Robot humanoidalny – co naprawdę potrafi współczesny humanoid?

*Dane dotyczą standardowego R1; R1 AIR waży około 27 kg. Parametry mogą różnić się w zależności od konfiguracji.

Unitree R1 - dobry punkt wejścia w świat humanoidów

Unitree R1 jest najmniejszym z opisywanych przez nas humanoidów. Ma 123 cm wysokości, a standardowa wersja waży około 29 kg. R1 oferuje 26 stopni swobody, natomiast R1 EDU może mieć ich od 26 do 40 w zależności od konfiguracji. Producent deklaruje około godzinę działania na akumulatorze.

Co właściwie oznaczają stopnie swobody?

Najprościej mówiąc - informują, ile niezależnych osi ruchu posiada robot. Twoje ramię nie wykonuje jednego ruchu. Porusza się bark, łokieć, nadgarstek, a później palce. Robot potrzebuje odpowiednich napędów i przegubów, żeby wykonać podobną sekwencję. Dlatego większa liczba stopni swobody pozwala realizować bardziej złożone ruchy, ale jednocześnie zwiększa skomplikowanie sterowania.

R1 jest dla nas przede wszystkim ciekawą platformą do edukacji, badań nad sterowaniem i AI oraz demonstracji. Jeżeli dopiero zaczynasz projekt z humanoidem, jego niewielkie wymiary mogą być sporą zaletą.

Unitree G1 - kiedy chcesz naprawdę rozwijać robotykę

Unitree G1 ma około 132 cm wysokości i waży około 35 kg. Standardowy G1 posiada 23 stopnie swobody, a wariant G1 EDU – zależnie od konfiguracji - od 23 do 43. Duża różnica względem R1 pojawia się w percepcji. G1 wykorzystuje kamerę głębi i LiDAR 3D, dzięki którym może pozyskiwać informacje przestrzenne o otoczeniu.

Jego akumulator ma pojemność 9000 mAh, jest szybko wymienny, a deklarowany czas działania wynosi około dwóch godzin. Maksymalne obciążenie jednego ramienia wynosi około 2 kg w G1 i około 3 kg w G1 EDU, przy czym producent jasno zaznacza, że rzeczywista wartość mocno zależy od ułożenia ramienia.

G1 EDU umożliwia również dalszy rozwój platformy i zastosowanie dodatkowych jednostek obliczeniowych, w tym rozwiązań z rodziny NVIDIA Orin. Dla nas to właśnie G1 jest jednym z najciekawszych punktów pomiędzy kompaktowym humanoidem edukacyjnym a dużą platformą przeznaczoną do pracy w przestrzeni człowieka.

Unitree H2 - pełnowymiarowy robot humanoidalny

Unitree H2 ma 182 cm wysokości i waży około 70 kg. To już wymiary bardzo zbliżone do dorosłego człowieka.

Robot posiada 31 stopni swobody: po 6 dla każdej nogi, po 7 dla każdego ramienia, 3 dla tułowia i 2 dla głowy. Maksymalny moment obrotowy najmocniejszego stawu nogi sięga 360 N·m, a ramienia 120 N·m. Nominalny udźwig ramienia producent określa na około 7 kg, a chwilowy na około 15 kg. Akumulator ma pojemność 15 Ah, czyli 0,972 kWh, a deklarowany czas pracy wynosi około 3 godzin.

To już platforma, która nie tylko wygląda jak człowiek, ale ma również odpowiedni zasięg pracy i siłę do bardziej wymagających eksperymentów z manipulacją. Warto jednak zwrócić uwagę na konfigurację. Standardowy H2 nie jest automatycznie wyposażony w zręczne dłonie – producent przewiduje dodatkowe manipulatory m.in. dla wariantów EDU.

10 zastosowań robota humanoidalnego w fabryce

Najważniejsze pytanie nie brzmi jednak: „ile robot ma stopni swobody?”, ale co możesz z nimi zrobić?

1. Pick & place - pobieranie i odkładanie elementów

Człowiek bierze przedmiot ze stołu praktycznie bez zastanowienia. Robot musi najpierw wykryć obiekt, określić jego pozycję, zaplanować trajektorię ramienia, dobrać sposób chwytu, podnieść element i bezpiecznie go odłożyć.

Humanoidy mogą być rozwijane właśnie w tym kierunku, szczególnie w połączeniu z systemem wizyjnym i odpowiednim manipulatorem.

Nie oznacza to jednak, że dowolny przedmiot będzie prawidłowo podnoszony bez wcześniejszej konfiguracji. Rodzaj chwytaka, geometria obiektu i sposób jego ułożenia mają ogromne znaczenie.

2. Sortowanie produktów i komponentów

System wizyjny może identyfikować przedmioty według kształtu, koloru, rozmiaru, położenia czy klasy produktu, a robot może później przenosić je do odpowiednich miejsc.

Przemysłowy H2-D jest przez Unitree bezpośrednio przedstawiany jako platforma m.in. do szybkiego sortowania, automatyzacji i magazynowania.

3. Obsługa maszyn

Jednym z najciekawszych scenariuszy jest machine tending, czyli obsługa innych maszyn.

Robot może zostać przygotowany do otwierania osłony, pobierania gotowego elementu, wkładania nowego półproduktu czy obsługi prostego panelu. Dlaczego humanoid jest tutaj interesujący? Ponieważ maszyna została już zaprojektowana dla człowieka.

Nie musisz więc od początku tworzyć całego stanowiska pod klasyczne ramię przemysłowe. Nie traktuj tego jednak jak funkcji plug&play. Konieczne są programowanie, integracja z maszyną, procedury bezpieczeństwa i dokładne przetestowanie procesu.

4. Kompletowanie zestawów

Śruba, podkładka, przewód, uszczelka i element obudowy - przed montażem ktoś często musi przygotować określony zestaw komponentów.

Dla człowieka jest to proste, ale przy tysiącach powtórzeń bardzo monotonne.

Robot z systemem wizyjnym i odpowiednim chwytakiem może zostać przygotowany do pobierania różnych elementów i tworzenia zestawów produkcyjnych.

5. Transport elementów pomiędzy stanowiskami

Klasyczne ramię przemysłowe ma jedną podstawową wadę: pracuje tam, gdzie zostało zamontowane.

Mobilny humanoid może zmieniać stanowisko.

Jeszcze dalej idzie Unitree H2-D, czyli platforma z dwoma siedmioosiowymi ramionami i mobilną podstawą. Wariant mobilny może poruszać się z prędkością do 1,5 m/s, obracać w miejscu i pracować w przestrzeni rozciągającej się od poziomu podłogi do około 2 metrów. Nominalny udźwig pojedynczego ramienia wynosi około 7 kg.

6. Kontrola jakości

Kamery robota mogą zostać wykorzystane jako część mobilnego systemu wizyjnego. Robot może podchodzić do produktu i obserwować go z kilku stron zamiast wymagać montażu osobnego zestawu kamer przy każdym punkcie inspekcji.

Po zastosowaniu odpowiedniego modelu wizyjnego podobny system może być rozwijany np. do wykrywania brakujących komponentów, widocznych uszkodzeń czy kontroli stosowania określonych elementów wyposażenia ochronnego.

Kluczowe słowo brzmi jednak: rozwijany. Sam zakup humanoida nie daje automatycznie gotowego systemu kontroli jakości czy BHP.

7. Pobieranie rzeczy z różnych wysokości

Pudełko może leżeć na podłodze, część na stole, a następny komponent na wysokim regale.

Dla człowieka to normalne środowisko pracy. Dla klasycznej automatyki – znacznie trudniejsza przestrzeń. H2-D pokazuje tu ciekawy kierunek. Regulowana wysokość korpusu i zakres pochylenia do 115° pozwalają rozszerzyć przestrzeń roboczą od podłogi do około 2 m.

8. Przyciski, uchwyty, drzwi i proste narzędzia

Panele operatorskie, klamki czy uchwyty zostały zaprojektowane dla dłoni człowieka.

Humanoid posiadający odpowiednio ruchome ramię oraz właściwy efektor końcowy może być przygotowany do korzystania z takiej infrastruktury bez jej całkowitej przebudowy. I właśnie tutaj humanoidalna budowa zaczyna mieć realną przewagę nad wieloma innymi typami robotów.

9. Monotonne i powtarzalne operacje

Najbardziej wartościowym robotem w fabryce nie zawsze jest ten, który potrafi zrobić salto.

Znacznie ważniejszy może być robot, który tysięczny raz poprawnie przełoży ten sam element z pojemnika do uchwytu.

To właśnie powtarzalne i dobrze zdefiniowane procesy są naszym zdaniem jednym z najlepszych miejsc do rozpoczynania wdrożenia humanoida. Możesz łatwo określić prawidłowy rezultat zadania i wykryć błąd.

10. Nauka nowych czynności i embodied AI

To prawdopodobnie najważniejszy kierunek rozwoju całej branży.

G1 jest rozwijany z wykorzystaniem imitation learning i reinforcement learning, czyli odpowiednio uczenia przez demonstrację i uczenia przez wzmacnianie. Jeszcze lepiej pokazuje to G1-D. Unitree buduje wokół tej platformy proces obejmujący zbieranie danych, trening, symulację i późniejsze wdrażanie modelu na robocie.

W uproszczeniu oznacza to, że zamiast ręcznie definiować każdy centymetr trajektorii ruchu, możemy zbierać przykłady prawidłowego wykonania czynności i na ich podstawie trenować model. To ogromna zmiana w porównaniu z klasyczną automatyką.

Nie oznacza jednak, że wystarczy raz pokazać robotowi zadanie i od tej chwili będzie wykonywał je bezbłędnie. Nadal potrzebujesz danych, treningu, testów i kontroli zachowania w sytuacjach nietypowych.

Co robot widzi i skąd wie, gdzie znajduje się przedmiot?

Mechanika jest tylko połową problemu.

Robot musi jeszcze rozumieć otoczenie. G1 wykorzystuje kamerę głębi i LiDAR 3D. H2 korzysta z szerokokątnej kamery binokularnej, a bardziej przemysłowy H2-D łączy obraz z LiDAR-em, czujnikami ultradźwiękowymi, informacją o sile i systemem interakcji głosowej.

Możesz potraktować te elementy jako odpowiedniki ludzkich zmysłów:

• kamera – pozwala obserwować otoczenie i identyfikować obiekty,
• LiDAR – mierzy geometrię przestrzeni i odległości,
• enkodery – informują robota o położeniu jego własnych przegubów,
• czujniki siły – pozwalają kontrolować kontakt z przedmiotami,
• IMU – dostarcza informacji potrzebnych m.in. do kontroli orientacji i ruchu.

Dopiero połączenie percepcji, sterowania ruchem i odpowiedniego modelu decyzyjnego pozwala wykonać coś, co dla człowieka wygląda banalnie: zobaczyć pudełko, podejść do niego i je podnieść.

Największe ograniczenia współczesnych humanoidów

Tutaj warto zejść na ziemię.

Czas działania nadal jest ograniczony

Około godziny dla R1, dwóch godzin dla G1 czy trzech dla H2 to nadal znacznie mniej niż pełna zmiana produkcyjna. Wymienne akumulatory pomagają, ale infrastruktura ładowania i sposób organizacji pracy nadal mają znaczenie.

Manipulacja jest trudniejsza niż chodzenie

Efektowny film z biegnącym humanoidem pokazuje możliwości kontroli ruchu, ale produkcja często stawia jeszcze trudniejsze wymagania.

Złapanie cienkiego przewodu, włożenie elementu w ciasne gniazdo czy manipulowanie deformowalnym materiałem może wymagać bardzo dobrej percepcji, precyzyjnych dłoni i odpowiedniego modelu sterowania.

Humanoid nie jest gotowym pracownikiem

Kupujesz platformę, a nie wyszkolonego operatora.

Musisz określić proces, dobrać manipulator, przygotować oprogramowanie, nauczyć robota zachowania i zintegrować go z otoczeniem.

Bezpieczeństwo trzeba projektować od początku

70-kilogramowy robot z przegubami generującymi setki niutonometrów momentu nie jest zabawką.

Sam Unitree podkreśla konieczność zachowania odpowiedniego dystansu i ostrożności przy użytkowaniu humanoidów. Producent zaznacza również, że branża znajduje się nadal na stosunkowo wczesnym etapie, a część prezentowanych funkcji jest w fazie rozwoju lub testów.

I właśnie dlatego w zastosowaniach profesjonalnych wolimy zacząć od pytania „jaki proces chcesz wykonać?”, zamiast „który robot wygląda najlepiej?”.

Robot humanoidalny – plusy i minusy

Plusy

• może funkcjonować w przestrzeni przygotowanej dla człowieka
• łączy mobilność z możliwością manipulowania przedmiotami
• może potencjalnie obsługiwać kilka różnych stanowisk
• daje dużą elastyczność w projektach badawczych i AI
• pozwala testować imitation learning, reinforcement learning i embodied AI
• może ograniczać konieczność przebudowy całego stanowiska pod klasyczny robot przemysłowy

Minusy

• wymaga programowania i integracji
• czas pracy na akumulatorze nadal jest ograniczony
• precyzyjna manipulacja pozostaje dużym wyzwaniem
• wdrożenie wymaga analizy bezpieczeństwa
• cena samego robota nie jest całkowitym kosztem projektu
• efektowne demonstracje producenta nie zawsze przekładają się bezpośrednio na gotowy proces przemysłowy

Ile kosztuje robot humanoidalny?

Cena robota humanoidalnego zależy przede wszystkim od rozmiaru, konfiguracji, rodzaju manipulatorów i możliwości rozwoju oprogramowania.

Na moment przygotowania tego materiału w MEGADRON:

• Unitree R1 Basic – 49 000 zł brutto
• Unitree G1 Basic – 99 000 zł brutto
• Unitree H2 – 220 000 zł brutto

Warianty EDU, dodatkowe dłonie, jednostki obliczeniowe i inne wyposażenie mogą znacząco zmienić cenę całego rozwiązania. Dlatego patrzenie wyłącznie na cenę samego robota jest błędem. W projekcie przemysłowym trzeba uwzględnić również integrację, oprogramowanie, przygotowanie stanowiska, osprzęt, testy i późniejsze utrzymanie systemu.

Status dostępności zależy od konkretnego modelu. Część robotów znajduje się w magazynie dostawcy, inne są sprowadzane na zamówienie, dlatego przed zakupem warto skonsultować z nami aktualny termin realizacji.

Jak wybrać robota humanoidalnego?

Nie zaczynaj od specyfikacji.

Zacznij od zadania.

Jeżeli robot ma być platformą do nauki, prezentacji i pierwszych eksperymentów z humanoidami, R1 będzie dużo bardziej racjonalnym punktem wejścia niż pełnowymiarowy H2. Jeżeli rozwijasz algorytmy percepcji, manipulacji czy embodied AI i potrzebujesz LiDAR-u, kamery głębi oraz rozbudowanych możliwości programistycznych, patrz przede wszystkim w stronę G1 EDU.

Jeżeli kluczowe są zasięg ramion, siła i praca w przestrzeni zaprojektowanej dla dorosłego człowieka, H2 oferuje znacznie większe możliwości mechaniczne. A jeżeli robot wcale nie musi mieć rąk, ale powinien długo chodzić, przewozić sensory i radzić sobie w trudnym terenie - sprawdź, czy robot czworonożny taki jak Unitree A2 nie będzie po prostu lepszym narzędziem.

To jest znacznie ważniejsze niż wybieranie robota na podstawie najbardziej efektownego filmu w internecie.

Czy robot humanoidalny zastąpi człowieka?

Nie spodziewalibyśmy się scenariusza, w którym humanoidy nagle zastąpią całe zespoły pracowników. Znacznie bardziej realistyczna jest automatyzacja pojedynczych czynności.

Najpierw tych, które są powtarzalne, przewidywalne, możliwe do łatwego zweryfikowania i wymagają fizycznej manipulacji. Człowiek może natomiast odpowiadać za nadzorowanie procesu, obsługę wyjątków, kontrolę jakości i pracę kilku robotów jednocześnie. To mniej spektakularne niż wizja fabryki bez ludzi, ale zdecydowanie bardziej realne.

Jaki robot wybrać? Nasza rekomendacja

Jeżeli zaczynasz i chcesz wejść w świat humanoidów możliwie rozsądnie - Unitree R1 jest ciekawą platformą edukacyjną i badawczą.

Jeżeli zależy Ci na rozwoju własnego oprogramowania, percepcji, manipulacji i projektach AI - patrz przede wszystkim na Unitree G1 EDU oraz konfigurację potrzebną do Twojego konkretnego zadania.

Jeżeli potrzebujesz pełnowymiarowej konstrukcji, większego zasięgu i znacznie większego udźwigu - Unitree H2 jest zupełnie inną klasą platformy.

Jeśli natomiast Twoim zadaniem jest głównie inspekcja, patrolowanie lub transport sensorów, nie upieralibyśmy się przy dwóch nogach. Unitree A2 lub inny robot czworonożny może zrobić tę pracę prościej i dłużej.

W MEGADRON nie chcemy dobierać Ci robota na podstawie tego, który model robi najlepsze wrażenie na filmie. Najpierw powiedz nam, co dokładnie robot ma robić, gdzie ma pracować, co podnosić i jak długo działać. Dopiero wtedy możemy sensownie dobrać platformę, konfigurację i wyposażenie.

Jeżeli interesuje Cię automatyzacja inspekcji również z wykorzystaniem innych autonomicznych platform, zobacz także nasz materiał DJI Dock 3 po pół roku w terenie – co pokazał przegląd systemu?.