Роботизация становится более доступной и охватывает всё больше отраслей промышленности. Но по-прежнему есть операции, которые нельзя полностью автоматизировать. Например, ручные этапы сборки или проверка качества продукции. Но такие задачи тоже можно ускорить и сделать безопаснее. Для этого используют коллаборативных роботов. В статье объясняем, как устроено такое оборудование, на каких участках его можно внедрить и как подобрать подходящую модель.
Что такое коллаборативный робот
Основная философия коллаборативной робототехники
Коллаборативный робот, или кобот, — это вид промышленного робота, который может работать в одном пространстве с человеком и вместе с ним выполнять производственные операции.
Коботов внедряют, чтобы частично автоматизировать рабочие процессы и разгрузить персонал от рутинных или опасных задач.
Например, коллаборативные роботы могут помогать удерживать или перемещать детали, собирать и упаковывать заказы. А человек в это время выполняет более сложные этапы, где нужны внимательность и точность.
Чем кобот отличается от традиционного промышленного робота
Традиционные промышленные роботы запрограммированы выполнять определенные операции без участия человека. Это довольно крупное оборудование: вес таких роботов может достигать нескольких сотен килограммов. На предприятии для них выделяют специальное место, которое отгораживают от остального производства, так как из-за своих габаритов традиционные промышленные роботы представляют риск для человека.
Есть даже случаи гибели рабочих от «рук» больших промышленных роботов. Так, в 2023 году сотрудник распределительного центра в Южной Корее умер из-за того, что его зажало между роботом-манипулятором и конвейером, когда манипулятор ошибочно идентифицировал рабочего как коробку с продукцией.
Коллаборативных роботов задействуют в задачах, которые нельзя полностью автоматизировать. Такие роботы не могут работать автономно — только совместно с человеком. Они гораздо более компактные, чем традиционные промышленные роботы: средний вес кобота — 15–20 кг, а высота — около 1,5 м. Кроме того, коллаборативные роботы оснащены датчиками, которые отслеживают положение человека и не допускают, чтобы машина нанесла ему вред.
Таким образом, коботы занимают нишу между ручным трудом и полной автоматизацией. Они делают робототехнику доступной даже для небольших цехов и предприятий, где раньше внедрение роботов считалось слишком дорогим или сложным.
Как устроен кобот
Конструкцией коботы похожи на мини-версии традиционных промышленных роботов. У них есть манипуляторы с подвижными элементами, на конце которых крепится захват для деталей или другой инструмент. Движения манипулятора регулируются с помощью встроенных контроллеров.
Но помимо этого, у коботов есть дополнительные элементы, которые обеспечивают безопасную совместную работу техники и человека. Рассмотрим эти элементы.
Давайте знакомиться
Наш Telegram-канал — это живой блог, где пишет не только smm-специалист, а вся команда проекта. У постов есть авторы, и эти авторы будут рады вашим комментариям.
Датчики силы и момента: как робот «чувствует»
В шарниры кобота встроены датчики силы и момента. Они регистрируют нагрузку, которая возникает при движении манипулятора: вес детали, сопротивление материала, прикосновение руки человека.
Эти датчики позволяют роботу распознавать любые изменения в рабочей зоне и корректировать действия. Например, при завинчивании крепежа кобот остановится, когда винт достигает нужного момента затяжки, а при полировке детали будет поддерживать постоянное давление на поверхность.
Еще датчики помогают обучать робота: оператор может просто взять манипулятор рукой и показать движение — датчики зафиксируют усилие и сохранят его как цифровую команду.
Система безопасности для предотвращения травм
Безопасность — ключевое требование к коллаборативным роботам. В отличие от классических промышленных манипуляторов, которые могут быстро двигаться и прикладывать большое усилие, у коботов мощность и динамика движений ограничены.
Эти ограничения реализуются через контроллеры робота и встроенное программное обеспечение. Контроллеры следят за скоростью перемещения звеньев и за силой, которую робот прикладывает к объектам. Если значения параметров приближаются к потенциально опасным для человека, система автоматически снижает скорость или останавливает движение.
Благодаря этому кобот может находиться в одном пространстве с оператором без ограждений и не представляет угрозы для человека.
Четыре принципа безопасности коллаборативных роботов
В 2016 году Международная организация по стандартизации (International Organization for Standardization, ISO) разработала стандарт ISO/TS 15066. В нем сформулированы четыре принципа безопасности, которые должны соблюдаться при работе человека и коллаборативного робота в одном пространстве. Эти правила касаются конструкции коботов, алгоритмов управления и допустимых нагрузок.
Остановка при контакте с оператором
Если человек входит в рабочую зону кобота или касается манипулятора, робот останавливается. Движение возобновляется только после того, как датчики фиксируют, что рабочая зона снова свободна. Это позволяет оператору безопасно менять инструмент, проверять крепления или выполнять другие операции рядом с роботом.
Ручное управление роботом
Кобота можно перевести в режим, где им полностью управляет человек. Оператор берет манипулятор рукой или держит ручку управления и задает движение напрямую. Скорость в этом режиме ограничена, а робот выполняет только те команды, которые показывает оператор. Как только рука отпускает манипулятор, движение прекращается. Такой режим используют для обучения: робот «запоминает» показанную траекторию и потом может повторять ее автоматически.
Контроль скорости и расстояния
Коллаборативный робот постоянно оценивает расстояние до человека. Чем ближе оператор, тем более медленно он двигается. Если дистанция сокращается до минимальной, робот выключается. Безопасное расстояние определяют разработчики и интеграторы при настройке оборудования: они учитывают время реакции датчиков и тормозной путь робота. Благодаря этому кобот может работать без ограждений и всегда сохраняет безопасную дистанцию с человеком.
Ограничение мощности и силы
Коботы сконструированы так, чтобы их движения не могли создавать опасные ситуации даже при случайном контакте с человеком. В стандарте ISO/TS 15066 приведены результаты исследований: какое кратковременное воздействие человек может перенести на различных участках тела — пальцах, голове, плечах — без боли и травматизации. Эти значения используют производители, чтобы задать пределы скорости, массы и усилия робота. За счет этих ограничений любое касание кобота остается безопасным и не приводит к повреждениям.
Где используют коллаборативных роботов
Коллаборативная техника востребована на тех участках производства, где полностью заменить человека машиной невозможно или экономически невыгодно. Коботы берут на себя отдельные операции, снимают нагрузку с работников и повышают стабильность процессов. Основные сферы применения — сборка, упаковка и контроль качества.
Сборка
На сборочных линиях коботы помогают держать стабильный темп. Они могут закручивать крепеж с заданным моментом, ставить заклепки, удерживать детали при соединении узлов. Это снижает количество ошибок и облегчает работу с мелкими элементами.
При переходе на другую модификацию изделия робот быстро перенастраивается: оператор может вручную показать новую траекторию или изменить параметры через интерфейс.
Это особенно удобно для мелкосерийного и среднесерийного производства, где часто меняется номенклатура и нет смысла строить дорогую автоматизированную линию.
Упаковка и погрузка
В этой зоне коллаборативное оборудование берет на себя физически тяжелые операции: укладывает продукцию в коробки, формирует палеты, перемещает тару. Робот работает в одном ритме и всегда соблюдает заданную схему укладки, что критично для сохранности груза при хранении и транспортировке. Оператор в это время контролирует маркировку, меняет формат упаковки и разрешает нестандартные ситуации.
Благодаря такому распределению задач участок работает без задержек и с меньшими рисками повредить продукцию.
Контроль качества
Коботов часто устанавливают на участки контроля качества изделий, чтобы повысить точность проверок. Такие роботы применяются для измерения размеров, проверки усилия нажатия кнопок, тестов на герметичность и визуального осмотра поверхности. Машина фиксирует результаты, а оператор анализирует данные и принимает решение по каждой детали.
Человек может пропустить дефект из-за усталости или невнимательности, а робот проверяет одни и те же параметры одинаковым способом по заданному алгоритму. Это снижает риск, что бракованный продукт уйдет дальше в производство или к заказчику.
Преимущества и недостатки коботов
Как и у любой техники, у коллаборативных роботов есть сильные стороны и ограничения. Ниже — основные плюсы и минусы, которые важно учитывать перед внедрением коботов на производстве.
Преимущества
Основные плюсы коботов:
- Быстрая установка. Кобот компактный, для него не нужно специально выделенное место и ограждения. Такое устройство можно запустить без долгой подготовки и перепланировки помещения.
- Простая переналадка. Если меняется изделие или нужно выполнить другую операцию, кобот не требует сложного перепрограммирования. Оператор задает новые параметры через интерфейс или вручную показывает движение. Программы можно сохранять и переключать при необходимости.
- Снижение нагрузки на персонал. Кобот берет на себя тяжелые и однообразные действия — удерживает детали, завинчивает крепеж, переносит тару. Рабочие меньше устают и реже получают травмы.
- Экономическая эффективность. За счет простоты установки и настройки срок окупаемости кобота короче, чем у классических промышленных роботов. Это делает коботов доступными даже для небольших производств.
Ограничения
Среди недостатков коллаборативных роботов можно выделить следующие:
- Невысокая производительность. Коботы работают более медленно и рассчитаны на меньшие нагрузки, чем классические промышленные роботы. Поэтому на линиях с большим объемом продукции они будут неэффективны.
- Ограниченная грузоподъемность. Большинство моделей рассчитаны на детали до 20 кг, максимум — до 35 кг. Для тяжелых заготовок нужны другие решения.
- Чувствительность к организации процесса. Кобот действует строго по заданной программе. Если детали подаются хаотично или нарушен порядок операций, он не сможет продолжить работу сам — придется вмешиваться оператору, цикл затормозится.
Как выбрать кобота для производства
При выборе кобота необходимо учитывать его технические параметры и особенности моделей разных производителей. Это помогает подобрать решение с нужным набором функций и оптимальной ценой.
Критерии выбора
При выборе кобота в первую очередь смотрят на его технические характеристики. От них зависит, сможет ли робот выполнять задачи на конкретном участке. Обычно обращают внимание на три параметра:
- Грузоподъемность. Легкие модели поднимают 5–10 кг, более мощные — до 35 кг. Важно, чтобы робот уверенно работал с максимальным весом заготовки и имел небольшой запас по нагрузке.
- Радиус действия. Манипулятор должен дотягиваться до всех рабочих точек — стола, конвейера, тары. Если радиуса не хватает, на участке придется проводить перепланировку.
- Точность. При сборке электроники нужна микронная точность, при палетизации допустимы отклонения в несколько сантиметров. Чем выше точность, тем дороже робот. Если приобрести слишком точную модель для простой задачи, это приведет к переплате без ощутимой пользы.
Обзор ведущих производителей на рынке
Рынок коллаборативной робототехники сегодня довольно разнообразен. Тем не менее можно выделить несколько ведущих компаний, чьи модели чаще всего встречаются на заводах.
- Universal Robots (UR). Датская компания, один из пионеров серийного производства коботов. У них самая широкая линейка на рынке: модели грузоподъемностью от 3 до 20 кг и радиусом действия до 175 см. Роботы UR ценятся за простое обучение и интуитивный интерфейс.
- Fanuc. Японский производитель, известный сериями коботов CR и CRX. Эти коботы выдерживают до 35 кг и рассчитаны на работу в условиях высокой загрузки. Особенность Fanuc — долговечность. Лучше всего они совместимы с оборудованием той же марки.
- KUKA. Коботы этой немецкой компании отличаются высокой чувствительностью датчиков и точностью, поэтому их часто используют при сборке электроники и в лабораториях.
Будущее коллаборативной робототехники: тренды и перспективы
Производители коботов продолжают расширять их возможности. Новые модели оснащают системами машинного зрения и алгоритмами искусственного интеллекта. Еще одна заметная тенденция — активное внедрение коботов на небольших производствах, которым раньше робототехника была недоступна.
Интеграция с машинным зрением и искусственным интеллектом
До недавнего времени коботы могли работать только с идеально подготовленными деталями. Если заготовка лежала неровно или имела отклонения, робот «спотыкался» и требовал вмешательства человека. Машинное зрение позволяет распознавать форму, размеры и положение объекта, а также контролировать качество поверхности.
А благодаря интеграции искусственного интеллекта в ПО роботы учатся анализировать данные и самостоятельно корректировать траекторию движения и усилие. Это особенно важно на участках сборки и контроля качества, где детали могут немного различаться.
Рост интереса со стороны малого и среднего бизнеса
Автоматизация долгое время оставалась прерогативой крупных заводов, где массовый выпуск оправдывал вложения в роботизированные линии. Коботы изменили ситуацию: компактность, простая установка и короткий срок окупаемости делают их доступными для небольших предприятий.
Для малого и среднего бизнеса кобот становится решением сразу нескольких проблем. Он снимает часть физической нагрузки с работников, помогает стабилизировать качество и поддерживать выпуск при ограниченных кадровых ресурсах.
Именно в этом сегменте спрос на коботов сегодня растет быстрее всего.
Внедрение коботов — шаг к созданию более гибкого и безопасного производства. Они позволяют автоматизировать отдельные операции без масштабных вложений, снизить нагрузку на персонал и ускорить выпуск продукции. Но это не универсальное оборудование. Перед внедрением такого устройства важно оценить процессы и выбрать те задачи, где коллаборативный робот действительно оправдает себя. При таком подходе кобот станет инструментом для роста производительности. В противном случае он окажется избыточным решением и не даст ожидаемого эффекта.
