17/07/2015
Door Liam van Koert
Achter de schermen werd er al een behoorlijke poos aan gewerkt. Maar tijdens de Hannover Messe 2015 was het dan toch zover: YuMi is klaar voor het echte werk. Met zijn twee armen en menselijke maat is de inherent veilige robot een opmerkelijke verschijning. Hij luidt een nieuw tijdperk in waarin mens en robot collegiaal naast elkaar werken.
Of we het nu over de Smart Industry-agenda hebben of over Industrie 4.0, robotisering speelt een cruciale rol in de fabriek van de toekomst. En waar de robot nu nog vaak achter een hek wordt weggestopt of - in een modernere versie - in zijn bewegingen wordt beperkt, is collaborative robotics, waarbij mens en robot echt zij aan zij werken, de heilige graal. De afgelopen jaren zagen we al verschillende systemen hun intrede doen, met de eenarmige Universal robot en de recentere tweearmige Baxter als meest beschreven voorbeelden. Van de zijde van een van de bekendste robotbouwers ter wereld bleef het echter verdacht stil. Tot nu. Want met YuMi doorbreekt ABB niet alleen de stilte, maar luidt het met grote klokken ook een nieuwe fase van mens-robot-automatisering in.
Het belang van zij aan zij
Waarom wordt er door fabrikanten en media zoveel nadruk gelegd op het zij aan zij werken van mens en robot? Is het echt zo’n ramp als de robot zo nu en dan achter de tralies moet? Voor wie de ruimte en geld in overvloed heeft niet. En eerlijk is eerlijk, niet elke robot is geschikt voor de vrije ruimte. Lassen, spuiten, waterstraalsnijden - al zou de robot veilig zijn - het proces is dat natuurlijk niet en dan past een gedegen afscherming. Maar in een tijd waarin de Duitsers de kreet Industrie 4.0 blijven scanderen en Nederland met een Smart Industry Actieagenda aan de slag gaat, moet de productievloer flexibeler. Veel flexibeler, zodat het aantal productieruns nog kleiner kan en het aantal varianten nog groter. Het blijkt dat vooral de mens als ambachtsman het beste aan deze flexibiliteitseis voldoet. Snelheid en nauwkeurigheid laten nog wel eens te wensen over, maar voor het maken van enkelstuks unieke producten is onvervalste handenarbeid nog steeds kampioen.
Dat gezegd hebbende, zijn er ook talloze taken die minder uniek, maar wel zo complex zijn dat ze nog steeds door mensenhanden worden gedaan. De assemblage van mobiele telefoons is een van de spraakmakende voorbeelden uit de elektronica-industrie. In theorie zou het automatiseren van de assemblage met een vaste machine kunnen, maar gezien de extreem korte levenscyclus van eigentijdse mobieltjes is dit geen economisch haalbare kaart. Hoeveel modellen zijn er sinds de komst van de eerste smartphone in 2006 wel niet gelanceerd? Nee, we hebben robotcollega’s nodig met een menselijke maat. Robots die zonder poespas even bij een productielijn kunnen bijspringen. Zij aan zij, precies, snel en bovenal veilig.
Inherente veiligheid
Degene die ABB een beetje gevolgd heeft zal misschien denken: was er al niet een ‘zij aan zij-oplossing’ voor ABB-robots? Safemove met EPS (Electronic Position Switch) bijvoorbeeld? Bij deze technologie die zich al enkele jaren bewezen heeft, wordt het werkgebied van de robot beperkt. Er ontstaat een soort ‘gouden kooi’ waarbuiten de robot niet kan komen. Ook kunnen er zones worden ingesteld waar de robot bij het ‘zien’ van een menselijke collega alleen maar heel langzaam gaat bewegen. En kunnen met Safemove ook niet de hiervoor genoemde gevaarlijke processen in de veilige besturing worden geïntegreerd? Het klopt allemaal. Maar hoe sterk en fail safe die onzichtbare gouden kooi ook is gemaakt, echt zij aan zij wordt het natuurlijk nooit. Meer zij aan (… en dan een paar metertjes niks … ) zij. Nee, voor echte collaborative robotics heb je een inherent veilig systeem nodig. Een systeem dat vanaf de eerste en elke volgende lijn die de ontwerper op papier zette veiligheid in het achterhoofd had. Om een robot zo veilig te maken hadden de ABB ontwerpers wel wat ideeën. Op de eerste plaats is YuMi een echte lichtgewicht robot. Dit bespaart energie, simpelweg omdat er minder energie (massa maal snelheid) in het systeem zit. Verder is het stijve skelet van magnesium ‘zwevend’ met kunststof omwikkeld en van zachte, absorberende pads voorzien. Hierdoor is de impact van elk contact minimaal. Voorkomen is echter beter dan genezen. YuMi’s bewegingen lijken daarom heel erg op die van een mens. Dat maakt hem voorspelbaar. Een medewerker weet intuïtief welke kant YuMi op beweegt. Uiteraard houdt YuMi zelf ook zijn collega’s in de gaten. Dankzij gevoelige krachtsensoren in de gewrichten staat hij razendsnel binnen enkele milliseconden stil. Tot slot is YuMi volledig dicht. Dit betekent dat er geen kiertjes bij de assen of gewrichten zijn waar een velletje tussen bekneld zou kunnen raken. Al met al blijkt inherente veiligheid nog net niet aaibaar, maar het komt aardig in de richting.
Handige veelkunner
Iets wat goed van pas komt in een zij aan zij-omgeving is het hebben van twee armen. Naast een veel kleinere footprint is een voor de hand liggende reden dat aan twee armen doorgaans twee handen zitten die gezamenlijk handelingen kunnen uitvoeren. Bovendien zijn omgevingen waar mensen aan het werk zijn normaliter zo ingericht, dat je er juist met twee armen en handen goed uit de voeten kan. De engineers van ABB hebben YuMi daarom in elke arm een krachtgestuurde tweepuntsgrijper en twee vacuümcups gegeven. Bovendien beschikt elke hand over een camera zodat de oriëntatie van op te pakken onderdelen snel kan worden beoordeeld. Geen wonder dat YuMi, in combinatie met een optioneel voedingssysteem voor kleine onderdeeltjes, uitermate goed werk verricht in de elektronicafabriek, en dan met name op de assemblageafdeling. Voor samenwerkbegrippen is hij met een topsnelheid van 1500 mm/s redelijk snel. Maar vooral de herhaalnauwkeurigheid van 0,02 millimeter is aan de meeste mensen niet besteed.
Tot slot is er veel aandacht besteed aan een snelle inzetbaarheid. Want wie flexibel wil zijn, moet natuurlijk geen uren bezig zijn met programmeren. Sterker nog: programmeren moet zoveel mogelijk worden vermeden. In een ideale situatie zet de teamleider - die geen programmeur is - YuMi net als zijn menselijke collega’s met enkele eenvoudige instructies aan de juiste lijn aan het werk. Om dit mogelijk te maken, kan YuMi nieuwe taken snel leren. Door hem aan de hand mee te nemen en in bepaalde posities de grijper open of dicht te doen, zet je hem in plaats van in enkele uren in enkele minuten of seconden aan het werk, zonder dat je hiervoor een training nodig hebt.
Nieuwe applicaties op de loer
ABB is duidelijk in haar communicatie: assemblage in de elektronicafabriek. Dat is waar YuMi aanvankelijk voor gemaakt is. Geen onverstandig focusgebied, aangezien de producten en innovaties zich hier in rap tempo opvolgen, terwijl nog steeds een groot aantal handelingen door mensenhanden worden gedaan. Een verstandige keuze, ook omdat de reshoring-roep steeds sterker wordt en steeds meer landen productie middels robots terug willen halen uit de lagelonenlanden, aangezien ook daar de lonen stijgen. Maar een robot zou geen robot zijn - en YuMi geen YuMi - als zijn inherente flexibiliteit geen nieuwe deuren naar andere toepassingen zou vinden. Een kok zoals in The Automatic Kitchen op de Hannover Messe bijvoorbeeld. Samen met souschef Watson (de IBM-computer ging onlangs bij diverse topkoks in de leer) schotelt YuMi ongetwijfeld een zeer smakelijk bordje voor.
Technische specificaties
- Robottype: RB 14000-0.5/0.5
- Werkbereik: 500 mm
- Payload : 500 g
- Montage: op tafel
- Footprint (bxd): 399 mm x 497 mm
- Hoogte (base): 571 mm
- Gewicht: 38 kg
- Aantal armen: 2
- Aantal servo tweepuntsgrijpers: 2
- Aantal vacuümcups: 4
- Vision guided assembly: 2 camera’s
- Force guided assembly: 2 sensoren
- Signaal en voeding: 24 V en Ethernet
- Lucht: 4 bar
- Alle kabels en lucht inwendig
- Aantal assen: 2x7
- Snelheid: 1500 mm/s
- Herhaalnauwkeurigheid: 0,02 mm
- Besturing: IRC5 met TrueMove en QuickMove motion control-technologie
- Poorten: Ethernet, Profibus, DeviceNet, USB, COM, I/O’s, noodstop, lucht (4bar)
- HMI: ABB teach pendants, industriële schermen, tablets, smartphone
- Voeding: 100-240V
- Lead Through Programming
- Veiligheid PLb Cat B
- Beschermingsgraad IP30