάθε σταθμός εργασίας.

Στην πράξη, το επίπεδο συμβατότητας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη συγκεκριμένη εργασία και το ρομπότ.

2. Πρόκληση: Αξιοπιστία σε μεγάλους κύκλους παραγωγής

Ένα εργοστάσιο απαιτεί σταθερή απόδοση.

Ένα ρομπότ μπορεί να ολοκληρώσει επιτυχώς μια εργασία κατά τη διάρκεια μιας επίδειξης, αλλά ο εξοπλισμός παραγωγής μπορεί να χρειαστεί να λειτουργεί για πολλές ώρες κάθε μέρα.

Οι κατασκευαστές πρέπει επομένως να αξιολογήσουν:

• Συνεχής χρόνος λειτουργίας
• Ποσοστό αστοχίας
• Ανάκτηση από σφάλματα
• Μηχανική ανθεκτικότητα
• Απόδοση μπαταρίας
• Απαιτήσεις συντήρησης
• Σταθερότητα λογισμικού

Για βιομηχανική ανάπτυξη, το ερώτημα αλλάζει από:

Αυτή είναι μια από τις κύριες διαφορές μεταξύ μιας επίδειξης τεχνολογίας και ενός συστήματος αυτοματισμού παραγωγής.

3. Πρόκληση: Χρόνος κύκλου

Ο αυτοματισμός εργοστασίων συνήθως σχεδιάζεται γύρω από έναν καθορισμένο ρυθμό παραγωγής.

Ένα ανθρωπόμορφο ρομπότ μπορεί να είναι σε θέση να εκτελέσει μια χειρωνακτική εργασία, αλλά αυτό δεν σημαίνει αυτόματα ότι μπορεί να αντιστοιχίσει τον χρόνο κύκλου που απαιτείται από μια υπάρχουσα γραμμή παραγωγής.

Οι κατασκευαστές πρέπει να λάβουν υπόψη:

• Διάρκεια εργασίας
• Χρόνος περπατήματος
• Χρόνος χειρισμού αντικειμένων
• Χρόνος σύσφιξης
• Χρόνος ανάκτησης
• Αντικατάσταση ή φόρτιση μπαταρίας
• Αλληλεπίδραση με άλλο εξοπλισμό

Για εφαρμογές υψηλής επαναληψιμότητας και υψηλής ταχύτητας, τα συμβατικά βιομηχανικά ρομπότ μπορεί να παραμείνουν πιο κατάλληλα, επειδή έχουν σχεδιαστεί ειδικά για γρήγορη, επαναλαμβανόμενη κίνηση.

Τα ανθρωπόμορφα ρομπότ μπορεί να είναι πιο ενδιαφέροντα για εργασίες όπου η ευελιξία είναι πιο σημαντική από τη μέγιστη ταχύτητα.

4. Πρόκληση: Διαχείριση μπαταρίας και ενέργειας

Σε αντίθεση με τα σταθερά βιομηχανικά ρομπότ που μπορούν να λαμβάνουν συνεχή τροφοδοσία από ένα ηλεκτρικό σύστημα εργοστασίου, τα κινητά ανθρωπόμορφα ρομπότ μπορεί να βασίζονται σε μπαταρίες.

Αυτό εισάγει επιπλέον εκτιμήσεις.

Ο χρόνος λειτουργίας εξαρτάται από παράγοντες όπως:

• Περπάτημα
• Ωφέλιμο φορτίο
• Συχνότητα κίνησης
• Απαιτήσεις υπολογιστών
• Ενεργοποιητές
• Περιβαλλοντικές συνθήκες

Τα εργοστάσια πρέπει να καθορίσουν πώς θα φορτίζεται το ρομπότ ή πώς θα διαχειρίζονται οι μπαταρίες χωρίς να διαταράσσεται η παραγωγή.

Για ανάπτυξη μεγάλης κλίμακας, η υποδομή φόρτισης και τα χρονοδιαγράμματα λειτουργίας μπορούν να γίνουν μέρος του έργου αυτοματισμού.

5. Πρόκληση: Σύλληψη και επιδέξιος χειρισμός

Τα ανθρωπόμορφα ρομπότ αναμένεται να αλληλεπιδρούν με πολλά διαφορετικά αντικείμενα.

Αυτό καθιστά τα χέρια και τα τελικά εργαλεία του ρομπότ ιδιαίτερα σημαντικά.

Μια εργασία εργοστασίου μπορεί να απαιτεί από το ρομπότ να:

• Συλλέγει διαφορετικά αντικείμενα
• Κρατά εργαλεία
• Ανοίγει ή κλείνει εξαρτήματα
• Εισάγει μέρη
• Περιστρέφει αντικείμενα
• Χειρίζεται μικρά εξαρτήματα
• Εφαρμόζει ελεγχόμενη δύναμη

Ένας απλός βιομηχανικός αρπάγης μπορεί να είναι εξαιρετικά αποτελεσματικός όταν το προϊόν και η διαδικασία είναι τυποποιημένα.

Τα ανθρωπόμορφα ρομπότ μπορεί να απαιτούν πιο ευέλικτα χέρια ή επιδέξιες δυνατότητες χειρισμού όταν αντιμετωπίζουν αντικείμενα σχεδιασμένα για ανθρώπινα χέρια.

Αυτός είναι ένας λόγος για τον οποίο οι επιδέξια χέρια, η αίσθηση δύναμης, η απτική αίσθηση και ο προηγμένος έλεγχος γίνονται σημαντικοί τομείς στην ανθρωπόμορφη ρομποτική.

6. Πρόκληση: Ασφάλεια γύρω από ανθρώπους

Τα εργοστάσια συχνά περιέχουν εργαζομένους, κινούμενο εξοπλισμό, μεταφορικές ταινίες, περονοφόρα ανυψωτικά και άλλα ρομπότ.

Ένα ανθρωπόμορφο ρομπότ πρέπει να λειτουργεί με ασφάλεια σε αυτό το περιβάλλον.

Οι εκτιμήσεις ασφαλείας μπορεί να περιλαμβάνουν:

• Ανίχνευση σύγκρουσης
• Περιορισμός δύναμης
• Επείγουσα διακοπή
• Ασφαλής κίνηση
• Ανίχνευση εμποδίων
• Ανίχνευση ανθρώπων
• Παρακολούθηση χώρου εργασίας
• Αλληλεπίδραση με άλλο εξοπλισμό

Ο σχεδιασμός ασφαλείας εξαρτάται από το ρομπότ, την εφαρμογή, τη διάταξη του εργοστασίου και τους ισχύοντες κανονισμούς.

Ένα ανθρωπόμορφο ρομπότ σχεδιασμένο να εργάζεται κοντά σε ανθρώπους δεν μπορεί απλώς να αντιμετωπίζεται ως συμβατικό βιομηχανικό ρομπότ χωρίς να λαμβάνονται υπόψη οι συγκεκριμένοι κίνδυνοι της εφαρμογής.

7. Πρόκληση: Ενσωμάτωση με υπάρχοντα συστήματα εργοστασίου

Ένα ανθρωπόμορφο ρομπότ δεν λειτουργεί ανεξάρτητα από το εργοστάσιο.

Μπορεί να χρειαστεί να επικοινωνήσει με:

• PLC
• Βιομηχανικά ρομπότ
• Μηχανές εργαλείων
• Μεταφορικές ταινίες
• Αισθητήρες
• Συστήματα όρασης
• Συστήματα εκτέλεσης παραγωγής
• Συστήματα αποθήκης

Για παράδειγμα, εάν ένα ανθρωπόμορφο ρομπότ είναι υπεύθυνο για τη φόρτωση μιας μηχανής, το ρομπότ μπορεί να χρειαστεί να γνωρίζει πότε η μηχανή είναι έτοιμη, να αναγνωρίσει το απαιτούμενο εξάρτημα, να εκτελέσει τη λειτουργία χειρισμού και να επιβεβαιώσει την ολοκλήρωση.

Αυτό απαιτεί επικοινωνία μεταξύ του ρομπότ και του υπάρχοντος εξοπλισμού εργοστασίου.

Το φυσικό ρομπότ μπορεί να είναι εντυπωσιακό, αλλά η επιτυχής ανάπτυξη εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την περιβάλλουσα αρχιτεκτονική αυτοματισμού.

8. Πρόκληση: Εκπαίδευση και προσαρμογή εργασιών

Τα ανθρωπόμορφα ρομπότ συχνά συνδέονται με την Τεχνητή Νοημοσύνη και τον έλεγχο που βασίζεται στη μάθηση.

Ωστόσο, η εκπαίδευση ενός ρομπότ για ένα πραγματικό περιβάλλον εργοστασίου απαιτεί περισσότερα από την επίδειξη μιας εργασίας μία φορά.

Το σύστημα μπορεί να χρειαστεί να χειριστεί:

• Διαφορετικές θέσεις αντικειμένων
• Παραλλαγές προϊόντων
• Απρόσμενα εμπόδια
• Αλλαγές εργαλείων
• Ανθρώπινη αλληλεπίδραση
• Μικρές αλλαγές διαδικασίας
• Ανάκτηση μετά από αποτυχημένες λειτουργίες

Όσο πιο μεταβλητή είναι η εργασία, τόσο πιο σημαντική γίνεται η αντίληψη, τα μοντέλα ΤΝ, οι αισθητήρες και το λογισμικό ελέγχου.

Αυτό σημαίνει επίσης ότι οι κατασκευαστές πρέπει να εξετάσουν πόσο εύκολα μπορεί να επαναδιαμορφωθεί ένα ρομπότ όταν αλλάζουν οι απαιτήσεις παραγωγής.

9. Πρόκληση: Κόστος και Απόδοση Επένδυσης

Η τιμή αγοράς ενός ανθρωπόμορφου ρομπότ είναι μόνο ένα μέρος της επένδυσης.

Ένα εργοστάσιο μπορεί επίσης να χρειαστεί:

• Ενσωμάτωση
• Συστήματα όρασης
• Αρπάγες ή επιδέξια χέρια
• Εξοπλισμός ασφαλείας
• Υποδομή φόρτισης
• Λογισμικό
• Εκπαίδευση
• Συντήρηση
• Ανταλλακτικά

Η οικονομική αξιολόγηση θα πρέπει επομένως να λαμβάνει υπόψη το συνολικό κόστος ανάπτυξης.

Οι κατασκευαστές μπορεί να συγκρίνουν τα ανθρωπόμορφα ρομπότ με εναλλακτικές λύσεις, όπως βιομηχανικά ρομπότ, συνεργατικά ρομπότ, εξειδικευμένο εξοπλισμό αυτοματισμού ή ανθρώπινη εργασία.

Η πιο κατάλληλη επιλογή εξαρτάται από τη συγκεκριμένη εργασία, τον όγκο παραγωγής, τις απαιτήσεις ευελιξίας και τις συνθήκες λειτουργίας.

10. Ποιες εργασίες εργοστασίου είναι πιο κατάλληλες για ανθρωπόμορφα ρομπότ;

Τα ανθρωπόμορφα ρομπότ μπορεί να έχουν μεγαλύτερο δυναμικό σε εργασίες όπου η ευελιξία και η συμβατότητα ανθρώπου-περιβάλλοντος είναι σημαντικές.

Παραδείγματα μπορεί να περιλαμβάνουν:

• Μεταφορά υλικών
• Βασική εξυπηρέτηση μηχανών
• Χειρισμός αποθήκης
• Επαναλαμβανόμενος χειρωνακτικός χειρισμός
• Υποστήριξη επιθεώρησης
• Μεταφορά εξαρτημάτων
• Εργασίες που απαιτούν ανθρώπινη χειραγώγηση

Αντίθετα, εφαρμογές που απαιτούν εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα, πολύ υψηλό ωφέλιμο φορτίο ή εξαιρετικά επαναλαμβανόμενη σταθερή κίνηση μπορεί ήδη να εξυπηρετούνται καλά από τον συμβατικό βιομηχανικό αυτοματισμό.

Αυτό σημαίνει ότι τα ανθρωπόμορφα ρομπότ δεν πρέπει απαραίτητα να θεωρούνται αντικαταστάτες κάθε βιομηχανικού ρομπότ.

Διαφορετικοί τύποι ρομπότ μπορούν να εξυπηρετήσουν διαφορετικές απαιτήσεις παραγωγής.

11. Από πιλοτικό έργο σε παραγωγή

Μια πρακτική ανάπτυξη ανθρωπόμορφου ρομπότ μπορεί να χρειαστεί να προχωρήσει μέσα από διάφορα στάδια:

Επιλογή Εργασίας → Δοκιμή Εφικτότητας → Πιλοτική Ανάπτυξη → Ενσωμάτωση Συστήματος → Επικύρωση Παραγωγής → Κλιμάκωση

Κατά τη διάρκεια του πιλοτικού σταδίου, οι κατασκευαστές μπορούν να αξιολογήσουν εάν το ρομπότ μπορεί να εκτελέσει την απαιτούμενη εργασία.

Το επόμενο βήμα είναι ο προσδιορισμός εάν μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις παραγωγής για αξιοπιστία, χρόνο κύκλου, ασφάλεια και συντήρηση.

Μόνο αφού επικυρωθούν αυτοί οι παράγοντες, η ανάπτυξη μεγάλης κλίμακας γίνεται ρεαλιστική σκέψη.