naar top
Menu
Logo Print

COBOTS MAKEN DE WERKPLEK GOEDKOPER EN MEER FLEXIBEL

Gevoelige robots worden industrieel

De cobot moet een betaalbaar 'intelligent ondersteunend werktuig' zijn dat de menselijke taken op de werkvloer kan vergemakkelijken Robots zijn ideaal in de 3 D-zones: dirty, dull & dangerous. Collaboratieve robots ook cobots of gevoelige robots genoemd werken met de mens in één werkplaats samen. Dat vertaalt zich in nieuwe robotevoluties. Ten eerste krijgen robots na beweging en visie nu ook gevoel. Ten tweede vervangt de robot niet langer de mens, maar wordt hij een manipulatief werktuig in handen van de mens. Robotleveranciers benadrukken dat collaboratieve robots elk hun eigenheden, opbouw en mogelijkheden hebben, en dus moeilijk te vergelijken zijn. Verdere vragen aan de Producenten over de techniciteit van de sturing en de 'gevoeligheid' liggen gevoelig, dus gingen wij te rade bij Filiep Vincent, engineer Smart Production & Factory of the Future bij Sirris.


GROEI AANBOD INDUSTRIELE COBOTS


Hoe verliep de ontstaansgeschiedenis van cobots?

Filiep Vincent: “Het 'Collaboratieve Robot'-concept is in 1996 ontwikkeld door de professoren Edward Colgate en Michael Peshkin van de Northwestern University (VS) binnen een door General Motors Foundation gefinancierd onderzoeksproject, gericht op 'samenwerken mens-automatisering'. In 1997 beschreef het US-patent de cobot als 'an apparatus and method for direct physical interaction between a person and a general purpose manipulator controlled by a computer.' Omdat verwacht werd dat de hele (auto-)industrie hierop zou springen (de technologie werd op vraag van GM ontwikkeld), werden cobots een topic bij onderzoeksinstellingen in de industriële automatisering. Ook begonnen bedrijven (o.a. RB3D, Rethink Robotics, Universal Robots ...) cobots te ontwikkelen en op de markt te brengen. De doelgroep waren in de eerste plaats de onderzoekscentra. Ondertussen hebben ook leveranciers uit de gewone robotmarkt (ABB, Fanuc, Kuka) cobots in hun gamma. Ze mikken duidelijk op de echte industriemarkt. En de eerste experimenten meestal in de auto-industrie, traditioneel een voorloper in de flexibele automatisering zijn opgestart."

 

MENSELIJKE TAKEN FACILITEREN

 
Wat maakt van een robot een cobot?

Filiep Vincent: “De cobot moet een betaalbaar 'intelligent ondersteunend werktuig' zijn dat de menselijke taken op de werkvloer kan vergemakkelijken. Sleutelwoorden zijn daarom: goedkoop in aankoop, plug & produce, gebruiksvriendelijk programmeren en veiligheid. Intuïtief programmeren is nodig om de robottaak instant aan te passen in functie van de job en de voorkeur van de operator. Dat moet iedereen op de werkpost zelf kunnen, liefst met een vertrouwde technologie als interface, zoals de technologie, gebruikt in de tablet en de smartphone. De mens moet gewoon de arm van de cobot nemen, bewegen naar de juiste plaats en via het aanvinken in een 'visual view' of op een virtueel klavier op een tablet de beweging en de cruciale punten bevestigen. Veilig zonder afscherming werken met de mens vergt extra ingebouwde 'kracht-moment-sensoren' die de botsingsimpact meten. In de meeste cobots (ook deze van robotleveranciers ABB, Kuka en Universal Robots) werd dit vertaald in het meten en het monitoren van de kracht en het draaimoment in alle gewrichten van de robot. Technische details worden niet gegeven, maar hierdoor is hun opbouw verschillend van de industriële robot. Enkel Fanuc (op de markt met cobots sinds 2015) gebruikt zijn 'gewone' robotarm en zet 'cobot'-sensoring in de voet van de robot."

ROS ALS 'OPENSOURCESTANDAARD' VOOR ROBOTICA?

 
Zijn de robottaken eenvoudig te programmeren?

Filiep Vincent: “Een van de punten waar in de markt van de cobots de nadruk op ligt, is het leren van de robot: geen programmeren meer, geen moeilijke teachconsole. Gemakkelijk en handig. Maar ... dat betekent eveneens werken met een black box controller van de robotfabrikant. En ook: op de robot leren. Daarnaast wil men vanuit de 'virtualiteit' de fabriek bouwen. M.a.w.: via simulaties de trajecten opstellen en hieruit met een druk op de knop het cobotprogramma genereren. Dat vraagt dan weer om merkonafhankelijke basispakketten. Rethink Robotics gebruikte voor het maken van de controller van Baxter een gewone pc met een opensourcesoftware: de opensource Robot Operating System, in de robotwereld bekend als ROS. Er wordt ook een op ROS gebaseerd merkonafhankelijk robotsimulatieprogramma op de markt aangeboden. Verschillende fabrikanten zijn hun robotcontrollers beginnen uit te rusten met een ROS-compatibele ingang, waardoor er via een neutraal robotmerk onafhankelijk simulatiepakketrobots geprogrammeerd kunnen worden. Het FP7-project Factory in a day (http://www.factory-in-a-day.eu/), getrokken door TU Delft, is heel actief rond ROS-Industrial."


ROBOT OPERATING SYSTEM


Wat is een ROS?

Filiep Vincent: “Het Robot Operating System (ROS) is een set van softwarebibliotheken, geschreven op Linux. Deze tools kunnen de ontwikkeling van een opencontrollerprogramma voor een robot sterk ondersteunen. Denk aan drivers. Ook state-of-the-artalgoritmes om robotbewegingen aan te sturen (vanuit bijvoorbeeld druk- en/of visiesensoren). En nog tal van andere types developertools. De oorsprong van ROS ligt in onderzoek bij de Stanford University, midden 2000 uitgevoerd rond ingebedde artificiële intelligentie (AI). In de rand werden tools ontwikkeld zoals the STanford AI Robot (STAIR) en Personal Robots-programma's. Hiervan werden inhouse prototypes gecreëerd en uitgetest. In 2007 stelde een van de vorsers, Willow Garage, deze tools ter beschikking van incubatoren om hiermee implementaties te creëren. Hieruit ontstond de 'core' van ROS: ideeën en fundamentele softwarepackages. Omdat al die software werd ontwikkeld op basis van open-sourcelicenties en tal van R&D-groepen het platform gebruikten voor een breed palet van robots, is ROS uitgegroeid tot een interessant, breed verspreid, merkonafhankelijk basisplatform in de robotics research community."


COBOTS STAAN OF VALLEN MET DE VEILIGHEID


Wat is de situatie van cobots op het vlak van verantwoordelijkheid en veiligheid?


Filiep Vincent: “Die veiligheid moet aangetoond kunnen worden, wat dus normen vergt. Voor de veiligheidsvereisten van traditionele industriële robotsystemen bestond sinds 2006 (herzien in 2011) de ISO-norm 10218. Maar deze is ongeschikt voor cobots. Op 15 februari 2016 werd uiteindelijk de ISO/TS 15066 collaborative robot standard (technische specificaties) gepubliceerd. Deze ondersteunt de ISO-normen ISO 10218-1 en ISO 10218-2. Ze vervangt de draft van 2002 en geeft richtlijnen aan integratoren van collaboratieve robotcellen (cells with intelligent assist devices), ook betreffende de uit te voeren risicoanalyse. Maar de implementatieverantwoordelijke van een cobotcel moet op basis van een risicoanalyse
zelf berekenen wat de krachten en vermogens bij een onverwachte impact zijn. Hij moet hieruit de toegelaten snelheden van de robot bij de verschillende taken bepalen, de maximale kracht die bij een klemming mag optreden, de maximale kracht die een grijper mag uitoefenen ... Die risicoanalyse is niet eenvoudig. De cobotcontroller laat toe om de limieten van de kracht (N) vast te leggen, maar wat is dan de impact (N/cm²) die ontstaat? Dat hangt af van de grootte en het materiaal van het voorwerp dat de impact uitvoert, en van de plaats van impact op ons lichaam. Daarom bevat de nieuwe specificatie ISO/TS 15066 in annex ook onderzoeksresultaten rond de pijndrempels bij een botsing van de robot tegen lichaamsdelen in functie van de robotsnelheid en de uitgeoefende druk. Toch blijft de gebruiker het bedrijf dat de cobot in gebruik stelt de eindverantwoordelijke. Daarom is het fysisch controleren (bijvoorbeeld via het Pilz-gekalibreerde veersysteem waarvan de veerconstante instelbaar is) afhankelijk van het lichaamsdeel aan te raden."

STERKE HULP BIJ HANDLING


Welke zijn de taken voor cobots?

Filiep Vincent: “De taken die naar voren worden geschoven voor cobots, zijn 'sterke hulp bij handling'. Bij de Sirris Industrie 4.0-lijn gaat het o.a. om de 'derde hand' en om manipulaties bij de assemblage. De 7A15 van RB3D vindt men in gieterijen, als gereedschapsdrager voor slijpmachines (de man slijpt, de robot draagt de slijpschijfinstallatie). Fanuc toont de CR-35iA als hulp bij het plaatsen van het reservewiel in kofferbakken van auto's. De KUKA LBR iiwa wordt door Audi gebruikt in man-robotwerkposten. Jansen Poultry Equipment verkoopt broedmachines met een ABB-cobot als palletiseerrobot voor het laden van zware ramen in broedmachines. Momenteel is het echter zo dat de cobot ook in niet-collaboratieve taken wordt ingezet, vanwege andere voordelen, zoals eenvoud in programmatie en een gemakkelijke integratie in de productielijn. We kunnen gaan kijken naar nieuwe types industriële toepassingen, zoals 'intelligent ontbramen' (braam zoeken en wegfrezen tot de gewenste nauwkeurigheid). We hebben nu een toestel met een sensorgraad hoger dan wat er vroeger bestond. Ook dat wordt een booming markt voor het nieuwe type robot! En last but not least worden cobots natuurlijk ook buiten de industrie ingezet. Een voorbeeld daarvan is de Air-Cobot (Aircraft Inspection enhanced by smart & Collaborative robot), een Frans R&D-project om een mobiele cobot te ontwikkelen voor de inspectie van vliegtuigen tijdens het onderhoud. De UR5 van Universal Robots wordt binnen het kader van een Spaans R&D-project ook ingezet in de robotchirurgie."

 

INDUSTRIE 4.0 IN DE PRAKTIJK

De recentste cobotinvestering deed Sirris in zijn achtste vestiging, in Kortrijk. Het is het 'Smart & Digital Factory', een applicatielab met focus op de slimme assemblage van kleine series. Deze installatie is het eerste deel van het (nog uit te bouwen) West-Vlaamse Centrum voor Machinebouw en Mechatronica (in totaal 4,5 miljoen euro), dat zal worden geleid door ir. Jos Pinte, voormalig algemeen directeur van Sirris. Deze Industrie 4.0-productielijn in gebruik sinds maart 2016 toont een voorbeeld van de flexibele productie van klantspecifieke robotgrijpers. De eerste stap is picking met behulp van smart glasses. De onderdelen kunnen standaard zijn of maatwerk, direct vanuit een CAD-ontwerp geproduceerd. De tweede stap is een AGV dat de bak met onderdelen naar een assemblagecel brengt, waar een collaboratieve robot het overneemt. Het voordeel van de voelfunctie is dat de bakpositie niet 'vast' moet zijn: de cobot 'voelt' de bak en trekt hem met zijn grijper van het AGV op de werkbank en schuift deze dan naar de positie die de operator wil (kracht en nauwkeurigheid zijn hier ondergeschikt aan 'operatorhulp' en 'veiligheid'). Bij de assemblage assisteert de cobot als 'derde hand', terwijl de tweede cobot gelijktijdig een flens op de grijperbody schroeft. Via een AGV gaat hij na de assemblagestap naar een testcel, waar de operator met ondersteuning van digitale werkinstructies de kwaliteitscontrole van de geassembleerde grijper uitvoert. En verder naar een 'opslagmagazijn'.

Opleiding in cobotimplementatie

De cobotlijn is niet bedoeld als een statische expositie van wat cobots zijn en kunnen. Ze zijn bedoeld om potentiële gebruikers de ganse maakindustrie dus hands-on te leren wat nieuw is, hoe men cobotprojecten moet opstarten, de verschillende do's-and-dont's. Sirris geeft ook specifieke opleidingssessies hierrond, zowel in Diepenbeek als in Kortrijk. De technische mensen leren eerst inschatten of cobots zinvol zijn voor hun productie, en dan moeten ze echt de cobot 'in lijn' zetten. Haalbaarheidstesten worden rond specifieke cases voor bedrijven uitgevoerd (dikwijls onder NDA).

 

INDUSTRIËLE ROBOTSPELERS OP DE COBOTMARKT


Universal Robots plaatste na drie jaar R&D in 2008 zijn eerste cobot UR5 in een industriële toepassing (machinebelading). Sinds toen is het gamma uitgebreid met de UR3 en UR10, en is het reeds de derde generatie van deze robots op de markt. De besturing gebeurt d.m.v. een industriële pc met Linux OS en opensourcesoftware. 11.000 cobots van deze firma zijn momenteel in bedrijf voor een veelvoud aan toepassingen. Ook in de wetenschappelijke en educatieve wereld zijn deze cobots thuis.

 

ABB lanceerde in 2011 de Frida cobot. Zijn onderzoek startte in 2006 in het kader van 'new small parts assembly solutions for the electronic production'. Op Hannover Messe 2015 lanceerde het de YuMi, ook een tweearmige cobot. Het is een combinatie van een lichtgewicht robot (38 kg, magnesiumskelet, alle draadpakketten intern) met twee werkarmen (zevenassig, payload van 500 g, met als extra een 'zwevende' kunststof behuizing met druksensoren, wat helpt om botsingen te detecteren).

 

Kuka was ook een van de eerste industriële robotleveranciers die met een collaboratieve robot op de markt kwamen. In 2012 lanceerden ze de LBR iiwa. Deze robot, die slechts 23 kg weegt, werd ontwikkeld in samenwerking met het Duitse luchtvaartinstituut en is uitgerust met kracht/momentsensoren in elk van de zeven assen. De robot heeft ook een volledig nieuw programmeersysteem, genaamd Sunrise. Dit systeem kan zelf debugging (highlighting van syntax- en functiefouten), Autocomplete-functie … De programmeeromgeving is gebaseerd op Eclipse en de programma's worden in Java geschreven. Verder kan de LBR iiwa afgesteld worden om te reageren op een 'impactkracht' van 1 newton.

 

In 2015 lanceerde Fanuc de CR-35iA. Het toont een andere aanpak. Waar de andere cobots (deze van bedrijven specifiek opgezet voor cobots zowel als deze van de klassieke robotleveranciers) een payload hebben van 10 à 15 kg, pakt deze uit met 35 kg payload. De andere hebben een 'specifieke' opbouw, met de 'feeling' via stroommetingen op de motoren en/of koppel/krachtsensoring in elk van de gewrichten van hun robots. De krachtsensor voor de veiligheid zit in de robotvoet en monitort van daaruit het gehele systeem. Op deze manier gebruikt de firma haar standaard industriële robot, voegt ze een krachtsensor toe én wordt de robot voorzien van een specifieke veilige bekleding om die zo collaboratief te maken. Op dezelfde wijze zal het gamma naar onderen toe uitgerold worden met de CR-7iA, de CR-7iAL en de CR-4iA.

 

Ook Yaskawa kondigde op de beurs Automatica 2016 aan dat het in de cobotmarkt stapt met de Motoman HC-10 (pas in 2017 beschikbaar op de markt). Het gaat om het traditionele concept van sensoren in de gewrichten.

 

Daarnaast was ook Comau op Automaticata 2016 aanwezig met een cobot, de AURA. Deze zou tot 110 kg payload hebben!