Samarbete med robot

Vad samarbetsrobotar lovar för framtiden.

Robotanvändning i form av människa-robot-interaktion (MRI) eller människa-robot-samverkan (MRK) är ett innovativt ämne inom området robotik.

Dr. Michael Klos, General Manager Business Development hos YASKAWA Europe GmbH, Robotics Division:

För nästan ett decennium sedan utvecklades den här tekniken som en del av ett EU-forskningsprogram, med fokus på säkerheten vid människa-robot-interaktion och lättviktskonstruktion av samarbetsrobotar.

Under de senaste åren har kommersialiseringen drivits av en leverantör som var nybörjare inom robotiken, med en kombination av förenklad teknik, uppstartsmentalitet och modern marknadsföring. En ny, växande robotmarknad har dykt upp som en frisk fläkt och rört om bland de stora tillverkarna av industrirobotar.

Framgångsfaktorerna var enkel hantering (drift och idrifttagning) och en marknadsföring anpassad för nybörjare på robot. Den här optimistiska andan har motiverat många nya användare att ta sina första steg ut i robotvärlden, att ta till sig robottekniken, se pragmatiskt och mindre fördomsfullt på användningen och snabbt uppleva ett resultat.

Här fanns nya användningsområden där konventionell robotanvändning upplevts som för utrymmeskrävande, oflexibelt och dyrt. Industriella användare vill slippa de stora och dyra skyddsinhägnader som krävs i konventionella robotanläggningar.

Det finns nu ett trettiotal tillverkare av samarbetsrobotar över hela världen, mestadels små robotar med nyttolast upp till sju kg och med fokus på enkla hanteringsuppgifter.

Samarbetsrobotar som framtidens teknik?

Tyvärr används termen "robotik" ofta - särskilt i analytikernas marknadsrapporter - för generella beskrivningar av en mängd olika saker som är programmerbara och som rör sig. Resultatet är att tekniken för industrirobotar, service- och hushållsrobotik, sensor- och navigeringsteknik, artificiell intelligens, exoskelett, drönare, dammsugare och självgående logistikplattformar klumpas ihop för att förutsäga enorma tillväxthastigheter för "robotanvändning" i framtiden.

Samarbetsrobotar ses som nästa steg i utvecklingen för konventionella robotar med det etiskt tilltalande i att människor och robotar inte längre behöver vara konkurrenter i framtidens smarta digitala fabrik, utan kan arbeta sida vid sida.

Så är klassiska industrirobotar i sina nätburar en kvarleva från det förflutna? Nej - robotteknk för samarbete ersätter inte konventionell robotteknik, den är ett komplement. Den digitala, smarta fabriken kan genomföras med alla typer av robotar, oavsett om dessa är gjorda för samverkan med människor eller inte.

Ursprungligen mottogs samarbetsrobotarnas teknik med stort intresse. Efter en trög start med svårigheter att på egen hand införa samarbetsrobotar i arbetsstationer letar människor nu efter "riktigt användbara applikationer" – det vill säga applikationer där människa-robotinteraktion verkligen ger fördelar. Målet är inte längre att introducera samverkande robotteknik till vilket pris som helst, utan att hitta rätt robotlösning för rätt applikation.

Säker robot, eller säker applikation

Säkerhetsbedömningen av robotarbetsstationer underskattades delvis i början. Under tiden har standardsystemet med DIN EN ISO 10218-1, ISO TS 15066 och DIN EN ISO 13849-1 utvecklats avsevärt - även när det gäller säker människa-robot-interaktion. Idag pratar vi inte längre om en säker robot, utan om en säker applikation.

En individuell säkerhetsbedömning måste göras för varje samarbetsplats - inte bara själva roboten utan hela arbetsplatsens utformning (placering, rörelseriktningar, hastigheter, robotverktyg, arbetsstycken, säkerhetsteknik) måste bedömas i varje enskilt fall. I många fall måste även kollisionskraftsmätningar utföras. I industrin är det allmänt känt att nästa 80% av alla ”samarbetsrobotar” ändå hamnar bakom en säkerhetsavspärrning.

Hur påverkas effektiviteten?

Om en människa och robot ska arbeta tillsammans uppstår följande situation ur robotens synvinkel: så länge människan är "i vägen" måste roboten arbeta långsamt - med en hastighet som är begränsad på ett säkert sätt. Många samarbetsrobotmodeller på marknaden är därför små och långsamma, och kan bara flytta så liten vikt att de inte utgör någon risk för människor när det gäller den egna konstruktionen. De är inte konstruerade som vanliga industrirobotar vilka är gjorda för åratal av kontinuerlig användning med maximal hastighet i treskift.

Men kan en robot vara både säker och samtidigt nästan lika snabb som konventionella robotar? Svaret är en "hybrid" - en fullfjädrad industrirobot som kan arbeta med hög hastighet när det är möjligt, men som går tillbaka till en säkerställd reducerad hastighet så snart en människa kommer in i arbetsområdet.

Under planeringsfasen är det viktigt att bestämma tiden för agerandet mellan människa och robot i förhållande till den totala cykeltiden. En sådan uppdelning används också av klassiska robotsystem när de är utrustade med inbyggt säkerhetssystem - denna typ av anläggning kan också fungera utan skyddsnät. Enda skillnaden är att den konventionella industriroboten måste stanna kvar i en säker position i närvaro av människor, medan den samarbetande hybridroboten kan fortsätta att arbeta, långsamt och säkert.

Vanlig säkerhetsteknik kan användas för att upptäcka om en person är närvarande eller inte (t.ex. säkerhetslaserskanner, ljusridå och ljusbom, säkerhetsmatta). Denna teknik behövs i många projekt - antingen med eller utan samarbetsrobotar - för att upptäcka faror som utgörs av fixturer, robotverktyg och arbetsstycken.

Hur mycket tid interaktionen mellan människa och robot tar av den totala cykeltiden är avgörande när det gäller att utforma anläggningen:

Permanent interaktion mellan människa och robot: Om robotar och människor ska arbeta tillsammans hela tiden, och om hastigheten inte är avgörande eller om människor kommer att passera i närheten av roboten, kan samarbetsrobotar vara rätt. Här är cykeltiden inte det viktigaste, utan man vill få fördelar av en smart fördelning av arbetet mellan människor och robotar - t.ex. där roboten hjälper till att hålla eller räcka fram detaljer under manuell montering.

Det gäller också i de fall där robotens arbete inte behöver utföras hur snabbt som helst. Som till exempel för att ladda/plundra bearbetningsmaskiner eller under kvalitetskontroll – hela processen kan ta så lång tid att den samverkande robotens låga hastighet inte har så stor betydelse.

Tillfällig interaktion mellan människa och robot: Om det förekommer längre perioder där människor och robotar arbetar tillsammans och andra perioder där människor inte är närvarande, är hybridroboten ett bra alternativ. En robotstation som är placerad där människor passerar med viss oregelbundenhet och omfattning är också lämplig för hybridrobotar.

Minimal interaktion mellan människa och robot: Om interaktionen mellan människa och robot är begränsad till korta stunder (t.ex. för att lasta/lossa arbetsstycken) är konventionella robotar vanligtvis det bästa alternativet. De stannar upp helt och hållet när personen är närvarande, och drar nytta av sin snabbhet resten av tiden.

Planering är viktigt

Men saker är inte alltid så enkla: om människans närvaro är oförutsägbar - ibland för en kort tid och ibland under lång tid - påverkar det också robotstationen. Detta gör cykeltid och flödet svårt att beräkna. Är det möjligt att räkna på utfallet från monteringscellen och hur många detaljer som kan produceras? Vilken är prognosen? Med konventionella robotceller kan detta enkelt beräknas i planeringsfasen.

Interaktion mellan människa och robot är svårare att beräkna med hjälp av konventionella metoder (särskilt offline-simulering). MRK-kapabla planeringsverktyg är fortfarande under utveckling. Att uppskatta tillgänglighet är fortfarande ganska enkelt i praktiken, men att utforma samarbete och säkerhetsområde runt system / robotar / verktyg / objekt är svårare. Cykeltider kan oftast bara ges utifrån allmänna antaganden. När robotstationen väl är i drift kan man förstås använda produktionsdata som återkoppling för optimering.

Kostnader

En samarbetsrobot är inte billigare i inköp än en konventionell sådan, åtminstone inte om man tar hänsyn till nyttolast och prestanda. Om man sedan lägger till kostnader för konstruktion av samarbetsrobotens verktyg och tillbehör för att undvika klämrisk, vägledning för operatör via panel och HMI, åtkomst- och säkerhetsteknik och slutligen den nödvändiga säkerhetsbedömningen av arbetsplatsen så är slutsatsen - i motsats till den allmänna åsikten - klar: En robotstation med samarbetsrobot för industriell tillämpning är i allmänhet dyrare än en konventionell robotcell.

Fördelar finns

Den stora fördelen med samverkande robotteknologi är hur den underlättar igångkörning, parametersättning och programmering, särskilt med handguidning men också med hjälp av ”pekplatta” (Smart Pendant) jämfört med den klassiska meny- eller kodbaserade programmeringsenheten (Teach Pendant).

Var och en av dessa tre teknologier har sina fördelar och nackdelar: handguidning är bra vid upprepade små justeringar av enkla plocknings- och placeringsapplikationer - men det är knappast möjligt att programmera in laser- eller banföljning med noggrannheter på hundratals millimeter med skakiga händer. De konventionella handhållna programmeringsenheterna erbjuder full funktionalitet och är ett givet förstahandsval för erfarna robotprogrammerare. Och ett surfplattebaserat användargränssnitt är lockande för ”appgenerationen”.

Tillverkare som har både samarbetande och vanliga industrirobotar i sin portfölj erbjuder dessa tekniker som ett alternativ oavsett robottyp.

Enkel driftsättning och integration

Unboxing-videor, e-Learning, FAQ, how-to-bloggar, plug & play - allt detta finns även i världen av samarbetsrobotik, och förenklar driftsättning för oerfarna robotanvändare.
Trots det är det väldigt få robotanläggningar för industriellt bruk som kan installeras av den som saknar erfarenhet. Systemintegratörer och robottillverkare med expertkunskap behövs fortfarande. I framtiden kanske mer sällan för att installera och köra igång anläggningen, utan mer för planering och val av rätt robotlösning för den aktuella applikationen.

Sammanfattning

Samarbetsrobotik är fascinerande ny teknik för applikationer där människa-robot-interaktion krävs på riktigt. Det öppnar upp en serie nya applikationer för vilka konventionell robotik tidigare har varit för utrymmeskrävande och oekonomiskt.

Den framtida utvecklingen inom samarbetsrobotar kommer att leda till:

• Ökad nyttolast och ökat utbud av samarbetsrobotar för att kunna använda dem i mer krävande applikationer.
• Förbättrad användarvänlighet för både konventionella och samarbetande robotsystem.
• Förbättrad kvalitet av planeringsverktyg för samarbetssystem.
• En mer tidsenlig användarupplevelse av robotar.

Samarbetsrobottekniken ersätter alltså inte konventionell robotik, utan fungerar som ett komplement. Den är ett verktyg för flexibel automatisering, och först och främst är inriktat på intelligenta, användbara och ekonomiska lösningar oavsett robottyp.

Dr. Michael Klos
YASKAWA Europe GmbH

www.yaskawa.se

  Mer information…