Inzet van (hybride) collaboratieve robots in de voedingsindustrie?

Bijna een decennium geleden werd de technologie van collaboratieve robots ontwikkeld. Tegenwoordig zijn er wereldwijd zo'n 30 fabrikanten, waarbij het meestal om kleine robots gaat met een payload tot 7 kg, die zich focussen op eenvoudige manipulatietaken. Succesfactoren zijn de eenvoudige bediening en het feit dat deze robots geknipt bleken voor nieuwkomers in robotica. Het optimisme dat hieruit volgde, heeft heel wat nieuwe gebruikers gemotiveerd om hun eerste stappen te nemen, zich vertrouwd te maken met de technologie en de toepassingen met robots meer pragmatisch te benaderen.

Sommige nieuwe toepassingen waren niet geschikt voor conventionele robots, omdat deze hiervoor te groot, onvoldoende flexibel of te duur waren. Industriële gebruikers zetten deze nieuwe technologie steeds meer in om de vervelende beveiligingshekken kwijt te raken die gepaard gaan met vereisten in ruimte en extra kosten in traditionele robotcellen. Door hun kerntaken (eenvoudige handling) zijn cobots kosteneffectief, flexibel en makkelijk te implementeren.

Cobots kunnen aanzien worden als de volgende stap in de evolutie van de conventionele robots, aangezien ze het verzoenende vooruitzicht bieden van mens en machine die niet langer concurrenten zijn in de slimme digitale fabriek van de toekomst, maar zij aan zij zullen werken. Dit wil niet zeggen dat industriële robots in hun cellen tot het verleden behoren, eerder dat cobots hen zullen aanvullen.

Na de zoektocht om collaboratieve robots te implementeren is men nu vooral op zoek naar 'effectief bruikbare toepassingen': toepassingen waarin de interactie tussen mens en robot reële voordelen biedt. Het gaat er dus niet meer om de cobots aan gelijk welke kostprijs te introduceren, maar de meest geschikte robotoplossing te vinden per toepassing.

Veiligheid

Ook op het vlak van veiligheid in de mens-robot-interactie bleek nog heel wat werk aan de winkel. Vandaag spreken we niet langer van een veilige robot, maar van een veilige toepassing. Een individuele veiligheidsbeoordeling moet uitgevoerd worden voor elk werkstation met robot. Het gaat hierbij niet alleen om de robot zelf, maar om de volledige situatie van de werkplek (positie, bewegingsrichtingen, snelheden, grijpers/gereedschappen, werkstukken, installatie, veiligheidstechnologie) en dit voor elk individueel geval, uitgevoerd door een certificeringsinstantie. In de industrie is het bekend dat 80 procent van alle 'collaboratieve' robots eindigen achter een veiligheidsvoorziening - in vele gevallen is dit een veiligheidshek.

Hoe kan een robot echter veilig zijn in de buurt van mensen en tegelijk bijna zo snel zijn als we gewoon zijn van klassieke robots? Het antwoord heet 'hybride collaboratieve robot': een volwaardige industriële robot die enerzijds aan een hoge snelheid kan werken, maar vertragen tot een veilige snelheid van zodra een persoon in de directe omgeving van de werkplek komt. Standaard veiligheidsvoorzieningen worden gebruikt om te detecteren of iemand al dan niet aanwezig is via een laserscanner, veiligheidsgordijn of mat. Deze technologie is nodig in heel wat projecten, met of zonder samenwerkende robot, om gevaren door spaninrichtingen, grijpers of werkstukken op te vangen. Op die manier kan ze ook ingezet worden om de robot in een andere modus te zetten.

De tijdspanne van mens-robot-interactie in verhouding tot de totale cyclustijd is essentieel bij het ontwerpen van een werkstation:

Permanente mens-robot-interactie : als robots en mensen permanent samenwerken, als snelheid geen doorslaggevende factor is of er nog mensen langs de robot voorbij moeten, dan zijn cobots wellicht het geschikte concept. Cyclustijden zijn dan niet het voornaamste doel, maar eerder de synergistische effecten die bereikt worden via slim parallel- of coöperatief werk tussen mens en robot, bijvoorbeeld voor ondersteunende taken.

Tijdelijke mens-robot-interactie : als er langere fases zijn waarin mensen en robots samenwerken en andere fases zijn waarin er geen mensen aanwezig zijn, zijn hybride collaboratieve robots een zinvolle optie. Zo ook voor een werkstation midden in een doorgang waar werknemers passeren met onvoorspelbare frequentie en duur van passage.

Minimale mens-robot-interactie : als de interactie tussen mens en robot beperkt is tot een zeer korte tijdspanne (bijvoorbeeld het laden en lossen van werkstukken), dan zijn klassieke industriële robots meestal de meest zinvolle optie. Ze stoppen wanneer een persoon aanwezig is, maar maken voor de rest van de tijd ten volle gebruik van hun snelheidsvoordeel.

Kosten

In vergelijking met een klassieke industriële robot is een collaboratieve robot goedkoper in aankoop. Het volledige plaatje moet echter worden bekeken. Zo moet de payload (draagvermogen) en de performantie in acht worden genomen. Voeg hierbij de kosten voor een collaboratieve grijper in plaats van een eenvoudige 2-vingergrijper, een ontwerp van de apparatuur om kwetsuren te voorkomen, opleiding van de operatoren om de cobot te bedienen, toegangs- en veiligheidstechnologie en de nodige veiligheidsbeoordelingen en het wordt duidelijk dat een werkstation met collaboratieve robot in de industrie algemeen genomen even duur of duurder zal uitvallen dan een traditionele robotcel.

Eenvoudige bediening

Een groot voordeel van collaboratieve robottechnologie is de vereenvoudigde bediening, parameterisering en programmering, in het bijzonder de intuïtieve manuele begeleiding, maar ook het tablet-achtige herontwerp van de robotsturingseenheid, in vergelijking met de klassieke menu-gebaseerde of code-gebaseerde manuele bedieningsapparatuur (teach pendant).

Elk van de drie technologieën heeft zijn voor- en nadelen: manuele begeleiding is goed bij frequente aanpassingen van eenvoudige pick-&-place-toepassingen, maar het is nauwelijks mogelijk om op die manier processen met lasers of trajecten tot op een honderdste van een millimeter nauwkeurig aan te leren met bevende handen. De klassieke apparatuur die met de hand wordt vastgehouden biedt volledige functionaliteit en is de keuze bij uitstek voor ervaren robotprogrammeurs indien de toepassing zelden wordt geherprogrammeerd en de volledige logica, functie en opdrachtenbereik van de robotsturing moeten worden gebruikt. Een tablet-gebaseerde gebruikersinterface is dan weer een leuk medium voor de 'app-generatie'.

Eenvoudige inbedrijfstelling en integratie

Filmpjes over het uitpakken van de cobot, e-learing, FAQ's, how-to-blogs, plug & play: dit is allemaal te vinden in de wereld van collaboratieve robots en biedt basiskennis en vereenvoudigt de inbedrijfstelling voor onervaren gebruikers en systeemoperatoren. Jammer genoeg en ondanks alles kunnen zeer weinig werkstations met robots in de (voedings-)industrie eenvoudig bij elkaar samengebouwd worden zonder de nodige ervaring.

Besluit

Collaboratieve robots bieden mogelijkheden voor toepassingen waarin werkelijke mens-robot-interactie is vereist, waaronder nieuwe applicaties waarvoor klassieke robots voorheen te groot of economisch niet interessant waren. Verdere ontwikkeling is echter vereist, waaronder het verhogen van de payloads, een betere bedienbaarheid van alle robotsystemen, de ontwikkeling van plug-en-play-ecosystemen, ...

Cobots zullen klassieke robots dus niet vervangen, maar ze eerder aanvullen, een nieuw element betekenen in de gereedschapskist van flexibele automatisering, die eerst en vooral technologieneutraal is, gebonden aan een intelligente, geschikte en economische oplossing, en niet aan de onvoorwaardelijke implementatie van collaboratieve robottechnologie.

In het kader van ColRobFood, een project voor de voedingsverwerkende industrie, bouwt Sirris in samenwerking met Flanders’ Food meerdere testopstellingen (proofs of concept) gebaseerd op reële situaties van de bedrijven uit de gebruikersgroep van het project. Meer informatie over deze testopstellingen? Neem contact op met Filiep Vincent van Sirris of Michèle Kint van Flanders’ Food.