1. ROZWÓJ ROBOTYKI

1.1. Rys historyczny rozwoju robotyki

1.2. Dane statystyczne ilustruj

ą

ce rozwój robotyki przemysłowej

Kraj/Lata

1984

1994

1999

2000

2001

2002

Japonia

67 000

377 025

402 200

389 442

361 232

350 169

USA

13 000

55 000

92 900

89 880

97 257

103 515

Niemcy

6 600

48 840

81 200

91 184

99 195

105 217

Włochy

2 600

21 976

35 000

39 238

43 911

46 881

Francja

bd

12 992

18 200

20 674

22 753

24 277

W. Brytania

2 432

9 275

11 500

12 344

13 411

13 651

Austria

176

2 217

3 000

3 046

3 153

3 521

Kraje Beneluxu

bd

3 600

7 800

8 211

8 590

8 674

Kraje b. ZSRR*

bd

4 000

10 000

5 000

5 000

5 000

Finlandia

177

1 295

2 300

2 647

2 927

3 023

Hiszpania

525

4 516

10 500

13 163

16 378

18 352

Szwecja

1 745

5 450

5 600

6 276

6 714

6 846

Australia

528

2 063

2 900

2 833

2 953

3 310

Korea (Rep. Płd)

bd

7 200

33 700

37 987

41 267

44 265

Singapur

121

3 950

5 300

5 370

5 458

5 346

Tajwan

248

3 297

6 400

6 942

7 319

7 491

Pozostałe kraje

778

11 369

13 500

16 335

18 501

19 706

Polska

bd

660

500

462

520

644

Razem

95 930

574 725

742 500

751 034

756 539

769 888

Tablica 1.1 Liczba zainstalowanych robotów w przemy

ś

le w wybranych krajach w latach 1984 - 2002

Tablica 1.2. Liczba zainstalowanych robotów w przemy

ś

le w wybranych krajach w latach 1984 –

2006 z prognoz

ą

na rok 2010

1173300

950974

922838

849603

574725

95930

Razem

2550

2377

660

bd

Polska

47000

17327

11557

7096

bd

bd

Chiny

19204

15464

11881

3297

248

Tajwan

5463

5443

3950

121

Singapur

94000

68420

61576

51302

7200

bd

Korea

5554

4938

4170

2063

528

Australia

8245

8028

7341

5450

1745

Szwecja

26008

24141

21893

4516

525

Hiszpania

4349

4159

3712

1295

177

Finlandia

10128

9362

8749

3600

bd

Kraje Beneluksu

4382

4148

3907

2217

176

Austria

13800

15082

14948

14176

9275

2432

W. Brytania

38800

32110

30236

28133

12992

bd

Francja

72000

60049

56198

53244

21976

2600

Włochy

147400

132594

126294

120544

48840

6600

Niemcy

200900

*)

150725

*)

139984

*)

123663

*)

55000

13000

USA

362900

351658

373481

356483

377025

67000

Japonia

2010

2006

2005

2004

1994

1984

Kraj/Lata

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

Japonia

Europa Zachodnia

Azja

Ameryka

Inne kraje

Europa Wschodnia

Rys. Liczba robotów zainstalowanych pod koniec 1999 roku w ró

ż

nych cz

ęś

ciach

ś

wiata

Rys. Procentowy udział robotów zainstalowanych w przemy

ś

le w Europie

19

21

8

10

42

Niemcy

Włochy

Francja

Hiszpania

Reszta

Rys. Procentowy udział robotów zainstalowanych w przemy

ś

le w Azji

5

3,5

4

14

73,5

Japonia

Korea

Tajwan

Chiny

Reszta

Niemcy

43%

Włochy

20%

Szwecja

3%

Hiszpania

10%

Benelux

2%

Anglia 5%

Finlandia
2%

Austria

1%

Dania 1%

Francja

13%

Rys. 1.2. Procentowy udział robotów zainstalowanych w przemy

ś

le krajów Unii Europejskiej

Rys.1.3. Liczby robotów instalowanych roczne w latach 1994-2002

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

Japonia

Europa

Pozostałe kraje

Tablica 1.3. Liczba nowych robotów przemysłowych instalowanych rocznie w przemy

ś

le w

latach 2000 – 2006 z prognoz

ą

na rok 2010

139300

112203

126669

97207

78107

Razem

7900

5770

4461

3493

bd

Chiny

4307

4096

3680

660

Tajwan

11800

10756

13005

5457

4080

Korea

772

913

652

270

Australia

865

939

833

859

Szwecja

2409

2709

2826

3584

Hiszpania

321

556

401

408

Finlandia

1459

1097

536

620

Kraje Beneluksu

498

485

545

330

Austria

800

1220

1363

785

1941

W. Brytania

3200

3071

3077

3009

3484

Francja

6400

6259

5425

5679

6373

Włochy

13000

11425

10075

13401

12524

Niemcy

23000

*)

17417

*)

21567

*)

15170

*)

10824

USA

42300

37393

50501

37086

28369

Japonia

2010

2006

2005

2004

2001

Kraj/Lata

Rys. Liczba zainstalowanych robotów przemysłowych w roku 2006

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

Azja

Europa

Ameryka

Afryka

Liczba nowych
instalacji

Rys. Liczba zainstalowanych corocznie nowych robotów na poszczególnych kontynentach

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

2000

2004

2005

2006

2010

Azja i Australia

Europa

Ameryka

0

2

4

6

8

10

12

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000

Lata

M

il

ia

rd

y

m

ar

ek

Rys.1.4. Nakłady na robotyk

ę

i automatyk

ę

w Niemczech

Tabela 3.3 Roczna warto

ść

robotów wyprodukowanych w Japonii (w milionach jenów)

z uwzgl

ę

dnieniem poszczególnych bran

ż

przemysłu w latach 2005-2007

5.3%

585060

5.1%

555714

528739

Razem

5.0%

373089

9.6%

355390

324276

Eksport

9.2%

18595

1.1%

17026

16840

Pozostałe branże

16.1%

14235

6.7%

12256

11488

Przemysł tworzyw sztucznych

16.6%

2455

-24.5%

2105

2788

Przemysł spożywczy,tytoniowy

-4.9%

46281

9.6%

48659

44398

części zamienne

7.0%

32310

-33.0%

30203

45060

pojazdy silnikowe

-0.3%

78591

-11.8%

78861

89458

Przemysł motoryzacyjny

10.9%

3140

9.8%

2832

2579

Przemysł precyzyjny i optyczny

-9.3%

15550

22.7%

17143

13971

pozostałe urządzenia elektroniczne

76.5%

17701

-24.8%

10028

13341

podzespoły elektroniczne

-0.9%

30201

11.3%

30488

27380

sprzęt telekomunikacyjny

19.5%

9201

-23.2%

7701

10024

przemysłowy sprzęt elektroniczny

5.8%

1540

34.8%

1455

1079

elektroniczny sprzęt powszechnego użytku

-3.2%

3748

107.1%

3871

1869

komputery

10.3%

77942

4.5%

70686

67664

Przemysł elektroniczny

7.8%

6371

21.0%

5911

4886

pozostałe maszyny

33.6%

1758

44.2%

1316

913

obrabiarki do metalu

-8.5%

2513

38.3%

2747

1986

maszyny budowlane

6.7%

10642

28.1%

9974

7785

Przemysł maszynowy

-3,2%

6372

12.3%

6585

5862

Przemysł metalowy

zmiana

2006-2007

2007

zmiana

2005-2006

2006

2005

Branże przemysłu

Tabela 3.4 Roczna warto

ść

robotów wyprodukowanych w Japonii (w milionach jenów) z

uwzgl

ę

dnieniem poszczególnych technologii wytwarzania w latach 2005-2007

5.3%

585060

5.1%

555714

528739

Razem

2.9%

27302

1.7%

26543

26107

Pozostałe technologie

96.0%

3

971.4%

75

7

pozostałe

66.8%

20429

44.5%

12245

8472

półprzewodniki

-25.1%

38420

-12.3%

51370

58550

LCD

-7.5%

58851

-5.0%

63690

67029

Pomieszczenia sterylne

26.7%

22404

-22.0%

17686

22670

Malowanie

15.7%

37905

-8.1%

32750

35626

Manipulowanie

-3.1%

1685

-20.9%

1739

2200

pozostałe

3.4%

263193

18.8%

254548

214321

montaż powierzchniowy SMT

2.5%

24362

14.1%

23768

20834

montaż główny

3.3%

289240

18.0%

280055

237355

Montaż

14.8%

191

32.5%

167

126

pozostałe

-13.4%

863

41.5%

996

704

szlifowanie

-36.4%

14

-40.5%

22

37

skrawanie

12.1%

11548

-1.1%

10297

10413

załadunek/rozładunek

9.9%

12616

1.8%

11481

11281

Obróbka skrawaniem

89.2%

123

-83.9%

65

403

pozostałe

-84.9%

43

20.8%

285

236

spawanie laserowe

10.0%

54864

-11.5%

49865

56351

zgrzewanie punktowe

9.3%

54209

1.8%

49574

48715

spawanie łukowe

9.5%

109239

-5.6%

99789

105706

Spawanie, zgrzewanie

15.9%

27503

3.3%

23721

22967

Przetwórstwo tworzyw sztucznych

zmiana 2006-2007

2007

zmiana 2005-2006

2006

2005

Technologia

Tabela 3.5 Roboty w polskim przemy

ś

le z uwzgl

ę

dnieniem bran

ż

w latach 2003-2005

2550

2377

1944

Razem

3

2

-

Wytwarzanie i zaopatrzenie w energię elektryczną, gaz, wodę

141

130

67

produkcja mebli

50

51

52

produkcja pozostałego sprzętu transportowego

1231

1162

1020

produkcja pojazdów samochodowych, przyczep i naczep

51

42

47

produkcja instrumentów medycznych, precyzyjnych i optycznych, zegarów i zegarków

72

89

66

produkcja sprzętu i urządzeń radiowych, telewizyjnych i telekomunikacyjnych

113

100

46

produkcja maszyn i aparatury elektrycznej gdzie indziej niesklasyfikowana

-

34

32

produkcja maszyn biurowych i komputerów

39

51

44

produkcja maszyn i urządzeń gdzie indziej niesklasyfikowana

138

78

82

produkcja metalowych wyrobów gotowych z wyłączeniem maszyn i urządzeń

52

46

37

produkcja metali

161

173

154

produkcja wyrobów z pozostałych surowców niemetalicznych

339

258

202

produkcja wyrobów gumowych i z tworzyw sztucznych

18

19

15

produkcja wyrobów chemicznych

1

1

1

działalność wydawnicza

17

15

2

produkcja masy włóknistej papieru oraz wyrobów z papieru

7

9

5

produkcja drewna i wyrobów z drewna

28

6

7

produkcja skór wyprawionych i wyrobów ze skór wyprawionych

13

11

7

produkcja odzieży i wyrobów futrzarskich

3

29

3

włókiennictwo

55

65

49

produkcja artykułów spożywczych i napojów

2540

2369

1938

Przetwórstwo przemysłowe

7

6

6

Górnictwo i kopalnictwo

2005

2004

2003

Branże

Rys. Liczba robotów przypadaj

ą

ca na 10 tysi

ę

cy miejsc pracy w przemy

ś

le

0

50

100

150

200

250

300

350

J

a

p

o

n

ia

K

o

re

a

N

ie

m

c

y

W

ło

c

h

y

S

z

w

e

c

ja

F

in

la

n

d

ia

U

S

A

F

ra

n

c

ja

H

is

z

p

a

n

ia

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Anglia

Szwecja

USA

Niemcy

Włochy

Japonia

Państwo

L

ic

z

b

a

r

o

b

o

tó

w

1993

1999

Rys. 1.5. Liczba robotów przypadaj

ą

ca w przemy

ś

le motoryzacyjnym na 10 000 pracowników

Rys. Liczba robotów przypadaj

ą

ca na 10 tysi

ę

cy miejsc pracy w przemy

ś

le motoryzacyjnym

0

500

1000

1500

2000

J

a

p

o

n

ia

W

ło

c

h

y

N

ie

m

c

y

F

ra

n

c

ja

H

is

z

p

a

n

ia

U

S

A

W

ie

lk

a

B

ry

ta

n

ia

S

z

w

e

c

ja

Rys. 1.6. Obszary zastosowania robotów przemysłowych w Niemczech w ró

ż

nych

procesach technologicznych

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

P

o

w

le

ka

ni

e

K

le

je

n

ie

Z

gr

ze

w

an

ie

p

u

nk

to

w

e

S

p

aw

an

ie

Ł

uk

ow

e

O

b

ró

bk

a

M

on

ta

ż

P

o

m

ia

r

i

ko

nt

ro

la

P

al

et

o

w

an

ie

P

ra

so

w

an

ie

O

d

le

w

an

ie

O

b

ró

bk

a

sk

ra

w

an

ie

m

M

an

ip

ul

ac

ja

P

o

st

ęp

i

s

zk

o

le

n

ia

P

o

zo

st

ał

e

te

ch

no

lo

gi

e

1.3. Czynniki stymuluj

ą

ce rozwój robotyki

Czynniki techniczne

•

post

ę

p w konstrukcji elementów automatyzacji (silniki wykonawcze)

oraz opanowanie metod masowej i taniej produkcji minikomputerów i

mikrokomputerów sprawił,

ż

e produkcja robotów stała si

ę

technicznie

mo

ż

liwa i ekonomicznie opłacalna,

•

wzrost

zapotrzebowania

w

ró

ż

nych

gał

ę

ziach

nowoczesnego

przemysłu

na

manipulowanie

przedmiotami

niemo

ż

liwymi

do

manipulowania r

ę

cznego ze wzgl

ę

du na zbyt wysok

ą

temperatur

ę

, du

żą

mas

ę

,

niedogodne

kształty,

promieniotwórczo

ść

,

obecno

ść

szkodliwych mediów (wyziewy pyłów, agresywnych cieczy i par), zbyt

wysokie czy niskie ci

ś

nienie, atmosfer

ę

pozbawion

ą

tlenu, itp.,

•

d

ąż

enie do zapewnienia wysokiej i jednolitej jako

ś

ci wyrobów

wynikaj

ą

cej ze zwi

ę

kszaj

ą

cej si

ę

konkurencji na rynkach zbytu.

Czynniki ekonomiczne

•

instalowanie kapitałochłonnych maszyn zmusza do maksymalnego ich

wykorzystania przy pracy ci

ą

głej przez cał

ą

dob

ę

, co jest praktycznie

mo

ż

liwe tylko przy obsłudze tych maszyn przez roboty,

•

wzrost kosztów pracy ludzkiej sprawiaj

ą

cy,

ż

e robot w wielu pracach

staje si

ę

operatorem ta

ń

szym ni

ż

człowiek,

•

mo

ż

liwo

ść

elastycznej automatyzacji produkcji cz

ę

sto zmieniaj

ą

cej si

ę

,

gdy

stosowanie

kosztownych

wyspecjalizowanych

automatów

produkcyjnych jest nieopłacalne,

•

zastosowanie robotów powoduje wzrost efektywno

ś

ci ekonomicznej i

skraca czas uruchomienia produkcji.

Czynniki społeczne

•

stale malej

ą

ca liczba kandydatów do wykonywania prac nudnych,

monotonnych i powtarzaj

ą

cych si

ę

, nie daj

ą

cych satysfakcji

emocjonalnej, lecz niestety niemo

ż

liwych do wyeliminowania w wielu

gał

ę

ziach przemysłu; brak ch

ę

tnych do wykonywania tego typu prac

jest spowodowany:

−

wzrostem

przeci

ę

tnego

poziomu

wykształcenia

społecze

ń

stw

przemysłowych,

−

malej

ą

c

ą

stop

ą

przyrostu naturalnego obserwowan

ą

w wielu

społecze

ń

stwach najbardziej uprzemysłowionych,

•

polityka pa

ń

stwa w zakresie uzupełniania siły roboczej; kontrastowy

przykład stanowiły tu Niemcy i Japonia - w pierwszym z tych pa

ń

stw

braki siły roboczej do wykonywania nieciekawej pracy uzupełniano

zatrudnianiem robotników z innych krajów, w drugim intensywnym

rozwojem robotyzacji,

• powszechne tendencje zwi

ę

kszania bezpiecze

ń

stwa pracy, tak np.

ustawodawstwo

pracy

wielu

pa

ń

stw,

zabraniaj

ą

ce

r

ę

cznego

manipulowania pod młotami pras, stało si

ę

powa

ż

nym bod

ź

cem

rozwoju produkcji robotów.

1.4. Zakres i problematyka badawcza robotyki

W robotyce jako nauce mo

ż

na wyró

ż

ni

ć

nast

ę

puj

ą

ce dziedziny:

•

robotyk

ę

teoretyczn

ą

(teoria robotów i manipulatorów),

•

robotyk

ę

ogóln

ą

(metody, aspekty ekonomiczne, socjalne, społeczne,

kształcenie, terminologia, rozwój i perspektywy przyszło

ś

ciowe).

Według kryterium zastosowa

ń

robotów mo

ż

na natomiast wyró

ż

ni

ć

nast

ę

puj

ą

ce działy robotyki [62]:

•

robotyka przemysłowa (zastosowanie robotów i manipulatorów w
przemy

ś

le

elektromaszynowym,

spo

ż

ywczym,

papierniczym,

szklarskim, w chemii, energetyce, górnictwie i innych),

•

robotyka maszyn krocz

ą

cych

(jedno-, dwu-, cztero-, sze

ś

cio-,

wielono

ż

nych, mieszanych kołowo-no

ż

nych, do realizacji funkcji

chodu, biegu, skoku, pełzania),

•

robotyka medyczna i rehabilitacyjna (manipulatory i roboty do celów
chirurgii, terapii, protetyki, rehabilitacji),

•

robotyka dziedzinowa (zastosowanie robotów w innych dziedzinach:
do prac podwodnych, w przestrzeni kosmicznej, na innych planetach,
do prac naukowych, do celów wojskowych, inspekcyjnych, walki z
po

ż

arami, katastrofami, w budownictwie, rolnictwie, transporcie,

usługach, administracji).

1.5. Prawa robotyki

Robotyka jako nauka charakteryzuje si

ę

pewnymi prawami. Pierwsze trzy prawa, zwane

kanonami robotyki, sformułował w latach pi

ęć

dziesi

ą

tych Isaac Asimov w powie

ś

ci “The Caves

of Steel”:

Pierwsze prawo robotyki:

Robot nie mo

ż

e ingerowa

ć

w działanie człowieka, oprócz tych działa

ń

, które szkodz

ą

człowiekowi.

Drugie prawo robotyki:

Robot musi by

ć

posłuszny rozkazom wydawanym przez człowieka, oprócz tych rozkazów, które

s

ą

sprzeczne z pierwszym prawem.

Trzecie prawo robotyki:

Robot musi chroni

ć

swoj

ą

egzystencj

ę

, oprócz tych przypadków, które s

ą

sprzeczne z

pierwszym lub drugim prawem.

Czwarte prawo robotyki (Campbella i Dilowa):

Robot musi ujawnia

ć

swoj

ą

natur

ę

robota. W szczególno

ś

ci robot nie mo

ż

e udawa

ć

człowieka.

Pi

ą

te prawo robotyki mo

ż

na sformułowa

ć

w nast

ę

puj

ą

co:

Im bogatsze jest wyposa

ż

enie robota w układy sensoryczne zapewniaj

ą

ce percepcj

ę

warunków

otoczenia, a w szczególno

ś

ci mo

ż

liwo

ś

ci autonomicznego okre

ś

lania działa

ń

przez jego układ

sterowania, tym - do pewnego dopuszczalnego stopnia - mo

ż

e by

ć

ubo

ż

sza, mniej zło

ż

ona jego

konstrukcja. Ten “dopuszczalny stopie

ń

” jest zale

ż

ny od celu, który został przed robotem

postawiony oraz od mo

ż

liwo

ś

ci zrealizowania przez robota celu.

Je

ś

li cele dwóch robotów koliduj

ą

ze sob

ą

, to najpierw powinna zosta

ć

zrealizowana

strategia tego robota, którego iloraz inteligencji jest ni

ż

szy

.