Robotika je mlada tehnološka smer, ki se ukvarja z zasnovo, konstrukcijo, izdelavo in aplikacijo robotskih mehanizmov. Zajema tudi področja senzorike in razvoja računalniških sistemov za vodenje takšnih mehanizmov. V splošnem ločimo dve veji robotike: industrijsko in servisno. Že sami imeni nam povesta, da gre pri prvi za aplikacijo robotskih mehanizmov v industriji, kjer so monotone in ponovljive operacije nadomeščene z roboti, ki zaradi svoje natančnosti in hitrosti povečajo storilnost določene industrije. V primeru servisne robotike pa govorimo o mehanizmih, ki lajšajo naš vsakdanjik in pripomorejo k večji blaginji. K slednjim prištevamo mobilne robote, humanoidne robote, medicinske in rehabilitacijske robote, različne hobi sisteme, ne nazadnje tudi robotske čistilce in sesalnike.

Industrijska robotika

Zgodba o industrijski robotiki se je začela z mladima inovatorjema Georgeem Devolom in Josephom Engelbergerjem. Leta 1956 sta ustanovila podjetje Unimation in na podlagi Devolovega patenta, ki ga je prijavil dve leti prej, izdelala prvega industrijskega robota - Unimate. V šestdesetih letih prejšnjega stoletja, ko robotski trg še ni bil tako razvit, so robotski manipulatorji prej uživali sloves zabavne igrače kot česa res uporabnega. Unimation je skušal prebiti ta stereotip in dokazati, da je potencial industrijske uporabe takšnih robotskih manipulatorjev neskončen. Skupna pomanjkljivost takratnih robotov je bil hidravlični pogon, ki ga je bilo pri nižjih obremenitvah težko nadzirati, zato je posledično dosegal nižjo natančnost. Leta 1972 so se v švedskem podjetju Asea pod vodstvom Björna Weichbrodta odločili za razvoj robotskega mehanizma z električnim pogonskim sistemom. Prvi prototip IRB 6 (nosilnost robota je bila šest kilogramov) je bil prvi robot, krmiljen z Intelovim mikroračunalnikom, ki je omogočal premike v petih oseh. Leta 1974 je stekla serijska proizvodnja in podjetja so začela opažati prednosti avtomatizacije industrijskih procesov.

Danes, samo nekaj desetletij pozneje, si ne znamo predstavljati uspešne industrije brez nameščenih robotskih aplikacij. Po poročanju IFR (International Federation of Robotics) sta vodilni po uporabi industrijskih robotov avtomobilska in elektronska industrija. Navajajo tudi, da je po svetu ob koncu leta 2010 delovalo 1,200.000 robotskih enot v industriji. Po zbranih podatkih za leto 2011 pričakujejo močan porast robotskih aplikacij. Ocenjujejo, da bo 18-odstotna rast dosegla nov vrh - kar 139.300 prodanih enot v letu 2011. Zanimiv je tudi podatek, da trenutna gostota robotskih aplikacij v svetovni proizvodni industriji šteje štirideset delujočih robotov na deset tisoč delavcev.

Osnove robotike

Kaj sploh je robot? Robot je programirljiv, večnamenski mehanizem s tremi ali več stopnjami gibanja, namenjen premikanju in ravnanju z različnimi materiali, deli ali orodji. Programirljivost pomeni, da lahko robotu spremenimo potek njegovih gibov brez fizičnega kontakta z mehanizmom. Večnamenskost robotov se kaže v prilagoditvah fizičnih premikov, da zadoščajo raznovrstnim aplikacijam. Stopnje gibanja ali osi gibanja nam opišejo gibanje robotskega mehanizma. Premiki v oseh gibanja so lahko rotacijski (kot pri nihalu) ali linearni. Industrijski manipulatorji so večinoma 6-osni (lahko dosežejo katero koli točko s poljubno orientacijo) in so sestavljeni iz baze, roke in zapestja. Robotska roka poskrbi za pozicijo, zapestje pa za orientacijo orodja, ki je nameščeno na vrhu robota. Skupaj popolnoma določita lego orodja. Človeška roka (rama, komolec in zapestje) ima sedem osi gibanja. Čeprav za doseg katere koli točke potrebujemo zgolj tri, nam dodatne osi gibanja omogočajo različne orientacije dosega iste točke.

Proizvajalci in izvedbe

Motoman, oddelek za robotiko podjetja Yaskawa, je z 230 tisoč nameščenimi robotskimi enotami eden od vodilnih proizvajalcev v svetu. Motoman tako kot druga podjetja nudi široko ponudbo robotskih manipulatorjev za več vrst industrijskih dejavnosti, vključno z obločnim varjenjem, montažo, lakiranjem, doziranjem, rezanjem, posluževanjem materiala, pakiranjem, paletiranjem, ščetkanjem, poliranjem in točkovnim varjenjem. Med industrijskimi roboti izstopata predvsem 7-osni in 15-osni robot. Dodatna sedma os je nameščena na začetku kinematične verige (kot je rama pri roki) ter omogoča večjo fleksibilnost in boljšo dostopnost robotskega manipulatorja. Vsa napeljava za potrebe orodja je napeljana skozi robotsko ogrodje, da ne moti procesa. Yaskawa ponuja 7-osne robote z manjšo nosilnostjo (do tri kilograme) in večje z nosilnostjo do 50 kilogramov. Prepoznaven postaja tudi njihov 15-osni robot SDA10V, ki spominja na človeški trup z dvema rokama. Takšna konfiguracija omogoča robotu visoko prilagodljivost, močni pogonski motorji pa omogočajo hitro pospeševanje mehanizma. Petnajstosni robot lahko opravlja naloge montaže, strežbe strojem, pakiranja in ostala opravila, ki so bila prej rezervirana samo za ljudi. Robotski roki lahko delujeta ločeno ali sinhrono. Sinhrono delovanje se v splošnem uporablja pri opravilih z večjimi bremeni, saj ima vsaka roka nosilnost desetih kilogramov.

Tudi podjetje ABB (Asea Brown Boveri) s sedežem v Zürichu ima močne robotske korenine. V njihovih vrstah najdemo različne izvedbe industrijskih robotov. Njihov najmanjši model 6-osnega robota je IRB120. Z dosegom do 58 centimetrov, nosilnostjo do štiri kilograme in kompaktno izvedbo je uporaben v različnih vejah živilske proizvodnje, farmacije, elektronike in fotovoltaike.

Na trgu pa ne obstajajo zgolj serijski 6-osni robotski manipulatorji. Zaradi svoje hitrosti, natančnosti in praktične strukture se uveljavljajo tudi paralelni roboti. Paralelni roboti niso sestavljeni iz serije segmentov, ki so med seboj povezani s sklepi, temveč je njihov vrh nameščen kar na koncu treh togih segmentov, ki so na eni strani povezani z bazo, na drugi pa z vrhom robota. V bazi so rotacijski pogonski sistemi, ki paralelno krmilijo vrh robota prek togih segmentov. Enega takšnih robotov ponuja japonsko podjetje Fanuc, ki ima tudi močno tradicijo v Evropi. Model M-1iA je majhna izvedba paralelnega robota z nosilnostjo enega kilograma in dosegom 28 centimetrov. Posebnost M-1iA je njegovih šest osi gibanja. Takšnega robota lahko uporabimo v različnih »pick and place« operacijah.

Še ena zanimiva konfiguracija robotov je konfiguracija SCARA. Roboti v izvedbi SCARA imajo vse osi v sklepih postavljene vertikalno. Takšna konfiguracija nam omogoča veliko nosilnost, saj breme pod vplivom sile težnosti izravnava sama struktura robota, in ne njeni motorji. Robot je uporaben pri raznovrstnih opravilih sestavljanja in premikanja predmetov in ga odlikuje velika hitrost v sklepih. Za predstavnika konfiguracije SCARA sem izbral Epsonove modele E2, ki ob izjemni hitrosti omogočajo ponovljivost (natančnost) do 0.008 milimetra in nosilnost do 20 kilogramov. Najpogosteje se uporabljajo pri sestavi trdih diskov in drugih elektronskih komponent.

Moj mikro, Marec 2012 | Blaž Jakopin