česky english Vítejte, dnes je sobota 18. květen 2024

Robotická technika? Jde to i v neformálním prostředí

DPS 2/2024 | Články
Autor: Mark Patrick, Mouser Electronics
web_úvod.jpg

Řada různých technologií je na počátku vnímána jako hrozivá, nepřirozená, ničivá a někdy dokonce i nebezpečná. Časem však zevšední a stane se naprosto běžnou součástí každodenního života. V minulosti to byly např. motorová vozidla, letadla či mobilní telefony.

Dalším příkladem se stávají roboty. Dříve jsme je nacházeli výhradně ve vyhrazených prostorách, které byly z bezpečnostních důvodů střežené, ovšem nyní se s nimi stále častěji potkáváme i v místech, kde pracují a také žijí lidé. Komu by například vadily domácí roboty ve funkci vysavače nebo sekačky na trávu? Podobně již nemáme problém pracovat po boku průmyslových robotů při montáži nebo třeba balení a potěšit nás mohou i autonomní dopravní prostředky, ať již v továrnách, na farmách, či venku na ulici.

Roboty doma i v práci

Uvnitř a také okolo našich domovů jsou roboty nezbytné coby zařízení usnadňující práci, kdy vhodně podporují hektický životní styl. Pomohou s udržováním venkovních prostor, které by jinak zůstaly zanedbané, zatímco stroje v domácnosti, jako jsou vysavače, zase přispívají k čistějšímu a zdravějšímu prostředí. Obyvatelé zde mohou těžit z lepší hygieny a také omezeného výskytu prachu, včetně souvisejících nechtěných živočichů. V domácnosti však existují i další příležitosti k vývoji nových typů robotů, které zde dokážou pomoci.

V průmyslovém sektoru je zase kladen důraz na produktivitu, kdy v porovnání s lidmi těžíme z jejich typicky vyššího pracovního tempa či opakovatelnosti operací. Kolaborativní roboty (koboty) pak umožňují optimálně spojit známé přednosti robotů, pokud jde o zvedání těžkých předmětů, výdrž a také přesnost s lidskými dovednostmi – šikovností a schopností rozhodovat se.

Zatímco může kompletní automatizace posloupnosti operací vyžadovat složité programování nebo nákladné chapadlo či nástavec pro manipulaci, vyráběné na zakázku, kolektivní spolupráce robota s člověkem dokáže zajistit uspokojivé řešení rychleji a s nižšími náklady. Oba lze navíc snadno a s malými výdaji zapracovat i v dalších procesech, když je v podniku např. zapotřebí učinit změny.

Překračujeme bariéry

Když se již tedy neomezujeme pouze na vymezené prostory, vstupují roboty do neformálního prostředí, kde se také ujímají rostoucího počtu různých rolí, za což do určité míry vděčí též kladným reakcím. K tomu, aby lidé zůstali při představě soužití s roboty v pohodě, někdy přispívá i současná literatura, televizní pořady či filmy. A s tím, jak stále více domácností těží z výhod zmíněných robotů, začínají být přednosti, které zde nabízí, oceňovány a vyžadovány v ještě větší míře.

Majitele firem zase přesvědčí ekonomické výhody. Výrobci zařízení totiž přichází s rozmanitější nabídkou zahrnující malé a dokonce i stolní roboty či koboty. To již může vyhovět potřebám i rozpočtu společností zabývajících se výrobou elektroniky či kompletací lehkých dílů, potravinovou a textilní výrobou nebo např. logistikou.

Roboty už totiž nevnímáme pouze jako velké stroje do těžkého provozu, navržené pro obrovské firmy s rozlehlými závody. Pravda, takové typy robotů na scéně pořád zůstávají. Aplikace se však začínají různit a budou ještě rozmanitější.

Posun v technologiích

Na druhou stranu zde máme i zásadní technologický pokrok umožňující takové změny. Zahrnuje přitom nejnovější snímače pohybu, přiblížení a dotyku, detektory okolního prostředí, stejně jako 3D zobrazování, strojové vidění, radary nebo LIDARy, které zase umožňují analyzovat scénu a detekovat objekty.

Docela snadno přidáme i schopnost uvědomit si svou geografickou polohu, přičemž mobilitě nahrává též IP k preciznímu řízení motorů nebo robustní a efektivně pracující výkonové polovodiče, které jsou okamžitě k dispozici.

Zmíněné výchozí faktory jsou nezbytné k tomu, aby roboty dokázaly fungovat i v neformálních podmínkách, zůstaly mobilní i kolaborativní a neohrozily lidi okolo sebe. Klíčové rovněž bude jejich přiměřeně kompaktní provedení a rozumná cena.

Průmyslová čidla MEMS

U robotů, které mají pracovat bok po boku s lidmi, vývojáři často volí mikroelektromechanické senzory MEMS, takže mohou získat přehled o dění v širších souvislostech. Čidla MEMS jsou vyráběna na úrovni křemíkových waferů a s využitím procesů, které úzce souvisí s výrobou čipů. Prodeje takových snímačů rychle vzrostly kvůli jejich masovému nasazení v chytrých telefonech za účelem řízení uživatelského rozhraní, sledování aktivity či navigace uvnitř budov.

Drobné senzory pro povrchovou montáž s vlastním zpracováním signálu, jako jsou tříosé MEMS akcelerometry, magnetometry a gyroskopy, máme k dispozici v průmyslové třídě, kde zajišťují vysokou přesnost a mnohdy je dostaneme i s programem garantujícím jejich dlouhodobou dostupnost. Nabídka obvodů MEMS u výrobců rovněž zahrnuje prvky typu e-compass obsahující akcelerometr s magnetometrem a použitelné při navigaci nebo u služeb založených na poloze. Také zde máme struktury IMU (inertial measurement unit), třeba jako devítiosý modul IMU / AHRS FSM30x od CEVA, ve kterém se dle obr. 1 snoubí tříosý akcelerometr a stejně tak i gyroskop či magnetometr.

Obr. 1 Devítiosý modul IMU / AHRS FSM30x od CEVA (zdroj: Mouser Electronics)

Cenově dostupný radar

Pokročilá integrace, pokud jde o systémy na čipu, stála za miniaturními senzory – radary v pásmu milimetrových vln, které se tak staly dostupnými pro aplikace s důrazem na cenu. Zmíněné snímače pak způsobily rozruch v automobilovém průmyslu, když umožnily masové rozšíření systémů ADAS (advanced driver assistance system). Díky tomu, že nabídnou přesnou detekci předmětů, včetně jejich rychlosti či vzdálenosti, se budou hodit i v robotických aplikacích, jako jsou průmyslová AGV (autonomous guided vehicle), stejně jako roboty operující ve vzduchu nebo drony.

Přidejte vidění a zůstanete v bezpečí

V neformálním prostředí lze použít několik způsobů vizuální detekce a pomoci tak robotům, aby se pohybovaly bezpečně. Jedním z nich bude i technologie senzorů ToF (time-of-flight), které vysílají infračervené signály a následně analyzují odražené vlny, takže lze vytvářet zorné pole. Snímače ToF, jako jsou VL53L7CX od firmy STMicroelectronics (viz obr. 2), je možné využít k různým účelům, třeba při vícezónovém stanovení vzdáleností většího počtu předmětů a mapování scény ve 3D s přispěním postupů „point-cloud“. Pokud k dosažení širokého zorného pole využijeme několik zmíněných multizónových čidel, dokážou domácí roboty sledovat stěny, vyhnout se překážkám, zmapovat si místnost, poradit si s nástrahami typu schodů či říms a s vysokou přesností též i zaparkovat, zatímco se budou mezi úkoly dále dobíjet.

Obr. 2 Vícezónový detektor VL53L7CX s technologií ToF od STMicroelectronics pro měření vzdáleností (zdroj: Mouser Electronics)

Díky technologiím pro přesnou lokalizaci a také dostupným LIDARům dokážou vývojáři robotů zvážit a následně i skloubit několik různých metod pro zaměřování pozice a navádění. Zajistí přitom, že jejich roboty lidem neublíží a vyhnou se i případným kolizím s dalšími stroji.

Závěr

Pokud si roboty na základě snímačů přiblížení, pohybu či polohy uvědomují svou pozici, mohou se bez přehánění stát vnímavými. Zmíněné senzory nabízí výhody, jako je nízká spotřeba energie dosažená díky technologickému vývoji nebo hospodárnost, za kterou z části vděčí právě ušetřeným rozměrům. Domácí prostředí se proto může jejich přičiněním stát příjemnější, zatímco u aktivit v průmyslových podmínkách zase vzroste produktivita. Navíc zde nebude ohrožena ani bezpečnost lidí.

www.mouser.com