ربات پوشیدنی ای ابداع شد که برای محافظت کارگران صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. پروفسور دکتر هانس ورنر هماهنگ کننده پروژه Robo-Mate در این باره توضیح می دهد.
با پیشرفت تکنولوژی در زمینه های مختلف صنعتی، حجم کاری روی کارگران کمتر از قبل شده است. هر کسی با خطوط تولید صنعتی بر اساس روبات مانند خطوط مونتاژ اتوموبیل آشنا است. در یک محوطه بزرگ، بدون اینکه انسانی حضور داشته باشد، یکی پس از دیگری محصولات تولید می شوند.
با وجود تمام پیشرفت های صورت گرفته در زمینه اتوماسیون، کماکان صنایع مختلفی هستند که امکان رباتیک کردن آنها وجود ندارد و کماکان نیاز به نیروی انسانی احساس می شود. این صنایع شامل خطوط تولید کوچک، تولیدات بر اساس سفارش مشتری و پیاده کردن محصولات مثلا در یک مرکز بازیافت خودرو می شوند. چنین کارهایی اغلب در محیط هایی غیر سازه ای انجام می شوند و ویژگی های خاص فردی نیاز است مانند ارتباط و هماهنگی خوب میان دست چشم و دیگر مهارت های اکتسابی.
از آنجا که این خطوط تولید به ندرت توسط ماشین کنترل می شوند، نیاز به تلاش فیزیکی و بدنی زیادی دارد و حجم کار زیادی به کارگران وارد می شود. اغلب در این مراکز کارگران با مشکلات عضلانی روبرو هستند که منجر به کاهش بهره وری و اعمال هزینه اضافی جهت درمان این عوارض می شود.
ماموریت پروزه تحقیقاتی Robo-Mate که از سپتامبر 2013 آغاز شد، به طور ویژه ساده سازی و خودکار کردن فعالیت های انجام شده توسط کارگران است. یک سیستم هوشمند دقت انسانی را با استقامت ماشینی ترکیب می کند تا به آن سطح مورد نیاز و فنی به شکل بهینه برسد. این امر مستلزم درک درست از آناتومی، هنر ها و مهارت های موتوری، پروسه های دریافت و پردازش اطلاعات می باشد.
محصولات پیشین
تحقیقات نشان داده است که 44 میلیون کارگر در قاره اروپا از نارسایی های عضلانی مرتبط با کار رنج می برند. این موضوع سالانه خسارتی بالغ بر 240 میلیارد یورو به اقتصاد اروپا وارد می کند. عوامل اصلی این بیماری ها شامل فشار فیزیکی کار، مانند برداشتن بار های سنگین می باشد. بیماری باعث کاهش بهره وری و افزایش هزینه تولید می شود و نه تنها به فرد و کارخانه صدمه می زند، بلکه این آسیب به کل جامعه سرایت خواهد کرد.
رویکرد های مختلفی برای افزایش بازدهی و بهره وری چنین صنایعی وجود دارد، از ربات های تمام اتومات صنعتی بگیرید تا سیستم های ساده تر ارتباطی بین انسان و ماشین.
سیستم هایی که ویژگی های ارگونومیک دارند نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند اما چنین ابزار هایی نمی توانند برای بلند کردن اجسام و بار های سنگین به کار روند.
نوع جدیدی از ربات که به کارگران در شرایط و کارهای سخت کمک می کند باید قابلیت تطبیق با شرایط را داشته باشد و کار با آن برای کاربر و اپراتور ساده باشد و فراتر از همه اینها برای هر موقعیتی بتواند به شکل امن مورد استفاده قرار بگیرد.
کمک های بین المللی
از سپتامبر 2013 کنسرسیوم اروپایی با 12 شریک از 7 کشور درگیر ساخت محصولی برای حل مشکلی که پیش تر بیان شد تشکیل گردید. شرکت کنندگان شاخصی از صنایع مختلف در زمینه تحقیق و توسعه دور هم جمع شدند.
نتیجه این کنسرسیوم منجر به ایده ساخت ماشینی شد که بتواند ترکیبی از توانایی های ماشین و انسان را همراه داشته باشد.
هدف این پروژه برداشتن بار از روی کارگران محیط های صنعتی، مخصوصات در صنایع اتوموبیل و مونتاژ بود. این پروژه سه ساله بودجه ای در حدود 5/4 میلیون یورو از برنامه تحقیق و توسعه اتحادیه اروپا (FP7) دریافت کرد.
ایجاد وسیله ای با بالاترین توانایی
در حالی که گروه های تحقیقاتی امروزه روی امکان هوش مصنوعی به عنوان کلید اصلی در ارتباط بین انسان و ربات تمرکز کردند، اما این پروژه هدفش فرق می کند. هدف در این پروژه با استفاده از محاسبات و الگوریتم به دست نمی آید، بنابراین انسان می تواند همانند یک انسان دیگر با ربات ارتباط برقرار کند. هدف این پروژه در واقع بهینه کردن توانایی های انسان و ماشین تا بالاترین حد ممکن است.
محققان می خواهند از قابلیت سیستم های فنی توسط سنسور ها استفاده کنند. کاربر باید در موقعیتی باشد که بتواند حرکات ربات را بدون اینکه نیاز به برنامه ریزی صریح داشته باشد کنترل کند و ربات نیز باید قادر باشد با استفاده از رابط مخصوص با فرد ارتباط برقرار کند. همانند انسان ها که به سادگی با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند، ربات ها نیز باید بتوانند با استفاده از رابط که قابل کنترل است با انسان ها ارتباط برقرار کنند.
در مطالعات قبلی انجام شده که توسط تیم تحقیقات مکاترونیک دانشگاه علوم کاربردی زوریخ (ZHAW) صورت گرفت نشان داده شد که این امکان وجود دارد، مثلا ربات هایی که به طور معمول در صنایع مورد استفاده قرار می گیرند و با سنسور نیرویی همراه شده اند. علاوه بر قابلیت بالا بردن بار و دقت در موقعیت یابی، این سنسور به ربات این امکان را می دهد تا به وسیله انگشت کوچک کاربر هدایت شود. در رویکرد جدید ربات و انسان به یک واحد تبدیل می شوند به این شکل که انسان ربات را می پوشد. در این سناریو، انسان ها و ربات ها به هم نزدیک تر می شوند.
کارگر عالی
این پروژه ممکن است شبیه فیلم های تخیلی باشد که انسان به کمک ماشین به ابر انسان تبدیل می شود.
برای صنعتی سازی و به واقعیت رساندن این ایده متخصصان علوم ایمنی و ارگونومی وارد پروژه شدند. در مرکز این پروژه این پرسش نهفته است که چگونه نیاز های فنی مختلف می تواند با نیاز های کاربر هماهنگ شود تا به این وسیله محصولی بتوان ساخت که کار فیزیکی را کاهش می دهد بدون این که بخواهد مشکلات جدیدی را ایجاد کند.
پروژه پیش رو شامل یک اسکلت مصنوعی است که به عنوان سازه کمکی بیرونی عمل می کند. اسکلت بیرونی انجام کارهای فیزیکی را ساده تر می کند و امنیت و بهره وری را نیز افزایش می دهد. بالا کشیدن بارهای سنگین، کار بر روی مقاطع با ارتفاع زیاد و سر هم کردن و از هم سوا کردن اجزای مختلف ساده تر می شود و استرس روی کارگر را کاهش می دهد.
سیستم های رباتیک مشابهی نیز در ارتش و مراحل بازسازی مورد استفاده قرار گرفتند، اما طراحی پیش رو به نظر می رسد انعطاف پذیر تر از سیستم های موجود باشد، بدین ترتیب یک محصول یکتا و یگانه برای پروسه های تولید در محیط های صنعتی ساخته می شود.
با قابلیت تطبیق ساده این محصول، این محصول پتانسیل خارق العاده ای برای به کارگیری دارد. این ربات می تواند برای مصارف لجستیکی در صنایع غذایی، هوانوردی، نساجی و اتوموبیل سازی مورد استفاده قرار بگیرد.
پوسته تحمل کننده بار
سیستم ربات از بدنه بالایی به شدت انعطاف پذیر و قابل حرکت تشکیل شده است. براکت های محافظت کننده برای محافظت عضله های پشتی متصل شده اند. برای سهولت حرکت کاربر، 20 درجه آزادی پیش بینی شده است، غیر از دست، سه تا در مفصل شانه به تنهایی و دو تا در هر کدام از کمر ها و آرنج ها. از آنجا که حداقل یک دنده برای هر کدام از این درجه های آزادی مورد نیاز است، پیشرفت دادن سیستم کاری چالش زاست.
دنده های مورد استفاده باید توانایی اجرای حرکات سریع مانند حرکات انسان را داشته باشند، اما در عین حال باید مقاومت و توان بسیار بالاتری نیز داشته باشند. برای جلوگیری از فشار آوردن بیش از حد به کاربر، مهندس باید از مواد بسیار عالی و آخرین تکنولوژی دنده ها در انتخاب دنده و اجزای ساختمانی استفاده کند.
بدنه پایینی عملیات محافظت و بالا کشیدن را انجام می دهد و بنابراین به دنده های به مراتب کمتری نیاز دارد. این به کاربر امکان حرکت آزادانه و انتقال وزن کل سیستم به زمین را می دهد، بنابراین بار های تا 35 کیلوگرم می تواند به راحتی بلند شود.
کاربر باید بتواند که این پوشش را که بین 6/1 تا 8/1 متر طول دارد، بپوشد. این قسمت نباید آزادی و یا حرکت کاربر را با محدودیت روبرو سازد. یک کابل ایمنی برای نگهداری حین عملیات لیفتینگ مورد استفاده قرار می گیرد.
یک کلاه ایمنی با صفحه نمایش داخلی طراحی شده است. این وسیله به کنترل هوشمند حمل مواد و اشیای خطرناک و سمی کمک می کند.
سنسور های هوشمند حرکات کاربر را تشخیص می دهد و تفسیر می کند تا بتواند عکس العمل مناسب موقعیت مورد نظر را انجام دهد.
پروژه پیش رو نواوری را به معرض نمایش می گذارد که پیش از این در پروژه های مشابه ندیده بودیم.
از تئوری تا عمل
اجزای مختلف این پروژه تحقیقاتی و اجرای آن کاری بسیار پیچیده برای اعضای تیم بود. همکاری نزدیک بین بخش های مختلف و صنعت یک امر حیاتی برای توسعه این سیستم و کاربرد آن می باشد. برای تضمین اینکه از این دستگاه و وسیله به طور عملی استفاده می شود، باید ملاحظات ارگونومیک و مکاترونیک زیادی مد نظر قرار بگیرد. به همین دلیل عمر پروژه به چند مراحل کاری مختلف تقسیم بندی شد.
بعد از اینکه ایده مشخص شد و سیستم ارگونومیک و فنی ایجاد شد، نمونه اولیه تمام زیر-سیستم ها مانند آرنج ها، پا ها، پشت و دست ها باید ایجاد شود.
موسسه مهندسی Fraunhofer(IAO) عملیات و کارکرد این لباس را در شرایط مختلف کاری شبیه سازی می کند. بر اساس نتایج این شبیه سازی، یک نمونه اولیه از سازه کامل ربات ساخته می شود. توسعه سیستم های مکاترونیک و کنترل ها در انستیتو تکنولوژی ایتالیا (IIT) و ZHAW انجام می شود.
در نهایت براورد سیستم و تست های آزمایشگاهی در ZHAW و یک مرکز تولید کننده موتور در ایتالیا انجام می شود. یک سناریوی کاری از صنعت موتور در آزمایشگاه ایجاد می شود. شرکای رومانیایی و فرانسوی پروژه در صنعت اتوموبیل سناریو هایی بر اساس سر هم کردن و مونتاژ ایجاد می کنند.
نتایج به دست آمده تحلیل، معتبر سازی و مستند می شود به این ترتیب داده های به دست آمده می تواند به عنوان نمونه و معیار برای طراحی های بعدی مورد استفاده قرار بگیرد. در طول پروژه سازمان هلندی تحقیقات علمی کاربردی (TNO) و دپارتمان تکنولوژی طراحی و تولید در دانشگاه Limerick نیز فعالیت های مربوط به ارگونومی محصول را انجام می دهند. این شرکا، در نهایت هدف اصلیشان این است که بتوانند این سیستم را در محیط کاری واقعی با پذیرش روبرو کنند.
یک شرکت مشاور آلمانی مسئول مسائل ایمنی پروژه است. بعد از تولید طراحی نهایی، مشاور مسئول اطمینان یافتن از این موضوع است که محصول مورد نظر منطبق و مطابق استاندارد های کشور است و می تواند در آن کشور به کار گرفته شود. برای صنعتی سازی هر چه سریع تر این محصول یک شرکت رباتیک سوییسی برای این پروژه به کار گرفته شده است. در نهایت متخصصان صنعتی حاضر در کنسرسیوم نتایج پروژه را جمع بندی می کنند.
تجمیع کارکردی با مکاترونیک
سیستم های مکاترونیکی نقشی اساسی در این پروژه بازی می کنند و اساس بهینه سازی پروسه ها را شکل می دهند. بدون تحقیق و همکاری در ناحیه مکانیک، انفورماتیک و الکترونیک، انجام پروژه ممکن نبود. دنده های سبک ولی قوی، ایده های کنترلی و تنظیمی جدید، سنسور هاف ابزار های ارتباطی، واحد های پردازش غیر مرکزی، سیستم تامین انرژی، اتصالات با چندین درجه آزادی و اجزای سازه ای سبک وزن باید به کار گرفته شوند. این امر تنها با به کار بستن ایده های مکاترونیک انجام می پذیرد.
پروژه Robo-Mate از تکنولوژی های جدید و موجود برای خلق یک محصول نوآورانه استفاده می کند. این پروژه راه را برای ساخت ماشین های انسانی-رباتی در آینده باز می کند.
برای این منظور، انعطاف پذیری و دقت انسانی باید با توان، دوام و دقت فنی ترکیب شوند.
نظرات کاربران