Het afgelopen jaar kende de ontwikkelingen in cobots een sterke groei. Zowel het aantal soorten cobots, als de samenwerkingsvormen breidde sterk uit en het aantal nieuwe spelers op de markt groeit gestaag.

Er valt veel te vertellen over de nieuwe generatie robotica, zo getuigen de talrijke, vaak uitbreide teksten die online te vinden zijn. We bundelen enkele interessante ideeën uit een recent artikel van de Robotic Industry Association.

Welke cobot en wanneer?

Heel wat grote fabrikanten overwegen collaboratieve robots ('cobots') in huis te halen en herzien hun instelling tegenover robots: de klassieke gang van zaken was dat men een specifiek gebied in de fabriek wilde automatiseren en dus een integrator plaatste om dat deel van het proces te automatiseren. Dit is nog altijd gebruikelijk voor complexe automatiseringstoepassingen, maar sinds de komst van cobots is er ook een nieuwe benadering: een cobot wordt in huis gehaald en ter beschikking gesteld voor iedereen in de fabriek, om te gebruiken wanneer nodig, voor eenvoudige alleenstaande operaties.

Nogal wat bedrijven blijken trouwens niet te weten waar de term 'cobot' zoal kan voor staan. Het concept is veel ruimer dan velen initieel vermoeden: van lichtgewicht robotarmen en tweearmige humanoïden tot de klassieke zwaargewichten, alle zijn ze in staat tot collaboratieve operaties in al hun vormen. De verschillen zitten in de technologie die elke robot gebruikt om deze samenwerking te kunnen realiseren en in de veiligheidsmechanismen die vereist zijn in de werkruimte voor mens en robot. Niet alle cobots werken immers zonder kooi en niet alle cobots zijn beperkt in kracht en vermogen, zoals Baxter en Universal.

Veiligheid

De samenwerking tussen mens en robot kan op verschillende manieren, maar moet per gebruiksgeval gestuurd zijn. Wat is het doel van de automatisering? Wat is de payload? Hoe hoog is de vereiste precisie? Wat met herhaalbaarheid en cyclustijden?

Ongeacht het type robot dat wordt ingezet of het soort van technologie dat hij aanwendt om te kunnen samenwerken, alles komt telkens weer neer op een risicoanalyse. Het feit dat er geen grens meer staat op kracht en vermogen in de meest recente standaard, maakt het er niet makkelijker op. Het draait ook niet om kracht, maar om waar kracht wordt toegepast. Net zo min als het om de machine gaat, maar wat de gebruiker ermee doet. Ook moet rekening gehouden worden waarmee de robot 'gewapend' is: zelfs de traagste robot kan verwondingen veroorzaken wanneer hij voorzien is van een laser of scherp gereedschap. Ook met welke deel van het lichaam mens en machine met elkaar in aanraking komen, bepaald de ernst van het risico. Gezien mensen niet te sturen zijn zoals robots, is een risicoanalyse dus de beste gids. De ISO TS 15066, die eind 2014 of begin 2015 verwacht wordt, moet meer duidelijkheid scheppen over hoe men hier best kan tewerk gaan.

Er zijn verschillende methoden om de veiligheid te vrijwaren, gaande van controle over de bewegingen van de robot en beperking van de kracht en snelheid tot allerlei sensoren op de robot en beperkt contact tussen mens en machine. De lichtgewicht LBR iiwa van KUKA, die tot dezelfde klasse als Universal en Baxter behoort, kan bijvoorbeeld overal ingezet worden. Wanneer hij in contact komt met een persoon, kan de kracht die aangewend wordt, beperkt worden via bepaalde veiligheidstechnolgieën, waaronder botsingsdetectie.

Al doende (aan)leren

Om tegemoet te komen aan de noden van kmo's kunnen sommige robots, waaronder de LBR, leren via demonstratie. De structuur wordt offline geprogrammeerd, waarbij de routepunten niet worden ingegeven. Zo kan een operator zonder kennis van programmeren de robots begeleiden naar de gewenste posities en deze punten aanleren. Deze manier van werken sluit aan bij kleine batchproductie of grote productvariatie, beide eigen aan kmo's.

Cobots kunnen vandaag ook taken verrichten waarvoor robots traditioneel niet in aanmerking komen omwille van de hoge prijs, nodige interactie met mensen, complexe programmering of doorvoercapaciteit. Zo kunnen ook  bedrijven met kleinere volumes robots inzetten zonder hiervoor tienduizenden euro's voor de robot, installatie en programmering te moeten ophoesten. Maar ook grote bedrijven kunnen baat hebben bij deze nieuwe generatie robots, gezien ook zij vergelijkbare toepassingen kennen.

De cobot zijn ontworpen om zich in het domein van de handarbeid te kunnen begeven: zo kunnen ze een boost geven aan de menselijke arbeidskrachten als productieassistent. Wanneer werknemers bovendien zelf de robots kunnen leren een bepaalde, repetitieve taak, zoals laden en ontladen of het onderhoud van gereedschappen, te verrichten, krikt dit de moreel op de werkvloer op en verhoogt het gevoel van veiligheid. Robots zoals de UR worden op die manier frequenter taken aangeleerd dan dat ze geprogrammeerd worden.

Voortdurende verbetering

Cobots zijn nog volop in ontwikkeling en verbeteringen volgen elkaar snel op, maar naast bugs oplossen en de grafische gebruikersomgeving ('graphical user interface' of GUI) uitbreiden, waren software-updates die de performantie van de hardware verbeteren tot voor kort ongewoon in de robotindustrie. Zo liet de oorspronkelijke software van Baxter de robot slechts toe getraind te worden voor verticale taken: voorwerpen opheffen en elders neerzetten. Vandaag is de robot tweemaal zo snel in gelijk welke oriëntatie. Ook kan de robot bijgestuurd worden  tijdens de uitvoering van een taak, zonder dat de taak daarvoor volledig opnieuw aangeleerd moet worden. Bovendien is Baxter, in tegenstelling tot de meeste van zijn soortgenoten, intuïtief: hij beschikt over een dosis gezond verstand. Als hij bijvoorbeeld een stuk laat vallen, stopt hij met de handeling en gaat een nieuw stuk halen. Toch is Baxter geen vervanger voor mensen, maar een aanvulling ervan. Hij maakt het voor bedrijven mogelijk 24/7 werk te verrichten en flexibel om te gaan met fluctuerende werkstormen, waardoor de personeelsbezetting beter kan worden uitgebalanceerd.

Net zoals de cobots zijn de nieuwe generatie robotgrijpers, zoals de tweevingerige Robotiq, niet sneller, preciezer of sterker dan hun voorgangers, maar ze zijn flexibeler -  de grootste troef van collaboratieve robotica, naast robuust en eenvoudig.  Zo ook bestaat er een kit voor de UR die alles omvat dat geïnstalleerd moet worden: de mechanische interface, kabels en alle sturingen. Daarnaast is er een kleine USB-sleutel die in de sturing wordt geplugd en de functies laadt om de grijper te openen en te sluiten. Het bedrijf bracht recent een vergelijkbare kit voor Baxter uit en er is ook een kit beschikbaar voor de lichtgewicht robot van KUKA.

De PF400 van Precise Automation is dan weer de eerste collaboratieve Selective Compliance Assembly Robot Arm (SCARA), dankzij het inherent veilig ontwerp dat toelaat te werken zonder veiligheidsbarrières. Zo zijn de gewrichten erop voorzien de robot makkelijk uit de weg te bewegen. Botst hij toch, dan slaat de stroom uit en wordt de veiligheidsstop geactiveerd. De software maakt gebruik van speciale algoritmen die kracht en koppel beperken.

Mens centraal in ontwerp

Bij de samenwerking tussen mens en robot gaat men best van de mens uiyt. Dit doet onder meer het SAPHARI-programma (Safe and Autonomous Physical Human-Aware Robot Interaction), een Europees consortium van onderzoekscentra, universiteiten en partners uit de industrie. Het consortium staat voor een fundamentele parameterverschuiving in robotontwikkeling, waarbij de mens centraal gesteld wordt in het volledige ontwerp. De robot moet zich dus aanpassen aan de mensen. Hierbij wordt verschil gemaakt tussen intentioneel contact en accidentiële botsingen. De robot moet in staat zijn menselijke handelingen en bewegingsintenties te herkennen, met of zonder stemondersteuning in multimodale communicatie.

In deze context werden VIA's (variable impedandce actuators) ontwikkeld binnen SAPHARI, die wel eens de nieuwe standaard voor actuatoren zouden kunnen worden. Hiermee wordt immers een veilig en meegaand gedrag mogelijk door snelle mechanische aanpassing, zacht om stoten te kunnen absorberen, stijf om efficiënt energie te kunnen overbrengen. Ze zijn stijf wanneer ze traag bewegen, zacht wanneer ze snel bewegen. Men concentreert zich niet alleen op de ontwikkeling van aparte actuatoren, maar probeert ook meerdere variabele impedante actuatoren te integreren in het bovenlichaam of de lichaamsstructuur van de robot.

Samen efficiënter

De grootste opportuniteit voor cobots op de productievloer ligt in taken die geen echte waarde toevoegen zoals  materialen verplaatsen of het opzetten, plaatsen en configureren van onderdelen, waardoor de werknemers minder met dit soort taken belast zijn of minder bewegingen moeten maken. Eerder dan dat technologie mensen zou vervangen, worden  de sterke punten van mens en robot samengebracht om meer efficiëntie en productiviteit te bereiken dan elk apart kan verwezenlijken. Bovendien zorgt deze nieuwe situatie voor stof tot nadenken over nieuwe types van fabrieken en processen die deze nieuwe technologie incorporeren.

Ook Sirris bouwt mee aan deze fabriek van de toekomst en heeft hiervoor enkele state-of-the-art robots in huis gehaald, waaronder een Baxter-robot, een UR5-robot en een Robotiq 2-finger gripper. Deze infrastructuur staat ter beschikking van bedrijven voor testen.