15/09/2020
Door Ad Spijkers
Flexibele robotprogrammering van assemblagetaken was tot nu toe een tijdrovende en kostbare klus, vooral voor kleine en middelgrote series. Het onderzoeksproject Rob-aKademI wil hierin verandering brengen.
De partners in het onderzoeksproject, waaronder het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA)en de Universität Stuttgart, ontwikkelen technologieën om robotprogrammering te vereenvoudigen en assemblagetaken gemakkelijker te automatiseren. De technologieën die in het project worden gebruikt, vooral geavanceerde simulatie en machine learning, zijn bedoeld om het programmeren eenvoudiger en autonomer te maken.
De basis hiervoor is een digitale tweeling van de maakomgeving. In combinatie met een speciaal programmeerraamwerk wordt de twin gebruikt in een fysieke simulatieomgeving om robotvaardigheden aan te leren voor flexibele assemblageprocessen. In de simulatieomgeving verkent de robot autonoom zijn omgeving en plant hij zijn gedrag, optimaliseert hij deze zelfstandig of leert hij continu.
Drie praktische leermodules
Hier komt kunstmatige intelligentie (AI), beter gezegd Machine Learning en het deelgebied van het zogenaamde Reinforcement Learning (RL), om de hoek kijken. Dit betekent dat een algoritme leert volgens het principe van vallen en opstaan, net als een mens. Om stap voor stap beter te worden, krijgt hij een beloningssignaal voor elke geslaagde actie die hij uitvoert.
In de loop van het project zullen drie aan een toepassing gerelateerde leermodules worden gebouwd die zowel kennis van robotprogrammering als kennis van de uit te voeren montageoperatie omvatten. Dit zijn 'Perception Module' (voor objectherkenning), 'Force controlled Joining' (voor het leren van robuuste verbindingsstrategieën) en 'Snap-on Joints' (leermodule met een gedetailleerd fysiek verbindingsmodel).
Deze technologieën worden gebruikt om robuuste robotprogramma's te maken om simulatieresultaten om te zetten in realiteit. De projectpartners valideren hun resultaten met behulp van drie praktijkgerichte cases, namelijk de montage van een schakelkast, schakelaar en THT-printplaat. De modules voor krachtgeregelde verbindingen en klikverbindingen zijn gebaseerd op de reeds beschikbare IPA-software 'Pitas' voor geforceerde montagetaken en zullen de mogelijkheden ervan uitbreiden.
Voordeel van automatisering
Met zijn projectdoelen richt Rob-aKademI zich op de behoeften van steeds meer gepersonaliseerde productie. Momenteel stellen assemblagetoepassingen hoge eisen aan robotprogrammering. Dit zijn onder meer diverse en complexe, vaak gedwongen gestuurde processen, hoge productvarianten en korte cyclustijden. Voor veel bedrijven, met name het midden- en kleinbedrijf met hun klantspecifieke producten, is het vaak nog niet de moeite waard om robots in te zetten voor montagetaken, vooral omdat ze zonder vakkennis niet te programmeren zijn.
Robots bieden echter voordelen, zoals het overnemen van niet-ergonomische, gevaarlijke of eentonige taken. Ze leveren ook een constante kwaliteit. Ze kunnen ook een doorslaggevende concurrentiefactor zijn, vooral in landen met hoge lonen zoals in West-Europa. Dankzij talrijke analyses die Fraunhofer IPA al wereldwijd heeft uitgevoerd op het potentieel om te automatiseren, weten de onderzoekers wat bedrijven nodig hebben en verwerken ze deze bevindingen in het project.
Foto: Rainer Bez / Fraunhofer IPA