Vuorovaikutteinen robotiikka – avain piensarjatuotannon automaatio-ongelmiin?

Robotiikka on ollut voimakkaasti otsikoissa viimeisen parin vuoden aikana.  Esimerkiksi Frost & Sullivan on listannut robotiikan yhdeksi tulevista megatrendeistä. Robotiikan odotetaan kehittyvän samanlaiseen asemaan kuin internet. Odotukset robotiikalta ovat kovat erityisesti eurooppalaisen ja kotimaisen valmistavan tuotannon tehostajana.

Robotiikan avulla eurooppalaista tuotantoa

Robotiikkaan tuotannossa suhtaudutaan kaksijakoisesti – toisaalta odotetaan paljon tuotannon tehostumista, mutta toisaalta pelätään työpaikkojen vähenemistä. Robotiikan avulla tuotannon tehostaminen ei tarkoita työpaikkojen katoamista vaan tehostuneen tuotannon myötä työpaikat voivat säilyä, uusia muodostua ja lisäksi työn luonne muuttuu teknisemmäksi. Robotiikka siis mahdollistaa myös tulevaisuudessa eurooppalaisen tuotannon alhaisempien työkustannusten maiden tuoman kilpailun paineessa.

Teollisuusrobotti ja ihminen

Teollisuusrobotiikassa on noussut esille uutena ilmiönä ihmisen ja robotin yhteistyö termeillä vuorovaikutteinen robotiikka, kollaboratiivinen robotiikka tai interaktiivinen robotiikka. Nämä tarkoittavat ihmisen ja robotin työskentelyä yhtä aikaa ja samassa työtilassa. Ihminen voi olla jopa fyysisessä kontaktissa robotin kanssa. Vuorovaikutteisuudella ihmisen hahmottamis- ja päättelykykyä saadaan hyödynnettyä tehokkaasti.

Uudet standardit mahdollistajana

Vuorovaikutteisen robotiikan vienti teollisuuden käytäntöön on tullut mahdolliseksi uusien robotiikan turvastandardien myötä, joista voidaan poimia erityisesti ISO/TS 15066. Se luokittelee vuorovaikutteiset toiminnot neljään kategoriaan: turvaluokiteltu valvottu pysäytys, käsin ohjaaminen, nopeuden & etäisyyden seuranta ja tehon & voiman rajoitus. Näiden puitteissa robottia ei enää tarvitse eristää muusta toimintaympäristöstä esimerkiksi häkkeihin.  Robotin suorittaessa automaattista ohjelmaansa ihmisen tulo robotin työalueen läheisyyteen tai jopa työalueelle ei tarvitse johtaa robotin ohjelman hätä-seis -pysäytykseen vaan liikenopeuksien alentamiseen ja tarvittaessa pysäyttämiseen. Ihmisen poistuessa alueelta robotti voi jatkaa toimintaansa normaalisti. Lisäksi jos robotin voimantuotto on riittävän pieni ja se reagoi kosketukseen ja törmäyksiin, se voi sellaisenaan toimia samassa työtilassa ihmisten kanssa. Toki on huomioitava robotin työkalun mahdollisesti aiheuttamat vaaratilanteet.

Tulevaisuuden konseptista ketterään piensarjatuotantoon

Paljon täytyi aikaa kulua ennen kuin teknologia ja erityisesti standardit kehittyivät käytännön edellyttämälle tasolle. Profesori Aarne Halme, silloin Oulun yliopistossa toimiessaan ja myöhemmin Teknillisessä Korkeakoulussa automaatiotekniikan professorina pitkään toiminut kotimainen robotiikan merkkihenkilö, esitteli vuorovaikutteisen robotiikan jo 80-luvun alkupuolella. Itse käytin tämän kirjoituksen otsikkoa konferenssiesitelmäni otsikkona vuonna 1987. Nyt vuorovaikutteinen robotiikka nopeuttaa ja tehostaa tuotantoa. Työtehtävien ohjelmointi on nopeampaa ja automaattinen tai puoliautomaattinen ohjelmien suorittaminen mahdollista.  Nämä ovat keskeisiä tekijöitä ketterässä piensarjatuotannossa, missä uusia tuotteita otetaan tuotantoon jatkuvasti ja sarjakoko on muutaman kappaleen luokkaa tai jopa yksi.

Edulliset voimarajoitteiset robotit

Markkinoille on tullut useita voimarajoitteisia robottimalleja, kevyitä niin kutsuttuja desktop- robotteja, joiden toistotarkkuus on parhaillaan millin sadasosien luokkaa. Näiden robottien hinta voi olla jopa alle 20000 euroa. Tämä tarjoaa mahdollisuuden robotti-investointiin huomattavasti aiempaan alemmilla kustannuksilla. Voimarajoituksen takia robottia ei tarvitse turvallisuussyistä eristää häkkiin. Näiden voimarajoitteisten robottien nopeudet ovat kuitenkin selkeästi perinteisiä teollisuusrobotteja alhaisempia. Lisäksi edullisemmista materiaali- ja komponenttiratkaisuista johtuen, niiden teholliset käyttötunnit voivat jäädä perinteisiä teollisuusrobotteja alhaisemmiksi.

Robotti_opettaminen

VTT:n kehittämän voimaohjaussauvan avulla ratojen opettaminen on nopeaa

Robotin opettaminen

Vuorovaikutteisessa robotiikassa ihminen tulkitsee robotille ja sen sensoreille ympäristöä osoitinlaitteella osoittamalla tai yksinkertaisilla merkkausmenetelmillä kuten tunnistetarroilla. Ihminen kertoo robotille mikä ympäristössä on mitäkin ja esimerkiksi mikä on robotin kohdekappaleen hiottava pinta. Robotin ratojen ohjelmointi voidaan tehdä myös näyttämällä radat suoraan robottia taluttamalla kappaleiden tartunta- ja irrotuspisteisiin, tai näyttämällä käsittelyradat kuten esimerkiksi hiontaradat työkalu robottiin kiinnitettynä ja kontaktissa kappaleeseen. Tämä voidaan tehdä myös tallentamatta robotin ratapisteitä, jolloin erityisesti raskaiden kappaleiden siirtelyssä robotti toimii tällöin taitavana kuormankannattimena. Jopa raskaiden kappaleiden kokoonpano on mahdollista samalla periaatteella. Ihmisoperaattori tarttuu robotin ranteeseen tai siirrettävään taakkaan kiinnitetystä ohjauskahvasta ja taluttaa robotin tarttumaan kappaleeseen ja kohdepaikkaan irrottamaan kappaleen. Vuorovaikutteisessa kappaleiden käsittelyssä tai ratojen opetuksessa on välttämätöntä, että robotti on varustettu kontaktivoimat tunnistavalla anturilla ja vastaavalla voima-/momenttisäädöllä.

VTT vuorovaikutteisen robotiikan edelläkävijä

Vuorovaikutteiseen robotiikkaan liittyvät teknologiat ovat vahvasti esillä VTT:n robotiikka-agendassa. Kappaleiden ja ihmisten havainnointiin ja tunnistamiseen on kehitetty menetelmiä ja langattomia teknologioita, joita on liitetty robottien ja robottijärjestelmien ohjaukseen tuottamaan joustavuutta ja turvallisuutta. Vuorovaikutteinen robotiikka on lupaava lähtökohta joustavan piensarjantuotannon automaatioon tarpeisiin. VTT on valmiina vastaamaan yritysten asettamiin haasteisiin.

Tapio

 

Tapio Heikkilä

Johtava tutkija

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s