Cap 12.1 - Aplicatii Sr

Aplicaţii ale roboţilor pentru prestări de servicii

183

12 Aplicaţii ale roboţilor pentru prestări de servicii

12.1 Medicină În anii de puternică dezvoltare a roboţilor în industrie, utilizarea acestora în medicină a rămas mult în urmă, cu toate că în domeniul sănătăţii se utilizează aparaturi şi tehnici de diagnosticare de înalt nivel tehnic. În Tab 12.1 se prezintă primele dezvoltări, obţinute pe plan internaţional, de roboţi şi sisteme robotice din domeniul medicinii. Manipulatoarele şi roboţi destinaţi conducerii instrumentarului în intervenţiile chirurgicale moderne (Minimal Invasive Therapie, MIT-SUA), reprezintă o temă a numeroaselor proiecte de cercetare Roboţi şi sisteme robotice în domeniul medicinii Tab. 12.1 Domeniul Denumirea manipulatorului / robotului Dezvoltat de utilizare sau a sistemului robotizat în Diagnosticare • Detector cu ultrasunete manipulat automat Germania • Manipulator pasiv cu blocare comandată a axelor (PADYC) Franţa • Manipulator pasiv al Imperial College Centre for Robotics SUA • Manipulator pasiv utilizat pentru măsurători Germania • Manipulator în mai multe coordonate (MKM) Germania Chirurgie • Sistem robotizat pt. intervenţii neuro-chirurgicale (MINERVA) Elveţia • Sistem de sprijin pentru intervenţii ortopedice (ROBODOC) SUA • Telemanipulator pentru micro-chirurgie (LAPAROBOT) Anglia • Sistem robotizat pentru neurochirurgie Franţa • Manipulator cu 7 axe pentru chirurgie laparoscopică SUA • Roboţi pentru sprijinirea intervenţiei în cancerul de prostată Anglia 12.2.1 Manipulator comandat manual Situarea efectorului final al manipulatorului, ce deţine un instrumentar specializat, este realizată prin telecomandă. Instrumentele sunt conduse în zona de intervenţie chirurgicală manual sau prin comenzi manuale date motoarelor de acţionare. Atât prelevarea de imagini pentru diagnoză cât şi calibrarea, sunt asemănătoare celor deja prezentate. Manipulatorul cu mai mult coordonate – Mehrkoordinatenmanipulator, MKM al firmei Carl Zeiss din Jena, Fig. 12.1, este folosit în sprijinul intervenţiilor de neuro- şi microchirurgie. Datorită preciziei ridicate de situare, a suportului pentru instrumente şi a microscopului integrat, MKM este folosit la intervenţii bazate pe metode cu incizie minimală. Prototipul realizat a stârnit interesul medicilor şi din 1994 este un produs comercializat.

184

Aplicaţii ale roboţilor pentru prestări de servicii

Fig. 12.1 Manipulatorul MKM al firmei Carl Zeiss

Fig. 12.2 Sistemul robotizat MINERVA cu 7 grade de mobilitate

12.2.2 Manipulator comandat automat O caracteristică a manipulatoarelor cu comandă automată o constituie integrarea întregii activităţi, specifice intervenţiilor chirurgicale şi anume:  Diagnoză şi terapie;  Identificare poziţiei şi corelarea acţiunilor;  Pregătirea operaţiei şi exersarea ei; Câteva prototipuri au fost deja încercate la MIT – SUA şi anume: MINERVA, prezentat în Fig. 12.2, este un robot cu 7 grade de mobilitate, ce a fost dezvoltat pentru intervenţii neuro-chirurgicale, permiţând manipularea a diverse instrument de tipul:  Bisturiu pentru incizii pe piele şi ţesuturi;  Burghie pentru efectuarea de orificii în cutia craniană;  Cleşti pentru biopsie;  Instrumente pentru prelevări de ţesuturi; Capul pacientului este fixat într-un inel, după care urmează intervenţia cu ajutorul mică abatere (deviaţie), cum ar fi o apăsare asupra ţesutului, apar reacţii imediate. Din acest motiv precizia de situare a acestui robot este forte ridicată şi s-au impus măsuri ample de siguranţă pentru a se asigura funcţionarea fără greşeală a robotului. ROBODOC, este un robot care sprijină medicii în intervenţiile chirurgicale ortopedice, în special la implantarea de articulaţii ale şoldului (articulaţia coxo-femurală). În acest caz colul femural, care este o cavitatea sferică în care pătrunde capul femural, este frezat în osul coxal cu o freză profilată condusă pe traiectorie de robot. Cu ajutorul imagini scanate prin CT a osului femural al pacientului, în starea efectivă în care se află, se selectează dintr-o bază de date implantul de articulaţie potrivit. Datele corespunzătoare colului femural artificial sunt generate de calculator şi transmise sistemului de conducere al robotului. Pe osul coxal se fixează provizoriu trei marcaje de titan, care materializează punctele de referinţă, după care se ghidează scanerul tomografic. Robotul utilizat este un robot industrial modificat, care conduce freza şi printr-un senzor de forţă-moment transmite sistemului de conducere, suprasolicitările ce apar in procesul de frezare. După terminarea operaţiei de frezare, chirurgul introduce implantul de articulaţie, apoi îndepărtează marcajele şi închide operaţia. 12.2.3 Instalaţii de teleoperare Prin enormul progres realizat în domeniul mecatronicii, s-au extins metodele de terapie cu incizie minimală, care asigură o deschidere în utilizarea instalaţiilor de teleoperare. LAPAROBOT-ul (Armstrong Projects PLC - Anglia), Fig. 12.3, este utilizat la intervenţii chirurgicale, bazate pe mico-incizii, care permit introducere unui laparoscop (o tijă echipată cu o cameră de luat vederi şi o sursă luminoasă), ce este comandată sincron cu mişcarea capului chirurgului, imaginile captate fiind reproduse pe un monitor color convenţional. In prezent această activitate este efectuată prin corelarea mişcărilor a doi chirurgi. O variantă mai nouă constă în montarea monitorul pe acelaşi suport ataşat de capul chirurgului, astfel ca direcţia privirii să coincidă cu cea a captării imaginii şi să permită vizualizarea in spaţiul 3D.

Aplicaţii ale roboţilor pentru prestări de servicii

185

O propunere pentru a face mai eficientă intervenţiile cu incizie minimală are la bază manipulatoarele/roboţii master-slave utilizaţi în tehnica nucleară. In viitor experţii în intervenţii chirurgicale pot efectua operaţii de la distanţă. Există deja în practica curentă diagnosticarea de la distanţă pe baza imaginilor transmise. Aceeaşi reţea poate fi în principiu folosită şi pentru transmiterea comenzile de lucru către manipulatoarele-slave. O primă aplicaţie s-a efectuat în iulie 1993, a avut loc o intervenţie chirurgicală pe rinichi unui pacient aflat la Milano, iar chirurgul ce a condus operaţia era la San Francisco. 12.2.4 Îngrijirea pacienţilor şi alte servicii Aproape 40 % din timpul de lucru a personalului auxiliar este ocupat de diverse servicii de curierat, timp în care ei Fig. 12.3 LAPAROBOT nu se pot ocupa de îngrijirea pacienţilor. O mare parte din prestările de servicii ale personalului auxiliar: din farmacii, bucătării, spălătorii, laboratoare etc. se desfăşoară în spaţii separate, astfel că transportul mărfurilor în spital devine un factor de cost deloc de neglijat. In acest context automatizarea transportului: alimentelor, lenjeriei, medicamentelor, probelor pentru analize, rezultatelor analizelor, bolnavilor, corespondenţei etc. este o soluţie ce poate reda dimensiunea principală a activităţii personalului auxiliar şi anume ca majoritatea timpului să fie dedicată îngrijirii pacienţilor. 12.3 Reabilitare În toate ţările industrializate se manifestă o creştere accentuată a persoanelor de vârsta a treia, în schimb numărul personalului de îngrijire nu creşte în aceeaşi proporţie. Prin utilizarea sistemelor robotizate este posibilă înlocuirea acestui personal în activităţile de transport şi de manipulare şi utilizarea lui în activităţi de îngrijire şi în special de comunicare, aceste activităţi fiind trecute pe primul plan. În Tab. 12.2 se oferă o privire de ansamblu reprezentativă pe plan internaţional, pentru dezvoltarea de roboţi şi sisteme robotice în domeniul reabilitării. Roboţi şi sisteme robotice în domeniul reabilitării Domeniul de utilizare • Ajutor în manipulare Sprijinirea personalului de îngrijire Diverse

• • • • •

Denumirea manipulatorului / robotului sau a sistemului robotizat Manipulator pentru paralitici imobilizaţi în scaune cu rotile (INVENTAID) Robot antropomorf pentru handicapaţi (HANDY 1) Robot antropomorf pentru scaun cu rotile (MANUS) Robot mobil pentru transportul alimentelor, băuturii, cărţilor etc. comandat prin voce (VOICE-COMMAND 1) Sistem robotizat pentru sprijinirea paraliticilor Manipulator pentru sprijinirea bolnavilor

• Vehicul automat pentru conducerea nevăzătorilor (MELDOG) • Cordon senzitiv pentru nevăzători, folosit la recunoaşterea obiectelor (NAVBELT) • Cabine pentru spălare persoanelor handicapate

Aceste sisteme robotizate permit:  Recuperarea şi integrarea socială a unor oameni handicapaţi;  Un grad sporit de independenţă persoanelor handicapate (auto-îngrijire);

Tab. 12.2 Dezvoltat în Anglia SUA Olanda SUA SUA Japonia Japonia SUA Japonia

Aplicaţii ale roboţilor pentru prestări de servicii

186 

Vin în sprijinul personalului medical în activităţi care necesită un efort fizic mare;

12.3.1 Scaune cu rotile inteligente Dezvoltarea scaunelor cu rotile autonome face obiectul mai multor proiecte. Scopul utilizării acestor vehicule ghidate autonome este de a îmbunătăţii mobilitatea şi de a creşte independenţa persoanelor handicapate. Scaunele cu rotile existente solicită unele aptitudini şi un efort fizic apreciabil din partea utilizatorilor. Noile scaune cu rotile arată o tendinţă de dezvoltare în acest domeniu:  În 1994 se prezintă prototipul unui scaun cu rotile autonom [Wellman P.], capabil să navigheze în conformitate cu un program prestabilit, deplasându-se în camera dorită, pe baza selectării numărului acestei camere. Acest tip nou de scaun cu rotile a fost conceput pentru deplasări la domiciliu şi în/între birouri, cu acces şi la ascensor.  Navigarea scaunelor cu rotile autonome mobile, constituie o temă atractivă pentru colective de cercetare. De exemplu sistemul “NavChair”, aflat în stadiul de prototip, este destinat pentru deplasarea nevăzătorilor, pentru aceasta folosindu-se metoda histogramei vectorului de câmp pentru ocolirea obstacolelor.  Scaunul cu rotile autonom acţionat electric [Killmann R.], prezentat în 1993, pentru care sistemul – aflat în stadiul de prototip – obţine informaţiile de la traductoarele de monitorizarea turaţiei şi senzori video. Scaunul cu rotile va fi dezvoltat în viitor pentru medii neuniforme (nestructurate).  Prototipul unui scaun cu rotile cu 2 braţe mecanice/manipulatoare este o combi-naţie dintre un scaun pe rotile mobil şi o maşină păşitoare, care este astfel conceput încât să poate învinge obstacole mari, de exemplu să urce scările (Fig. 12.4), pentru a oferi o mai mare mobilitate utilizatorilor. Spre deosebire de scaunele cu rotile clasice, acesta poate fi utilizat şi pe alte suprafeţe decât cele plane. Manipulatoarele au un multiplu rol, ele pot fi folosite şi la ridicarea obiectelor sau la alte interacţiuni cu mediul înconjurător. 

12.3.2 Scaune cu rotile echipate cu roboţi Completarea unui scaun cu rotile cu un manipulator, lărgeşte posibilităţile de acţiune Fig.12.4 Scaun cu rotile echipat apersoanelor handicapate. Câteva exemple sunt pentru deplasarea pe trepte elocvente în acest sens:  Scopul unui grup de lucru englez (Inventaid Team) a fost dezvoltarea unui manipulator simplu şi ieftin – “INVENTAID “– pentru ajutorarea persoanelor paralizate şi imobilizate în scaunul cu rotile. Elementul central al acestui manipulator îl constituie un membrană /conductă, acţionată pneumatic, care conduce mişcările braţului. El este montat pe scaunul cu rotile la înălţimea şoldului pacientului. Manipulatorul este conceput modular şi poate fi completat cu un număr de grade de mobilitate suplimentare. Mişcarea braţului sau acţionarea efectorului final se poate realiza printr-un joystik, cu limba, sau prin respiraţie. Manipulatorul poate ridica obiecte având până la 12 kg, la o înălţime maximă de 1,20 m şi poate fi poziţionat cu o precizie de 0,5 mm.  “HANDY 1” este un robot antropomorf, care ajută persoanele handicapate să mănânce, să bea sau să efectuează alte activităţi de manipulare asemănătoare [Topping M.]. Utilizatorul foloseşte un panou de comandă cu senzori optici!, el putând controla şi viteza robotului. HANDY 1 are 5 grade de mobilitate, cântăreşte 15 kg, are o precizie de repetabilitate de 1,5 mm şi poate ridica 500g. 

Aplicaţii ale roboţilor pentru prestări de servicii

187

 “MANUS” este un produs comercial, Exact Dynamics - Olanda care vine în ajutorul persoanelor handicapate pentru efectuarea celor mai simple operaţii. Robotul are 7 grade de mobilitate (6 cuple motoare de rotaţie şi o cuplă motoare de translaţie de bază) şi ca efector final un dispozitiv de prehensiune. Robotul are o greutate de 20 kg şi poate susţine în poziţia de extensie maximă până la 2 kg sarcină utilă. Securitatea utilizatorilor este asigurată, pe lângă măsurile soft şi de cuplaje automate prin fricţiune, montate pe tamburi cablurilor de acţionare. MANUS poate fi fixat pe un scaun cu rotile pe partea dreaptă sau pe partea stângă, vezi Fig. 12.5.  Aparatul de comunicare “BASCO” a fost testat ca interfaţă de comunicare pentru utilizatorii lui MANUS. Oferă posibilitatea efectuării comenzilor opţional prin mişcarea capului, a bărbiei, a mâinii sau a degetelor.  “VOCE-COMMAND” a fost conceput pentru a ajuta persoanele de vârsta a treia sau handicapate. Sistemul este comandat prin voce şi este programat să aducă cărţi, băuturi, Fig.12.5 Scaun cu rotile echipat cu mâncare etc. Poate fi utilizat şi în aplicaţii un robot antropomorf tip MANUS industriale pentru a efectua sarcini de producţie [Miller R.]  “ZENIT 4000” constă dintr-un scaun cu rotile şi un robot MANUS, care oferă posibilitatea persoanelor handicapate de a efectua sarcini de manipulare uşoare la un post de lucru. 12.3.3 Manipulatoare pentru ridicarea/transportul pacienţilor La spital sau la domiciliu, pacienţilor li se schimbă des lenjeria de corp, sunt ajutaţi să îşi modifice poziţia în pat sau sunt transportaţi dintr-un loc în altul. Pentru a veni în ajutorul personalul medical în efectuarea acestor munci grele şi pentru a oferi pacienţilor o anumită mobilitate, s-au dezvoltat diverse proiecte de manipulatoare. Manipulatorul pentru sprijinirea pacienţilor a fost realizat de Sumitomo Electric – Japonia încă din anul 1985 şi este considerat un succes de piaţă. Pentru a ridica un pacient aparatul este fixat de pat. Trei suporţi în formă de talere, orientabile astfel încât să ofere o poziţie confortabilă culcat sau aşezat, sunt împinse între pacient şi pat. Manipulatorul are în total 15 grade de mobilitate, 9 pentru modelarea suprafeţei suporturilor şi 6 pentru înclinarea acestora, ceea ce îi oferă mari posibilităţi de mişcare. Trei tipuri de senzori supraveghează poziţia pacientului la ridicare şi în timpul transportului:  Senzori de temperatură sesizează radiaţia căldurii corpului pacientului şi permit stabilirea poziţiei lui în pat;  Senzori opto-electronici permit recunoaşterea înălţimii patului şi a formei suprafeţei suportului;  Senzori tactili bidimensionali, fixaţi pe partea superioară a suportului, sesizează poziţia pacientului pe suport (pat);  Transportul unui pacient cuprinde următoarele secvenţe:  Sesizarea înălţimii patului şi a marginilor sale;  Recunoaşterea poziţiei pacientului în pat;  Modelarea suprafeţei suportului;  Deplasarea suportului sub pacient;  Ridicarea pacientului  Înclinarea corespunzătoare a suporţilor pentru transferul pacientului;

Aplicaţii ale roboţilor pentru prestări de servicii

188

“Proiectul PAM”, conceput pe baza manipulatorului suport prezentat anterior, urmăreşte realizarea unui sistem parţial autonom, poată fi utilizat de personalul de îngrijire sau de pacientul însuşi (Fig. 12.6). S-a dovedit cu această ocazie că utilizarea unui total autonom se loveşte de o acceptanţă minimă partea pacienţilor. Prototipul acestui sistem a fost realizat în anul 1994.

care să sistem din

12.3.4 Centre de reabilitare Asemenea centre de reabilitare au ca şi piesă Fig. 12.6 Manipulator comandat centrală un robot specializat, care este montat pe un de pacient suport fix şi operează într-un mediu de lucru limitat, sau este mobil fiind integrat intr-un mediu de lucru structurat corespunzător, de regula asemănător unui mediu casnic. Primele încercări de a integra roboţii în astfel de medii, în scopuri de reabilitare, au început din anul 1977. Aplicaţiile vizate erau de complexitate redusă, ca de exemplu: deservirea unui telefon, a unei maşini de scris etc., comanda fiind asigurată de mişcarea gurii sau acţionarea unei manete/manşe. Handicapaţii care utilizau aceste sisteme erau nemulţumiţi de viteza de lucru mică, de dimensiunile mari ale echipamentelor, de necesitatea menţinerii lor sub observaţie continuă în timpul operării şi de dependenţa sistemului de un mediu de lucru structurat. 12.3.5 Protetică Protezele actuale ale membrele superioare şi inferioare sunt fie rigide, fie mobile prin intermediul unei articulaţii, cu revenire elastică. Pe lângă aspectul lor inestetic, acestea necesită eforturi mari pentru efectuarea unei mişcări.

Degetul arătător

Degetul mare înăuntru - afară

Degetul mare lateral

Al 3-lea, al 4-lea şi al 5-lea deget

Fig. 12.7 Schema cinematică a unei proteze pentru mână În Fig. 12.7 este descris principiul de funcţionare al unei proteze a mâinii. Contracţia respectiv deschiderea degetelor este comandată de electromiograme (EMG), prin terminale nervilor ce comandă muşchi mâinii. Apucarea sigură a unui obiect necesită o reacţie de forţă. Pentru reglarea /controlul forţei de strângere sau dezvoltat două metode:

Aplicaţii ale roboţilor pentru prestări de servicii

189

Proteza cedează în momentul atingerii forţei de strângere, suportul protezei reacţionând aşadar la orice deviaţie a protezei. Acest principiu (Extended Physiological Proception, EPP), a fost aplicată pentru testarea protezelor de braţ.  O reglare aproape naturală a forţei de strângere a mâinii se obţine cu ajutorul a doi senzori, care supraveghează poziţionarea şi presiunea corespunzătoare prindererii obiectului. Prin semnale EMG se coordonează componentele de poziţionare corespunzătoare (mişcarea de prindere cu ajutorul degetelor. Tehnica de antrenare a celor 4 degete şi a degetului mare este integrată în proteza mâinii. Primele teste pe pacienţi au condus la rezultate pozitive. În principiu modul de reglare a foţei la protezele de picior este acelaşi. Se urmăreşte minimizarea în continuare a greutăţii, mărimii şi a costului protezei (5.000 Euro). În cazul unei proteze complete (braţ şi mână) semnale mioelectrice sunt transformate în mişcări corespunzătoare ale unui braţ cu 7 grade de mobilitate. 

12.3.6 Alte aplicaţii MELDOG, prezentat în Fig. 12.8, a fost conceput în anul 1977 ca un vehicul pentru conducerea nevăzătorilor. Ca şi “câine electronic” el dispune de următoarele funcţii: 



Prin introducerea directă de către utilizator, sau pe baza programării prealabile a mediului în care operează, MELDOG poate conduce orbii în deplasarea lor. La detectarea obstacolelor MELDOG transmite un semnal utilizatorului, pentru a comanda ocolirea lui.

NAVBELT este o curea prevăzută cu diferiţi senzori, care este purtată de orbi în jurul mijlocului. Semnalele emise de prezenţa unui obstacol sunt transmise utilizatorului într-o mică cască fixată pe Astfel utilizatorul se poate orienta în spaţiu evitând obstacolele, fără a mai fi condus de un alt vehicul. Japan Medical Instruments a dezvoltat o specială pentru baie, cu ajutorul căreia persoanele vârstă sau bolnave, sunt capabile să îşi realizeze igiena corporală. Pacientul este dezechipat de asistente medicale şi introdus în vană. Apa şi săpunul sunt accesibile prin intermediul a 12 duze, îi permite accesarea lor pentru spălare.

cap. cabină în singure ceea ce

12.4 Construcţii La ora actuală, în întreaga lume, se află in diferite stadii de dezvoltare aplicaţii ale roboţilor în domeniul construcţiilor. Centrul de greutate al acestor Fig. 12.8 Robotul MELDOG în aplicaţii robotizate se află în Japonia. În Tab. 12.3 se sprijinul nevăzătorilor oferă o privire de ansamblu privind stadiul actual al roboţilor şi sistemelor robotice din toată lumea utilizaţi în construcţii. Dezvoltarea în construcţii este influenţată de situaţia pieţei. In acest domeniu doar marile întreprinderi sunt active pe plan internaţional. In Europa, în ultima perioadă, se face simţită o puternică presiune a concurenţei ţărilor membre ale Uniunii Europene cu un nivel de salarizare mai redus. La aceasta se adaugă concurenţa puternică a ţărilor cu nivele mai mari de salarizare şi cu tehnică avansată, cum ar fi de exemplu Japonia.

Aplicaţii ale roboţilor pentru prestări de servicii

190

Roboţi şi sisteme robotice în domeniul construcţiilor Domeniul De utilizare Construcţia de şosele Construcţia tunelelor

Întreţinerea faţadelor

Construcţii de suprafaţă

Denumirea manipulatorului / robotului sau a sistemului robotizat • Sistem automatizat de construcţie a şoselelor • Sistem automat de recondiţionare a fisurilor din plăcile de beton ale şoselelor • Robot pentru stropirea betonului pe pereţii tunelelor • Robot pentru automatizarea operaţiei de etanşare • Robot pentru cofraje glisante • Robot pentru fixarea cuvelajelor • Robot pentru inspectare faţadelor clădirilor înalte • Robot pentru spălarea faţadelor cu jeturi de apă de înaltă presiune • Robot pentru acoperirea unor suprafeţe mari (faţade, rezervoare) • Distribuitor mobil comandat prin calculator pentru turnarea stâlpilor (pilonilor) de beton • Distribuitor static comandat prin calculator pentru turnarea stâlpilor (pilonilor) de beton • Robot pentru nivelarea şi compactarea betonului turnat • Sistem automat pentru netezire suprafeţelor de beton turnat • Sistem semiautomat pentru aşezarea armăturilor de oţel • Robot zidar • Transportor autonom de sarcină mare pentru şantiere • Excavator automat

Construcţii subterane

• • • • • • • •

Excavator cu cupă cu repetarea automată a mişcărilor Excavator automat de capacitate mică Vagonet autonom Valţuri vibratoare autonome Robot pentru găurirea traverselor şinelor de cale ferată Robot pentru asanarea canalelor pentru conducte de apă Vehicul autonom pentru transportul materialelor pe şantiere Robot pentru finisarea interioarelor cu dale, plăci sau faianţă

Amenajări

• Sistem de manipulare pentru amplasarea /montarea planşeelor, uşilor sau pereţilor • Sistem semiautomat pentru protecţia prin stropirea cu materiale ignifuge • Robot pentru vopsirea faţadelor

Tab. 12.3 Dezvoltat în Japonia Franţa Germania SUA Japonia Japonia Japonia Japonia Japonia Anglia Japonia SUA Germania Japonia Japonia Suedia Japonia Japonia Anglia Germania Japonia Germania Japonia Polonia Germania Anglia Japonia Japonia Olanda Germania Japonia Finlanda Israel Japonia Japonia Japonia

Aplicaţii ale roboţilor pentru prestări de servicii

191

Antreprenorii din construcţii caută să facă faţă acestei situaţii, prin utilizarea de firme mici cu costuri mai reduse, în special din ţările est-europene. Din această posibilitate, de a pune un accent mai mare pe firmele mici ce lucrează mai ieftin, rezultă corespunzător eforturi mai scăzute, iar productivitatea va trebui să crească prin utilizarea de sistem robotizate. 12.4.1 Sisteme robotizate pentru construcţii Se acordă o importanţă deosebită zidirii, deoarece această activitate acoperă o mare parte a costurilor de ridicare a unei construcţii (cca. 14.6 %) şi este legată de o solicitare fizică mare din partea constructorilor. Astfel în cadrul proiectului ESPRIT III – ROCCO sau dezvoltat două sisteme automate de manipulare şi aşezare a cărămizilor, asemănătoare din punct de vedere al funcţiilor, al construcţiei şi al părţilor de sistem componente, constând în principiu dintr-o platformă mobilă purtătoare a unui robot. În faza de dezvoltare se mai găseşte şi o altă aplicaţie pentru realizarea unei construcţii, constând din separarea materialului de construcţie a zidului, tăierea lui la nevoie şi apoi zidirea pe baza unui plan de zidire generat automat. Pentru recondiţionarea îmbrăcăminţii asfaltice a străzilor, în cadrul proiectului ESPRIT III – ROAD ROBOT, este dezvoltat un sistem robotizat de recondiţionare automată a gropilor de pe carosabil. Pentru repararea/astuparea automată a golurilor din canale zidite de colectare a apelor uzate (Fig. 12 9), s-a dezvoltat un robot echipat cu un cap de frezare. Roboţii sunt compuşi din următoarele părţi principale: mecanism de păşire, robot având M=5 cu acţionare hidraulică, cap de forţă de frezare şi de aplicarea mortarului, dispozitiv de presare a materialului de construcţie, sistemul de senzori, staţia de alimentare cu energie electrică şi sistemul de conducere al robotului. Un alt exemplu îl constituie sistemul de construcţie integrat “T-Up” al firmei Taisei din Japonia, dezvoltat pentru construcţia de clădiri mari. Acest sistem se bazează pe realizarea în primă fază a “nucleului casei”, care conţine aşa numitul etaj final, care preia toate mecanismele de manipulare necesare. Etajul final se deplasează pe verticală, pas cu pas, în ritmul realizării construcţiei “la roşu”. În acelaşi timp roboţii execută lucrările specifice bazei clădirii. În Japonia au fost deja realizate primele clădiri utilizând aceste sisteme robotizate. În comparaţie cu Japonia, în ţările europene aceste sisteme robotizate sunt încă în primele faze de dezvoltare. Marele decalaj existent se explică prin faptul că Japonia are un număr mare de firme de construcţii, care dispune fiecare de un laborator propiu de cercetare, in care lucrează specialişti de diverse specializări, care caută noi metode de realizare a procesului de producţie. În lume se află în diferite faze de dezvoltare un număr mare de roboţi pentru construcţii. Numai în Japonia în anul 1990 erau în total 436 de roboţi de construcţie, care lucrau pe şantiere. Majoritatea acestor roboţi sunt destinaţi efectuării unor operaţii simple. Există însă preocupări şi pentru realizarea de sisteme integrate.

192

Aplicaţii ale roboţilor pentru prestări de servicii

De exemplu firma Takenaka – Japonia a realizat un sistem robotizat de betonare complet automatizat, care are următoarele funcţii: preluarea armăturilor, distribuirea automată a armăturilor pe orizontală, turnarea, nivelarea şi compactarea betonului cu un robot portal programat off-line, şlefuirea suprafeţei betonate utilizând un robot ce navighează pe suprafaţa programată.

Staţie de alimentare cu energie Staţie mobilă de supraveghere şi de deservire

Camera 1

Camera 2

Dispozitiv de Cărucior anexă de comandă presare

Pilon de sprijin 1

Pilon de sprijin 2

Fig. 12.9 Robot de reparare a canalelor zidite de colectare a apelor uzate 12.5 Relaţii cu publicul, Protecţia mediului înconjurător şiAgricultură Domeniul relaţiilor cu publicul, protecţiei mediului înconjurător şi al agriculturii deşi se caracterizează printr-un grad înalt de mecanizare al activităţilor, totuşi pe piaţă nu se oferă decât câteva aplicaţii robotizate specifice. Cele mai multe sisteme robotizate sunt realizate la nivel de modele experimentale sau de prototipuri, fiind utilizate în laboratoarele de cercetare. Tab. 12.4 ne oferă o privire de ansamblu asupra stadiului actual al roboţilor şi sistemelor robotice din acest domeniu. Numărul redus al sistemelor robotice în acest domeniu se explică prin mai mulţi factori:  În activităţile specifice din cadrul administraţiei publice locale, majoritatea prestatorilor de servicii nau fost obligaţi să ia măsuri de tehnicizare şi de raţionalizare a activităţii;  Întreprinderile mici şi mijlocii, predominante în rândul celor care oferă prestări de servicii, nu dispun, în majoritatea cazurilor, de capitalul necesar pentru o dezvoltare care să includă aplicaţii robotizate;  Protecţia mediului înconjurător şi-a câştigat doar în ultimii ani poziţia actuală, fiind însă un domeniu în plină ascensiune. Un număr mare de întrebări îşi găsesc însă răspunsul numai utilizând tehnologii noi, iar unele întrebări rămân fără răspuns până la apariţia unor idei novatoare;

Aplicaţii ale roboţilor pentru prestări de servicii

193

Agricultura oferă condiţii de utilizarea a sistemelor robotice de-a lungul întregului an calendaristic, numai în sectorul de creştere şi de întreţinere a animalelor. Pentru alte activităţi sistemele robotice nu sau dovedit rentabile. Pe de altă parte agricultura este tradiţional foarte mult mecanizată. Datorită mediului natural, nestructurat, s-au impus până în prezent doar sisteme parţial automatizate, de exemplu maşina de sădit pomi. Sistemul de sortare automată al deşeurilor biodegradabile a fost realizat de firma GEOSA. În principiu, o cameră de luat vederi urmăreşte materialele aflate pe o bandă transportoare, imaginile preluate fiind afişate 

Roboţi şi sisteme robotice în domeniul relaţiilor cu publicul, protecţiei mediului înconjurător şi al agriculturii Domeniul de utilizare • Relaţii cu publicul Protecţia mediului înconjurător

Agricultură

• • • • • • • • • • •

Denumirea manipulatorului / robotului sau a sistemului robotizat Sistem de manipulare mobil pentru aranjarea automată a cărţilor în biblioteci Vehicul automat pentru împrăştierea zăpezii de pe autostrăzi Sistem automat pentru siguranţa şantierelor Vehicul autonom pentru întreţinerea gazonului Vehicul echipat cu un braţ robotizat pentru golirea automată a containerelor de gunoi menajer (SIDEPRESS) Sistem robotizat de etanşare a bazei gropilor de depozitare a gunoaielor Sistem robotizat de sortare a gunoaielor în vederea reciclării Sistem robotizat de mulgere a vacilor (Produkt) Sistem robotizat de culegere a tomatelor Sistem robotizat de culegere a citricelor (CITRUS - EU176) Sistem robotizat de plantare a răsadurilor Sistem robotizat de tundere a oilor

• Robot de pescuit (HALIOS – EU 99) • AUTOFARM – EU 266 • Sistem robotizat de recoltare a trandafirilor

Tab. 12.4 Dezvoltat în Franţa Japonia Japonia Belgia Germania Germania Germania Olanda Italia C. E., Spania SUA Noua Zeelandă C.E., Spania C.E., Suedia C.E., Franţa

pe un ecran color cu o rezoluţie înaltă. Un utilizator marchează direct pe Touche-Screen cu degetul sau cu un creion, obiectele ce trebuie îndepărtate. Toate obiectele marcate vor fi vopsite de un robot, pentru a evita o dublă marcare. Situarea obiectului marcat este transmisă sistemului de comandă al unui robot, care va selecta acel obiect şi îl va depune/arunca într-un buncăr aflat lângă banda transportoare. Sistemul SIDEPRESS al firmei FAUN eurotec, constă într-un manipulator destinat preluării şi golirii automate a pubelelor de gunoi şi este dispus lateral pe un vehicul de colectare a deşeurilor menajere. Procesul complet, de oprire la punct fix şi de supraveghere a manipulării pubelei, este, în prezent, comandat manual de şofer din cabina vehiculului. Procesul de preluare, de golire a gunoiului menajer şi de depunere la loc a pubelei este complet automatizat. In acest timp şoferul urmăreşte pe două monitoare ceea ce se întâmplă atât afară cât şi în interiorul recipientului de colectare a gunoiului. Pe viitor se doreşte dezvoltarea sistemului de comandă. Sistemul este prezentat în Fig. 12.10. Robotul ARIADNE Fig. 12.11 a fost dezvoltat pentru întreţinerea curăţeniei pe suprafeţe mari.

194

Aplicaţii ale roboţilor pentru prestări de servicii

Fig. 12.10 Sistemul SIDEPRESS al firmei FAUN eurotec

Fig. 12.11 Robotul ARIADNE pentru curăţenie

Fig. 12.12 Robotul HelpMate al firmei TRC - SUA