08/01/2015
Door Liam van Koert
Het is al weer veertig jaar geleden dat ABB de IRB 6 aan het grote publiek toonde. Het was de eerste volledig elektrische robot die werd aangestuurd met een microprocessor. Wat is er sindsdien veel veranderd. Een overzicht van de hoogtepunten van veertig jaar industriële robotica en wat voor moois er voor 2015 nog in het verschiet ligt.
Het is 1961. George Devol en Joseph Engelberger verkopen hun eerste Unimate robot aan General Motors. Ondanks de start van hun bedrijf vijf jaar eerder, wordt dit moment door vele robotevangelisten gezien als startpunt van een rijk industrieel robottijdperk. Unimate is een hydraulische machine die wel raad weet met de gloeiend hete gietstukken van de GM-fabriek in New Jersey. In tegenstelling tot sommige geluiden vandaag zijn de menselijke collega’s maar wat blij dat hen dit gevaarlijke werk uit handen wordt genomen.
In de daarop volgende jaren zijn er mondjesmaat steeds meer robots in tal van fabrieken te vinden, met de automotive sector als grote kartrekker. Zo introduceert het Noorse Trallfa in 1967 de eerste hydraulische verfrobot en kickstart in datzelfde jaar de samenwerking tussen Unimate en Kawasaki de robotindustrie in automotive Japan.
De elektronische revolutie
Ondertussen zit men ook in Zweden niet stil. Onder de vlag van ASEA werkt Björn Weichbrodt aan een volledig nieuw concept: een robotarm die niet hydraulisch of pneumatisch wordt aangestuurd, maar volledig elektrisch is en gebruik maakt van een van Intels eerste microchips. Het resultaat is de IRB 6: een vijfassige robot met een zeer kleine footprint en een payload van 6 kilogram. Het slimme samenspel van de unieke assenconfiguratie en de grote snelheid en nauwkeurigheid door de nieuwe besturing verheffen de bijna menselijke arm al snel tot nieuwe standaard. De eerste IRB in 1974 wordt ingezet voor het polijsten van roestvrijstalen buizen, maar de nieuwe toepassingen laten niet lang op zich wachten. Zo volgt in 1982 de IRB 90, een variant die speciaal is ontwikkeld voor puntlassen. Met een extra zesde as en een geïntegreerde doorvoer voor water, lucht en elektra is een revolutie in de wereld van het puntlassen - en later ook het booglassen - onvermijdelijk.
Procesintegratie: een verfvoorbeeld
De opkomst van de lasrobot is een schoolvoorbeeld van de integratie van proceskennis in het robotdomein. Een ander vakgebied waar een dergelijke integratie snel opkomt is het verven van carrosserieën. Dit blijft ook ASEA niet onopgemerkt. In 1985 volgt een overname van eerder genoemde verfpionier Trallfa en wordt hun verfexpertise met de volledig elektrische en vaste ‘arm van de meester’ gecombineerd. Het resultaat is de TR 5000 die nog hetzelfde jaar op de markt komt. Proces- en robotinnovatie blijken elkaar niet alleen aan te vullen, maar ook te versterken. Zo komt ABB (ASEA fuseert in 1988 met het Zwitserse Brown, Boveri & Cie) begin jaren negentig met het CBS-systeem (Cartridge Bell System). Hierbij gebruikt de robot verfcartridges die snel kunnen worden uitgewisseld. Het gebruik van oplosmiddelen wordt flink teruggebracht en er kunnen veel meer kleuren worden gekozen. De meest recente verfontwikkeling is de IRB 5500 FlexPainter. Deze unieke robot krijgt een enorm werkgebied waardoor slechts twee, in plaats van vier, verfrobots nodig zijn om een hele carrosserie te verven.
Robotmechanica
De kracht van het antropomorfische ontwerp van de oorspronkelijke IRB 6 kan niet genoeg worden benadrukt. Niet alleen is het kinematische model door veel robotfabrikanten overgenomen, ook staat het nog steeds aan de basis van elke ABB-robot. Eigenlijk zijn voor wat betreft kinematica alleen zaken als snelheid, precisie en werkgebied verbeterd. Belangrijkste wijzigingen zijn de spellingsvrije tandwielkasten in de ‘ heup‘ en de ‘schouder’ die hebben plaatsgemaakt voor een spindelaandrijving. Ook zijn alle DC-motoren door AC-motoren vervangen. Naast de betere kinematica hebben hierdoor ook het vermogen, de levensduur en het gebruikersgemak een flinke boost gekregen.
Modulaire pionier
Wie een robot wil, wil bovenal flexibiliteit. Het is een van de grote strepen die de robot voor heeft op elke andere ‘ single purpose’ machine. In 1991 komt ABB daarom met een lichtvoetige zware jongen: de IRB 6000. De nieuwe robot heeft een payload van 150 kilogram en is speciaal ontwikkeld voor zowel puntlas- als handlingtoepassingen. Dit duale karakter krijgt ABB voor elkaar door gebruik te maken van een nieuw concept: modulariteit. Gebruikers kunnen nu zelf de voet-, arm- en polsmodules combineren, zodat de robot perfect aansluit bij hun applicatie. Het is een principe dat ABB nog altijd hanteert. De gedurfde nieuwe benadering heeft succes en vooral als puntlasrobot is de IRB 6000 een grote hit. Inmiddels is de IRB 6700 de nieuwste zware jongen in het 150 – 300 kilogramsegment. Ondanks de grotere payload is hij robuuster dan ooit: de mean time between failures (MTBF) is maar liefst 400.000 uur. Bovendien is hij energiezuiniger dan ooit. In een tijd waar terecht meer en meer naar Total Cost of Ownership wordt gekeken, kan niet anders dan geconcludeerd worden dan dat modulariteit loont.
Gebalanceerde voorspelbaarheid
Behalve voor het weer, is de afgelopen veertig jaar het voorspellend vermogen van de mens enorm toegenomen. Geen glazen bollen, maar slimme algoritmes gekoppeld aan steeds meer rekenkracht, zorgen dat we ook in fabrieksautomatisering steeds sneller en beter weten waar we aan toe zijn. Hier schuilt echter wel een minder vaak besproken addertje onder het gras: de zogenoemde ‘dressing’ van de robot. Hoe beïnvloeden de kabels en slangen van een geïntegreerde robotapplicatie namelijk de kinematische herhaalnauwkeurigheid? En wat voor invloed heeft het toenemende aantal draaiuren op de slijtage van deze onderdelen? Natuurlijk kan men wachten op betere modellen en materialen, of kan men besluiten het hele slangenpakket inwendig weg te werken voor maximale zekerheid. Dit laatste is een kostbare aangelegenheid en met het oog op TCO niet altijd de beste keuze. De engineers van ABB Robotics komen daarom met LeanID. Het is een methode die recht doet aan modulariteit en een optimale balans vindt tussen inwendig weg te werken kritieke doorvoeren, enerzijds, en footprint, werkgebied, cyclustijden en onderhoudsintervallen anderzijds. Zelfs wanneer modellen en processoren krachtig genoeg zijn om het weer maand op maand goed te voorspellen, zal LeanID een waardevol gereedschap blijven. Het nauwkeurig kunnen voorspellen van onderhoudsintervallen levert namelijk altijd een kostenbesparing op.
Klein maar fijn
In de loop der jaren zijn er ook steeds meer kleine robots gekomen. Dat ook hier de specificaties almaar indrukwekkender worden, bewijst ook de kleinste alleskunner van ABB: de IRB 120. De kleine knikarmrobot weegt slechts 25 kilogram en heeft een payload van 3 kilogram (of 4 kilogram voor een vertical pols) bij een bereik van 580 mm. De IRB 120T is een variant voor zeer snelle pick & place toepassingen. Door de snelheid van as vier, vijf en zes flink op te krikken, zijn 25 procent kortere cyclustijden haalbaar. En dit alles zonder in te boeten aan precisie. Een herhaalnauwkeurigheid van 10 micrometer kom je in deze klasse zelden tegen.
Pick & Place
Een passage in de rijke ABB-geschiedenis die zeker niet mag ontbreken is natuurlijk de IRB 340 FlexPicker. Het was in 1998 de eerste deltarobot die door menig producent van voedingsmiddelen of elektronica wordt omarmd. Het unieke kinematische model biedt dan ook een indrukwekkende 10 G versnelling en 150 picks per minuut, ver voorbij de menselijke maat.
Met het vervallen van het patent van ABB heeft menig robotfabrikant de deltarobot geadopteerd. Maar ABB zou ABB niet zijn als het niet ook het deltaprincipe naar een nieuw niveau zou tillen. Inmiddels beschikt het standaard model (IRB 360) dan ook over vision en zijn payload en bereik uitgebreid tot respectievelijk 8 kilogram en 1,6 meter.
Zij aan zij
Tot slot een paar woorden over robotica in de volgende veertig jaar. Hoewel het lastig is in te schatten welke sciencefictionscenario’s zich over vier decennia werkelijkheid worden, is het duidelijk dat robots flink in de lift zitten. Niet alleen zit het domein van de servicerobotica in een stroomversnelling, ook geldt dit voor de industriële evenknie. In een roep om steeds grotere flexibiliteit – gedreven door trends als Industry 4.0 en productie van seriegrootte 1 – zijn het vooral de robot en de 3d-printer die telkens weer als productiemiddel van de toekomst worden genoemd. Voor de robot betekent dit wel dat mens en robot echt zij aan zij kunnen werken. Nu is ABB natuurlijk al een van de eerste fabrikanten die met SafeMove de ruimteslurpende hekwerken overbodig maakt. Ook is deze zij-aan-zij-trend een van de reden dat ABB de oorspronkelijke signaalkleur oranje vervangt voor een smetteloos wit.
Een volgende generatie dient zich aan. YuMi is een tweearmige robot met de ogen en handen van een meester. YuMi programmeer je niet, maar YuMi leert. Bovenal doet YuMi niemand kwaad. Hij pikt zelfs geen banen in (zie kader). Wie YuMi in het echt wil zien, zou in 2015 het beste een ritje naar Hannover kunnen maken. Tijdens de Hannover Messe toont YuMi zich namelijk aan het grote publiek.
Verschenen in: Vision & Robotics