Antallet af kollaborative robotter vil stige drastisk

Af Henrik Gordon Petersen, hgp@mmmi.sdu.dk, 26-02-2019

For blot ca. 10 år siden var det oftest en ganske vanskelig og omkostningstung opgave for produktionsvirksomheder at indføre robotbaseret automatisering. Programmeringen var kompliceret og blev overladt til eksperter typisk fra de såkaldte integratorer, der er specialister i at programmere robotterne og integrere disse i komplette automationsløsninger. Den færdige løsning blev kørt ind hos virksomheden til den tiltænkte opgave, og virksomheden fik en (typisk ret minimal) indføring i hvorledes løsningen skulle håndteres i dagligdagen.

Sådanne løsninger var ofte ganske dyre med relativt lange tilbagebetalingstider, hvilket gjorde at virksomhederne var tilbageholdende med at indføre robotter – især hvis der var usikkerhed omkring hvor mange enheder man egentligt skulle producere af det pågældende produkt.  Dette skyldes at virksomhederne ikke selv kunne ombygge og omprogrammere løsningen til at producere et andet produkt. Med tendensen til lavere styktal og flere varianter blev dette et stadiFgt stigende problem.

Et nyt paradigme

Det var således indlysende, at der var et behov for at nytænke den måde hvorpå virksomheder indfører robotter. Mange opgaver i produktionen er egentligt ganske simple såsom at lægge emner ind i maskiner og tage dem ud igen, eller andre lignende opgaver hvor robotten mere eller mindre blot bevæger sig imellem kendte positioner. Til sådanne opgaver bør robotten blot være et værktøj, som virksomheden selv kan købe, opstille og programmere. Det er langt billigere og dermed mindre risikabelt for virksomhederne at indføre en sådan løsning, og når produktet ikke længere skal produceres kan virksomheden selv pille opstillingen ned og omstille robotten til en anden lignende opgave. Dansk udviklede Universal Robots var de første til for alvor at spotte dette marked ved at tilbyde robotter, som var særdeles nemme at programmere og robotløsningen samtidig (under visse forudsætninger) kunne opstilles uden afskærmning. Programmeringen foregår ofte ved såkaldt ”Programming by Demonstration” (PbD), hvor brugeren viser robotten opgaven ved at trække den rundt.

Såfremt opgaven, som robotten skal løse, er mere kompleks stiller tingene sig dog stadig lidt anderledes. Det kan f.eks. være overfladebehandling af komplekse emner (f.eks. fræsning, polering, afgratning, sprøjtemaling), vanskelige kombinationer med computer vision eller andre sensorsystemer, delikate samling af dele, osv. Der er et behov for at gøre det muligt/nemmere for virksomhederne selv at opstille og især at programmere løsninger til sådanne opgaver.

Hvordan bliver det muligt at programmere også komplekse robot opgaver med det nye paradigme?

Den overordnede tilgang til problemstillingen er relativt simpel. Man skal stille de nødvendige softwaremoduler til rådighed for virksomhederne, som disse selv kan konfigurere på en intuitiv måde – nøjagtig som til de simple løsninger. Vi kan illustrere dette ved at se på et eksempel i form af delikate samleprocesser, hvor der er hårde tolerancer. Iflg. et globalt fremsyn frem mod 2025 vil omfanget af kollaborative robotter stige med op mod en faktor 20 i forhold til 2018 og samleprocesser vil være det hurtigst voksende område. I dag er samleprocesser enten manuelle (ofte udført i Sydøstasien) eller automatiseret på den klassiske måde med dyre statiske installationer.

Det vil således være ønskeligt at kunne programmere samleprocesser vha. PbD. For at kunne gøre dette muligt er det nødvendigt at udvikle moduler med et intuitivt interface således at brugeren udover at demonstrere bevægelsen blot skal give input omkring typen af samling (f.eks. emnematerialer, tolerancer, geometri), og så er der i modulet et underliggende system, som sikrer at samlingen udføres. Dette system vil indeholde en kraftstyring, som automatisk kompenserer for usikkerheder i den relative positionering af emnerne, der skal samles.

SDU deltog i Assembly Challenge ved World Robot Summit i Japan, som var en åben international konkurrence med deltagelse af førende internationale universiteter og integratorer, og som adresserede netop denne problemstilling. Vi vandt konkurrencen med en metode, som var baseret på ovennævnte tilgang, hvor vi benyttede genbrugelige samlemoduler baseret på kraftstyring. Vi benyttede den nye UR-10e fra Universal Robots, som gør det nemt at integrere kraftstyring. Andre robotleverandører er på vej med tilsvarende muligheder, f.eks. lanceres den nye iisy robot fra KUKA til efteråret. Så der er ingen tvivl om, at der kommer til at ske en helt masse inden for dette område.

Hvordan ser det så ud i 2025?

Mit bud er at produktionsvirksomheder helt generelt vil se på en robot som et værktøj, som operatørerne kan håndtere ligesom alle andre værktøjer. Robotterne vil have en lang række af tilhørende softwaremoduler, som understøtter forskellige typer delopgaver, og som kan sammensættes lidt som moduler i LEGO Mindstorms. Modulerne konfigureres via intuitive interfaces. Udviklingen af disse moduler vil stadig være i gang i 2025, men en lang række nye komplekse opgaver vil allerede kunne programmeres på denne måde. Modulerne vil blive ledsaget af virtuelle ækvivalenter (digitale tvillinger), som vil understøtte brugerne i at konfigurere modulerne. Integratorerne vil gradvist bevæge sig over mod en rolle, hvor de også bliver leverandører af sådanne softwaremoduler, og det er vigtigt at de danske integratorer forstår, at det er denne vej tingene vil bevæge sig.