24/11/2017
Door Liam van Koert
Sensoren zijn er in alle soorten en maten. Je kan de grootheid zo gek niet bedenken, of er is wel een sensor die hem kan meten. En met de honger naar data, de drang om steeds meer te automatiseren en de voortschrijdende inzichten in natuurkunde, chemie en biologie groeit het aantal sensoren in de wereld explosief. Ook de robot kan hier zijn voordeel mee doen. En steeds specialistischer en betere zintuigen gebruiken.
In de wereld van de industriële automatisering hebben machines sensoren nodig om hen van de juiste informatie te voorzien. Deze worden gebruikt om een taak op de juiste manier te volbrengen. Bijvoorbeeld de robot. Deze krijgt ogen om te kijken waar hij zich – met zijn gereedschap –in de ruimte bevindt, om iets te kunnen oppakken, aanbrengen of bewerken. Tegelijkertijd kijkt hij of er niemand te dicht in de buurt komt en ‘voelt’ hij – in het geval van een cobot – of hij wordt aangeraakt of niet. Het is slechts een kleine greep uit de gevoelige wereld van de robotcel.
2D-vision
2D-visionl behoeft nauwelijks introductie. Kort door de bocht verstaan we onder 2D-vision een camerasysteem dat bijvoorbeeld kan worden gebruikt de positie van een bewegend onderdeel te bepalen. Meestal betreft het een slim camerasysteem, wat wil zeggen dat de beeldacquisitie en bijbehorende berekeningen in de camera plaatsvinden en de coördinaten aan de robotbesturing worden doorgegeven. Een bekend 2D-vision beeld is de deltarobot die boven een transportband tot 100 picks per minuut met een ongestructureerde productstroom (van dezelfde hoogte) in de weer is. Maar uiteraard kan 2D-vision ook prima overweg met andere type robots, gebruikt worden voor kwaliteitscontrole (vaak in combinatie met OEE), of worden ingezet voor het aansturen van logistieke stromen door het lezen van een QR-code.
3D-vision
Een wat recenter fenomeen – althans in de praktijk – is 3D-vision. Met 3D-vision weet de robot veel preciezer waar hij in de ruimte is door gebruik te maken van stereobeeld (twee camera’s onder een hoek), lasertriangulatie en sinds enkele jaren ook time of flight. Door deze wetenschap kan hij met veel meer ‘ongestructureerdheid’ overweg. Bijvoorbeeld met producten die in een krat (bin) gekieperd zijn en er een voor een uitgehaald moeten worden, of met allerlei verschillende producten tijdens een Amazon picking challenge. Robots met 3D-vision zie je dan ook vaak als hulpje bij bewerkingsmachines, waar ze al binpickend een machine beladen, maar ook in de agro/food waar ze bijvoorbeeld rozen knippen of komkommers plukken. Ook is het met 3D-vision mogelijk hoogt informatie uit een proces te destilleren voor bijvoorbeeld een kwaliteitsmeting of het bepalen van het volume. In het geval van een robot die vis snijdt sla je zo twee vliegen in één klap: op elk bakje komt evenveel gewicht.
Torsiekrachtsensor
Waar vision de robot ogen geven, geven torsiekrachtsensoren de robot gevoel. Door in de gewrichten van de robot te meten wat de optredende torsiekrachten zijn, kunnen ook op andere plekken van de robot de reactiekrachten worden bepaald. Vaak wordt er een torsiesensor bij de pols, dus voor het gereedschap geplaatst om de in het gereedschap optredende krachten te kunnen monitoren en begrenzen. Ook is het mogelijk torsiekrachtsensoren te gebruiken voor het teachen van de robot. De kinematica van de robotbeweging, dus niet alleen de tooltipposities en bijbehorende asstanden, maar ook de snelheid van bewegen, kan dan worden ‘aangeleerd’ door de robot bij de hand te nemen.
Botsingsdetectie
Een bijzondere krachtmeting is de zogenoemde collision detection. Het botsen van de robot wil je natuurlijk ten alle tijden voorkomen. Omdat het gereedschap of de robot kan beschadigen, maar natuurlijk ook voor de veiligheid van de operator. Vooral voor de collaboratieve robot zijn dergelijke sensoren van belang. En ze zijn er in verschillende soorten en maten. Zo kunnen er sensoren in de robot worden ingebouwd die een botsing detecteren. Sommige gebruiken hiervoor accelerometers, sommige gebruiken current feedback metingen. In beide gevallen wordt het noodstopcircuit ingeschakeld als de ingestelde grens wordt overschreden. Ook komen er met de opmars van de cobot steeds meer tactiele systemen op de markt. Zachte pads, of zelfs hele robotjassen die de impact minimaliseren, detecteren een drukverschil en dus een botsing, waarop de robot stilstaat.
Veiligheidssensoren
Natuurlijk is het mooi wanneer de robot stil staat (of zelfs een beetje terug beweegt) wanneer hij tegen je aan botst. Maar afhankelijk van de massa die hij in zijn handen heeft en de snelheid waarmee hij beweegt, kan je nog steeds een aardige optater krijgen. Wat dat betreft is het soms beter toch enige afstand tot de robot te bewaren. Hiervoor komen tal van veiligheidssensoren om de hoek kijken die als grensbewaker van een robotcel kunnen optreden. Sensoren in de deur in het hekwerk, lichtschermen, matten, of zelfs 3D-camerasystemen die een virtueel hekwerk plaatsen, het is allemaal te koop.
Sensoren in grijpers
Een van de meest voorkomende taken van een robot is nog steeds het handelen van producten. Dit gebeurt in de regel met een grijper. Ook deze grijper kan van een sensor worden voorzien. Bijvoorbeeld om te meten of dat hij open of dicht is. Of voor een sensor om te voelen of het onderdeel daadwerkelijk gepakt is. Steeds wordt er bij grijpers echter servotechnologie in plaats van pneumatiek ingezet. Hierdoor kunnen ook grijpers van een krachtsensor worden voorzien en kunnen zowel grijp positie als kracht via de robotbesturing worden ingesteld.
Meten is niet meteen weten
Natuurlijk is er geen enkele reden om ook andere typen sensoren met een robot toe te passen, mocht de applicatie dit vragen. Een meetsysteem om een lasnaad te volgen bijvoorbeeld. En dan hebben we het nog niet eens gehad over de sensoren in de periferie (van fotocellen tot encoders) of de sensoren die in niet industriële robots opduiken.
Wat het ook is dat de robot moet weten, de prestaties staan of vallen met de kwaliteit van de meting en de interpretatie van de data. Een gedegen kalibratie hoort erbij en het in context chocolade maken van alle afzonderlijke meetwaarden is niet altijd gemakkelijk, maar wel essentieel. Gelukkig worden we hierbij in toenemende mate bijgestaan door software, die ons bijvoorbeeld wat kan vertellen over de gezondheid van de robot. Maar dat is een dusdanig omvangrijk onderwerp, dat dit een heel eigen artikel verdient.