Veilige samenwerking mens en robot centraal tijdens Automatica 2012
Onlangs werd in München de beurs Automatica gehouden. De beurs presenteert zich graag als ‘Leitmesse’ voor de roboticabranche en dat was te merken. Alle belangrijke spelers waren present, de ene concurrent met een nog grotere stand dan de andere. Duidelijk was in München te zien dat de robot volwassen geworden is en dat de industrie er in termen productie-efficiëncy, nauwelijks meer buiten kan. Opvallend was verder dat mens en robot steeds meer op elkaar gaan lijken en steeds beter samenwerken.
De trend naar een veilige samenwerking tussen mens en machine houdt aan, en weerspiegelt zich steeds meer in de bediening, zo werd tijdens Automatica 2012 duidelijk. Het aantal toepassingsmogelijkheden van robots in de industrie groeit, waardoor verschillende systemen steeds beter op elkaar moeten worden afgestemd. Moeten bijvoorbeeld een knikarmrobot samenwerken met een gereedschapmachine, dan zijn nu nog twee bedieningsterminals nodig. In de naaste toekomst zal daarvoor in de plaats een centrale userinterface komen die de bediening vereenvoudigt. Zo bleek Kuka nieuwe software te hebben ontwikkeld, Kuka CNC, waarmee CNC programma’s direct met de robotbesturing kunnen worden afgewerkt. Daarmee transformeert de robot tot een gereedschapmachine met open kinematica waarin de voordelen van een industriële robot met die van een CNC-besturing worden gecombineerd, aldus product manager Philip Kremer van Kuka. De bediening van de robot en de gereedschapmachine vloeien daarbij samen, waarbij de eenvoudige bediening van de complete machine centraal staat. Robots spreken daarbij de taal van de toepasser steeds beter.
Spelcomputer
Om het bedieningsgemak te verhogen heeft het Oostenrijkse bedrijf Keba zich laten inspireren door de spelcomputer. Uitgangspunt voor een nieuw bedieniningsapparaat was de Wii spelcomputer van Nintendo. Daarbij worden acties niet door een joy-stick aangestuurd, maar wordt de bedieningsconsole in de handen van de speler zelf een viruele tennisracket of stuurwiel. Ingebouwde bewegingssensoren maken dit mogelijk. Keba werkte twee jaar aan het concept en toonde in München het resultaat, de KeTop P10, een lerend bedieningsapparaat voor robots. Door bewegingen van de hand van de operator wordt aan de robot doorgegeven in welke richting hij moet bewegen, of om welke assen hij moet draaien. De operator hoeft daarbij niet langer in coördinaten te denken zoals bij het traditionele teach-in. Het product is inmiddels rijp voor serieproductie.
Afbeelding 1. De Care-O-Bot 3, prototype van een nieuwe generatie servicerobots. serveert zelfstandig drankjes.
Servicerobot verovert verzorgingshuizen
Op de stand van het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung bleek dat er meer is dan alleen industrierobots. Blikvanger daar was de Care-O-Bot 3, het prototype van een nieuwe generatie servicerobots. Hij serveert zelfstandig als interactieve butler drankjes en de bedoeling is dat hij in de toekomst ook de nodige huishoudelijke taken gaat verrichten, zoals tafeldekken en afruimen en schoonmaken (afbeelding 1). Middels een 3D camera en een kleurencamera genereert de robot van een voorwerp een computermodel, aan de hand waarvan het voorwerp voortaan ook vanuit andere gezichtshoeken kan worden herkend. Vervolgens wordt de robot bijgebracht hoe hij ‘voorzichtig’ met die voorwerpen moet omgaan. Ook hierbij gaat het erom dat de robot zo makkelijk mogelijk te bedienen is, ook op afstand. Dat een iPad daarbij behulpzaam kan zijn, daarvan zijn de ontwikkelaars inmiddels overtuigd. Hij wordt momenteel getest in verzorgingstehuizen in Duitsland.
Door het Fraunhofer IFF Magdeburg werd een industriële robot ontwikkeld met een speciaal focus op de samenwerking tussen robot en mens. De robot is volledig uitgerust met tactiele sensoren voor een betrouwbare botsingdetectie tussen mens en robot. Mocht de robot een persoon raken, stopt hij onmiddellijk. De robot is bovendien voorzien van een speciale dempende laag om eventuele botsingen uit te dempen nog voor de robot wordt uitgeschakeld. Het gaat een soort kunsthuid, gebaseerd op tactiele sensortechnologie.
Groeiende vraag vanuit algemene industrie
2011 was een goed jaar voor robotfabrikanten, vertelde Shinsuke Sakakibara, president van de International Federation of Robotics (IFR) tijdens een bijeenkomst op de beursvloer. Volgens de IFR zijn er in 2011 rond de 165 000 industrierobots verkocht, een toename van 30% ten opzichte van het jaar ervoor. Hoewel de autoindustrie nog steeds de drijvende kracht hierachter is, signaleerde Sakakibara een duidelijk groeiende interesse vanuit andere branches. Volgens een Duits marktonderzoek zal deze trend zich de komende jaren verder doorzetten. Volgens het onderzoek past in Duitsland momenteel elke tweede machinebouwer robots toe in zijn productieproces. Voor robotfabrikanten valt alles dat niet direct te maken heeft met de autoindustrie onder de noemer General Industry. Met name dit soort toepassingen werd in München getoond, een duidelijk signaal dat de autoindustrie aan dominantie verliest als het gaat om de toepassing van industrierobots. Goede tweede is inmiddels de elektro- en elektronicabranche, gevolgd door de chemie, de kunststoffenindustrie, alsmede de metaalbewerking. Kortom, de groeiende vraag naar flexibele automatiseringsoplossingen ontsluit voor robots steeds meer nieuwe toepassingen. Dit wordt nog eens ondersteund door de ontwikkelingen in de besturingstechniek en de sensortechniek. Safety speelt hierbij een belangrijke rol, vastgelegd in de ISO norm 10218-1, ‘Robots voor industriële omgevingen. Deel 1: Industriële robots’. Hierin worden de veiligheidseisen beschreven voor industriële robots, zodat deze veilig kunnen samenwerken met mensen. Veel werk op dit gebied wordt verzet door het Duitse Zentrum für Luft- und Raumfahrt, dat onderzoek doet aan lichtgewicht robots die door Kuka verder ontwikkeld worden. Bij de ontwikkeling van deze robots is van begin af aan gezocht naar een zo goed mogelijk samenwerking tussen robot en mens. Daarbij is opnieuw kritisch gekeken naar de gangbare veiligheidsconcepten, in het bijzonder naar de veiligheidsbesturingen.
En dan was er de firma Keba uit Oostenrijk die met een geheel nieuwe robotbesturing naar München was gekomen, de KeMotion. Bijzonder daaraan is de voorspellende baan- en bewegingsplanning ‘Intelligent Motion’. In dezelfde ruimte kunnen hiermee meerdere robots zo worden bestuurd dat dat ze elkaar niet in weg ‘lopen’. Daartoe worden de bewegingen van de robotarmen zo ingepland dat stilstand effectief wordt vermeden en de robots toch vloeiend en dynamisch kunnen blijven bewegen. Voordelen zijn: de productiviteit kan tot 10% stijgen, de mechanische systemen worden ontzien en minder onderhoud is nodig.
Hulphand
Iets heel anders was te zien op de stand van Festo: de Exohand (afbeelding 2), een handschoen ontworpen om de menselijke grijpkracht te verdubbelen. De handschoen moet de drager extra behendigheid geven bij het oppakken van moeilijke voorwerpen en extra grijpkracht geven waar nodig. De hand is een mooi voorbeeld van een zogeheten ‘mechanisch exoskelet', waarbij alle gewrichten en aandrijfunits zich buiten de hand bevinden in de vorm van een exoskelet. De vingers kunnen bewegen en de grijpkracht van de menselijke hand wordt ermee verdubbeld. De handbewegingen van de gebruiker worden in real time vertaald naar de robothand. De ExoHand gebruikt pneumatische actuatoren op iedere vinger om het bereik van een menselijke vinger te simuleren. Non-lineaire aansturingsalgoritmen werden toegepast met een CoDeSys-compliant besturing, wat resulteert in een exacte oriëntatie van de individuele vingergewrichten. De CoDeSys besturing zorgt voor de verwerking van posities en krachten en regelt vervolgens de juiste druk in de cilinders om de juiste vingerpositie en krachtuitoefening te realiseren. Het exoskelet past over een menselijke hand, maar ook over een kunsthand van siliconen. Festo ziet daarom ook toepassingen voor het op afstand uitvoeren van precieze handelingen, op plekken waar een mens teveel risico's zou lopen. Denk hierbij aan toepassingen in rampgebieden of binnen een laboratoriumomgeving.
Afbeelding 2. Festo toonde de Exohand, een handschoen die is ontworpen om de menselijke grijpkracht te verdubbelen.
Energiezuinige robotbesturing
Fanuc demonstreerde tijdens de Automatica voor het eerst de nieuwe robotbesturing R-30iB (afb. 3). Het gaat om een kleinere en energiezuinigere besturing die gebruiksvriendelijker is en compatibel met alle huidige programma’s. De nieuwe besturing is veel kleiner dan zijn voorganger. Verder is hij energiezuinig, efficiënter en is in staat indien gewenst om het vermogen dat vrijkomt bij het remmen van de motoren, te recupereren. De nieuwe controller is voorts uitgerust met verbeterde en meer uitgebreide functies en een eenvoudige ondersteuning via het “Help” menu. Bovendien is de” iPendant Touch” een stuk lichter en geoptimaliseerd voor 3D weergave. Op de nieuwe besturing kunnen alle bestaande programma’s functioneren zonder dat deze geherprogrammeerd moeten worden. Fanuc wist nog te melden dat het bedrijf vooruit loopt op de robot-hype door een nieuwe robotfabriek te bouwen waarmee de productiecapaciteit tot 5000 robots per maand wordt verdubbeld.
Vision in de lift
Bedrijven die zich specialiseren op het gebied van de industriële beeldverwerking hebben het in 2011 goed gedaan, aldus het VDMA-Fachverband Robotik & Automation tijdens de Automatica. Duitse bedrijven tekenden in 2011 voor € 1,5 miljard, 20% meer dan het jaar ervoor. De autoindustrie is nog steeds de grootste drijvende kracht achter deze omzetgroei. Strenger wordende kwaliteitseisen zorgen voor nieuwe ontwikkelingen als 3D meettechnieken in de productielijnen waarmee de ruwe carrosserieën tijdens het productieproces kunnen worden gemeten en de meetresultaten direct teruggekoppeld kunnen worden voor optimalisatie van de kwaliteit. Meerdere bedrijven presenteerden zich met 3D beeldverwerkingsoplossingen. Zo demonstreerde Festo een oplossing met behulp van laser triangulatie, waarbij een laser een dunne lijn projecteert op het te meten object waarna een camera daaruit 2D beelden samenstelt. Zo worden hoogteprofielen vastgelegd en tot een 3D profielbeeld samengesteld op basis waarvan afwijkingen worden vastgesteld. Op de beurs was ook te zien dat industriële beeldverwerking steeds belangrijker wordt bij het inspecteren van oppervlakken. Zo toonde Fusion Systems een beeldverwerkingsysteem voor de inspectie van cilinderkopafdichtingen. Daartoe is speciale testsoftware ontwikkeld die samen met een uitgekiende belchting en hogeresolutie camera voor hoge betrouwbaarheid zorgt.
China ook in de race
Een belangrijk gespreksthema in München was China, zowel wat betreft de afzet van robots, als wat betreft concurrentie. Volgens cijfers van de IFR realiseerde China in 2011 met 51% de grootste groei in robotverkopen. In totaal werden vorig jaar 22 600 industrierobots aan China geleverd. De verwachting is dat China in 2014 wereldwijd de grootste robotmarkt zal zijn. De vraag naar robots zou daar door toenemende automatisering wel eens kunnen oplopen tot 4 miljoen stuks. Die toenemende automatisering wordt vooral veroorzaakt door oplopende loonkosten. Maar de noodzaak om, al dan niet onder druk van de media, de arbeidsomstandigheden van de Chinese werkers te verbeteren speelt een rol. Zo kondigde Foxconn, dat op grote schaal voor Apple werkt aan de montage van iPads, onlangs aan flink in robots te willen investeren; het bedrijf is momenteel in gesprek met Kuka over de aankoop van montagerobots. Overigens was er op de Automatica geen Chinese aanbieder van robots te bekennen. Wel kwam ik daar een Deense fabrikant tegen die redelijk geprijsde en makkelijk te bedienen robots aanbiedt, Universal Robots. Het bedrijf toonde lichtgewicht robotarmen, de UR5 voor een draagbelasting van 5 kg en een tweede variant, die 10 kg aan kan. Vanaf zo’n € 20 000 kunt u in Denemarken aldus een complete industrierobot aanschaffen. Door deze vervolgens uit te rusten met beeldverwerkingssoftware en een conveyorlijn kunt u een complete automatiseringsoplossing bouwen en die vervolgens gaan verkopen, zoals inmiddels het Duitse bedrijf Attentra doet.
Afbeelding 3. Fanuc toonde tijdens de Automatica de nieuwe robotbesturing R-30iB.
Wat de Automatica dit jaar in elk geval duidelijk maakte was dat bedrijven de overstap naar robotondersteunde productie en montage steeds makkelijker maken. De drempels worden alleen maar lager door lagere aanschafkosten en eenvoudiger bediening van de robots. De dominantie van de autoindustrie is aan het afnemen, ook in de rest van de industrie stijgt het aantal robottoepassingen. Hoe dit zich de komende jaren verder ontwikkelt kunnen we zien over 2 jaar bij de eerstvolgende Automatica 2014, weer in München.