Først levede de kun bag et hegn, men nu skal de slippes fri på fabriksgulvet, hvis danske virksomheders globale konkurrenceevne skal opretholdes og styrkes. I en føljeton over tre afsnit gør nogle af Danmarks førende eksperter og innovative virksomheder os klogere på, hvordan den nye generation af industrirobotter på en sikker måde skal kunne arbejde tættere sammen med mennesker.
Første afsnit i føljetonen forklarede, hvorfor robotsikkerhed er et højaktuelt emne: Føljeton: Robotterne skal ud af hegnet – hvis vi skal konkurrere globalt.
Andet afsnit i føljetonen handler om, hvordan verdens største legetøjsproducent, The LEGO Group forsker i nye sikkerhedsløsninger.
Den bevæger sig få centimeter fra din pande, mens den holder en sprøjtestøbeform på 750 kg. ud i strakt arm.
Kan de stærke, industrielle KUKA-robotter fungerer som cobots, når The LEGO Group skal samle og adskille deres dyre og tonstunge støbeforme? Og kan de samtidig lette arbejdet for operatørerne, som skal holde styr på de mange komponenter, der skal placeres i korrekt rækkefølge som et stort puslespil?
Arbejdet med sprøjtestøbeformene kræver mange tunge løft og gentaget arbejde for operatørerne, og det vil The LEGO Group gerne ændre på.
Legetøjsproducenten har derfor i fire år forsket i at fremme interaktionen mellem menneske og maskine sammen med Syddansk Universitet i MADE FAST. De har undersøgt, om nye sikkerhedsteknologier koblet på de klassiske orange KUKA-robotter kan blive det nye sort – eller fører til sorte tal på bundlinjen.
Lad robotten klare det hårde arbejde
Samlingen af sprøjtestøbeforme til at fremstille plastikklodser er en kompleks proces, som i dag bliver udført manuelt. MADE FAST-projektet førte til udviklingen af en demonstrator, hvor The LEGO Groups operatører i direkte interaktion med en robot kan samle flere støbeforme parallelt.
“Det anstrengende ved montagen er, at det er et tungt arbejde, og at der er mange dele. Medarbejderne skal lære instruktionerne udenad, eller også har de nogle papirudskrifter, som de skal følge. Det er faktisk nødvendigt med en masse træning for at lære operatøren at samle de her enheder,” forklarer professor Dr.-Ing. Christian Schlette, Head of SDU Center for Large Structure Production.
Han har sammen med et team stået for udviklingen af prototypen i MADE FAST i samarbejde med Alexandra Instituttet.
Målet med projektet var at få operatøren og robotten til at arbejde bedre sammen, og løsningen blev nogle AR-briller Microsoft HoloLens, der gør det muligt for operatøren at have hænderne fri.
“Vi kigger ind i en virkelighed, hvor operatører kan tage de digitale oplysninger med rundt på fabriksgulvet. Man kan tage briller på, og så kan man interagere med AR og få informationer fra systemet. Med brillerne skal du ikke hen til computeren og oversætte det, der står på skærmen. Brillerne forholder sig til virkeligheden og giver dig instruktioner og mulighed for at udbedre fejl. AR-systemet er meget generisk, og du kan f.eks. selv bestemme, hvilke parametre og farver der skal sættes ind,” forklarer Kaspar Rosengreen Nielsen, Principal Software Architect.
AR styrker samarbejdet
Det betyder, at operatører med brillen lave en digital oversættelse af den fysiske verden, da der ligger en hel masse data, som kan hjælpe. Med HoloLens’en får operatøren et virtuelt panel og en digital tvilling af robotten, som fortæller, hvad robotten gør. Når der bliver lagt et rødt lag omkring robotten, fortæller det operatøren, at nu sker der noget, og nu skal man træde et skridt tilbage. Den digitale tvilling kan også vise, hvor der f.eks. skal sættes skruer i.
“Vores løsning går direkte i databasen, hvor The LEGO Group opbevarer deres digitale beskrivelser af sprøjtestøbeformene, og ud fra det genererer vi automatisk robot-programmer, som hjælper operatøren. Det fortæller dem, hvilke knapper, de skal trykke på og viser, hvor der skal sættes plader og bolte på. Det er nogle af de unikke funktioner,” forklarer Christian Schlette.
Prototype kan bane vejen til et gennembrud
Ifølge Christian Schlette er arbejdet med prototypen dog stadig forskning og kan indtil videre kun anvendes i SDU’s laboratorium, da de nuværende standarder og lovgivning ikke tillader, at man implementerer den type af industrirobotter i produktionen. Det er kun tilladt at anvende cobots (kollaborative robotter), men cobots er ikke stærke nok til at løfte de nødvendige kilo, da de som tommelfingerregel kan løfte op til 20 kilo af sikkerhedshensyn.
Prototypen giver dog et indblik i, hvordan fremtidens hybridceller kunne se ud: ”The LEGO Groups prototype kunne godt være et konkret eksempel, der fik banet vejen for at tænke sikkerhed på nye måder. Jeg håber, demonstratoren kan føre til en industriel prototype, som kan bane vejen for et reelt gennembrud her,” siger Henrik Gordon Petersen, der er professor i robotteknologi på Syddansk Universitet og som de sidste fire år har ledet indsatsen ’Agile produktionssystemer’ i MADE FAST.
Selvom de nuværende regler om robotsikkerhed fra Dansk Standard giver frirum til nye typer af sikkerhedsløsninger ifølge ekspert (læs mere i føljetonens 1. afsnit), så er det svært at komme igennem nåleøjet, når vi taler dokumentation:
”Det er svært at se AR eller VR inden for de nuværende regler for sikkerhedsudstyr, der er meget stramme. Man skal kunne påvise, at der ikke kommer fejl, der kan være farlige for brugeren mere end én gang for hver 10 mio. driftstimer. Det er producenterne af de smarte briller endnu ikke klar til at love,” forklarer David Brandt, der er Technology Officer hos robotproducenten Universal Robots, hvor han de sidste 12 år har arbejdet med at sikre, at deres robotter er sikre og overholder gældende standarder og lovgivning.
Han er medlem af Dansk Standards udvalg for robotik S-850 og en del af ISO’s internationale komité for industristandarder.
Stort potentiale i hybridceller
Selvom risikovurderingerne er svære at leve op til, er der fortsat et stort potentiale i at anvende AR til at give operatøren indsigt i arbejdsopgaven og robottens intentioner – især hvis den kombineres med andre teknologier:
“Der er et stort potentiale i at lave de her hybridceller, hvor mennesker og robotter arbejder sammen, og her kan AR være en god hjælp til at styrke det her samarbejde, ved at man kan få mere at vide om, hvad robotten gør,” forklarer ph.d.-studerende Rasmus Skovhus Lunding fra Aarhus Universitet.
“Det kan også være relevant, hvis du har ti robotter på et produktionsgulv, hvor du skal have overblik over, hvilke robotter der kører, og hvilke der har brug for hjælp. Og når du kommer hen til robotten, så kan du få mere information om, hvad der er galt,” forklarer han.
Vi udnytter kun to procent af potentialet
Det potentiale bliver også bekræftet af Morten Boris Højgaard, Head of Incubation and Partnerships hos Universal Robots. Han regner med, at vi kun udnytter to procent af det fulde potentiale med kollaborative robotter.
“Der er stadig mange usikkerheder, men meget af potentialet ligger især hos SMV’erne, som måske ikke har pengene til at lave den her automatisering. Det kræver stadig mange ting, og det er kompliceret. Men vi mener, at AR er vejen frem til at styrke samarbejdet mellem menneske og robot. Man kan bruge AR til at vise realtime datadeling af mange af de væsentlige værdier som temperatur, acceleration og hastighed,” fastslår han.
Og det er helt oplagt at bruge værktøjet, når en robot f.eks. skal instrueres.
“Vi har bygget en prototype med AR, der viser, at man kan lave instruktionen af en robot ti gange hurtigere med AR, end hvis man benyttede traditionel simulering. Scanning og markering af en arbejdscelle tager kun et par minutter. Vi mener, at det er en nemmere tilgang, og det er også noget af det, vi arbejder videre med i et nyt projekt, hvor vi genbruger data,” forklarer Morten Boris Højgaard.
Tredje og sidste afsnit i føljetonen kaster lys over, hvordan SMV’en Inrotech, der er leverandør af fuldautomatiske svejserobotter, arbejder med nye løsninger inden for robotsikkerhed i MADE FAST. Læs det her.
Industrielle robotter vs. cobots
Cobots (kollaborative robotter) er designet til at kunne arbejde sikkert sammen med mennesker, det drejer sig oftes om mindre robotter i letvægtsdesigns da store robotter og høje payloads naturligt gør kravene til sikkerhed sværere at overholde. Cobots er ofte brugt til lettere, repetitive opgaver, hvor fleksibilitet og hurtig omstilling er vigtigere end at kunne løfte tunge genstande. Cobots er udstyret med sensorer og sikkerhedsfunktioner for at undgå skader, de er lette at programme og omstille til forskellige opgaver.
Industrielle robotter udfører opgaver uden direkte menneskelig interaktion såsom svejsning eller materialehåndtering – og arbejder derfor bag afskærmning eller hegn. De er derfor velegnede til tunge og farlige opgaver, og de industrielle robotter kan ofte løfte over 100 kilo. De er ofte komplekse at programme og omstille sammenlignet med cobots.
