Robot som ser och känner
av Ragnhild Artimo Forum 1988-04, sida 10-11, 03.03.1988
TTKK-projekt: Robot som ser och känner
Industrin behöver robotar som reagerar snabbare och jobbar självständigare.
Robotar som kan ”s “och ”känna” (me griporganen alltså). Tammerfors tekniska högskola, Nokia och Ungerns vetenskapsakademi är på slutrakan av ett ambitiöst projekt att ta fram bättre robotkraft.
se på den ungerska bussfabriken Ika rus, där man ville ha en robot som äster taklisterna inne i karosseriet — ett ungt jobb för möntörerna som måste arbeta med händerna ovanför huvudet. Ungerska forskare tog fram en tillämpning som baserar sig på användandet av visionssysem och kraftsensorer.
Ungefär samtidigt arbetade ett team vid Tammerfors tekniska högskola TTKK under ledning av professor Heikki Kolva med ett ’eoretiskt — av Finlands Akademi finansierat — förskningsprojekt kring robotik. Detta eoretiska arbete följdes sedan vid TTKK av ett samarbetsprojekt med Nokia Industrirobotar med missionen att eliminera de vibraionsstörningar robotars långsamma rörelser gav som biprodukt — uppgiften lyckades också.
Samprojektet TTKK-Nokia-Ungerns vetenskapsakademi initierades av att Tekes överdirektör Juhani Kuusi och (dåvarande) handels- och industriminister Seppo Lindblom besökte Ungern i akt och mening att kartlägga möjligheterna till teknologisamarbetsprojekt.
TTKK:s robotprojekt har startat 1986 och ska vara slutfört fram till årsslutet. Totalbudgeten går på ca 3 Mmk; finansiärer är Tekes, Nokia och Finlands Akademi. Projektet leds av Heikki Koivo, professor i automationsteknik, och arbetet utförs vid elavdelningen på högskolans laboratorium för reglerteknik.
TTKK har för övrigt också skördat lagrar för ”ping-pong-roboten” Byrokrat — se Forum 15/87.
Pssra har egentligen sin upprinnel — TTKK:s robotprojekt inriktas på att få fram robottillämpningar där ”syn” och ”känsel” är integrerade, säger professor Heikki Kaivo, som leder utvecklingsarbetet. På bilden umgås han med en Nokia-tillverkad Puma, en av ”veteranerna” bland industrirobotar.
1 ”Syn” och ”känsel” Robotprojektet vid TTKK inriktas på det kvaIitativa språnget från teoretiska forskningsresultat till praktiska tillämpningar, som är om inte en social, så åtminstone en industriell beställning. — Målet är att få fram billigare och bättre roboattillämpningar där pris-prestandarelationen är fördelaktigare än idag. Vi fokuserar ansträngningarna på att utveckla koordination mellan visions- och sensorteknik, eller mera vardagligt uttryckt, åstadkomma robotar med “syn” och “känsel”, säger professor Koivo. Merparten av dagens industrirobotar är simpla själar som utför enkla arbetsmoment enligt rigida mönster. Detta förutsätter en stör kvot ”kringarbeten” — sortering, kalibrering och positionering av arbetsstyckena, som måste vara fästa vid ett underrede. Då industrirobotar inte kunnat ”se” eller ”känna” har de krävt en ytterligt välplane Text: Ragnhild Artim rad och välordnad arbetsmiljö, och varit oförmögna att t ex korrigera sina arbetsmoment i respons på information om arbetsmiljön.
Med en robot som ”ser” slipper man problemen med matarapparater och mekaniska anläggningar för exakt positionering av arbetsstyckena. En robot som “känner” — dvs är utrustad med sensorer och ett kraftfeedbacksystem — kan korrigera sina funktioner I respons på information om operationsmiljön. ”Sinnena” ökar | avsevärd grad robotens användningsmöjligheter i och med dess beredskap till intelligent och flexibel kommunikation med omvärlden.
De tekniska lösningarna till robotars “syn” och ”känsel” existerar redan, delvis tom som färdiga kommersiella komponenter. Utvecklingsarbetet inriktas nu på att få dessa “färdigheter” att samverka och arbeta tillräckligt snabbt för att det ska vara attraktivt i en större industriell skala.
En millisekund är målet
Ett av målen för robotprojektet vid TTKK är enligt professor Koivo att pressa in flera funktioner i styrningsintervallet — utöver positioneringsreglering framför allt kraftreglering, och på längre sikt kanske integrerad vision, med vilken roboten kan gestalta sin operationsmiljö.
— Idag är detta referenssignalintervall 28 millisekunder (28/1000 s), och målet är att komma ner till en millisekund. Ett av verktygen för att uppnå detta är en transputer — en chip utrustad med samtliga dator 4/1988 FORUM funktioner — som ger större kalkyleringskapacitet. Vi har utvecklat avancerade algoritmer för integrerandet av databehandlingen och robotens operationer — eller arbete, om man så vill.
En av de centrala utmaningarna gäller finjustering av kraftregleringen som är nyckeln till robattillämpningar för exempelvis efterbehandling av gjutna metall- och plastdetaljer, slipning, sömsvetsning etc.
— Som exempel på vilka möjligheter robotiken erbjuder då det gäller mer subtil “jobb, kan nämnas att australierna tagit fra en robottilllämpning som klipper får, berättar Koivo. — Jag har inte hört att några får skulle ha kommit till skada.
Laser- och tv-”symn”
Visionssystem för robottilämpningar är en sektor där man hunnit längre än då det gäller kraftreglering. Systemen kan basera sig på bla tv-teknik eller laser, Visionssystemen blir i rask takt både bättre och billigare, ”seende” robotar kommer de närmaste åren att bli en allt vanligare syn inom industrin både i produktions- och övervakande uppgifter. Merparten tillämpningar gäller hantering av styckegods och hopsättning av kretskort.
Också i Finland torde åtminstone ett visionssystem för produktionsändamål! redan ha levererats. Nokia siktar på att starta leverans av ”seende” robotar Inom detta år. Bolagets förvärv av västtyska FKE kan ses som ett led I robotiksatsningarna. (Se även separat Nokia-ruta).
Inom ramen för TTKK:s robotprojekt är det samarbetspartnern Ungers vetenskapsakademi som profilerat sig med visionssystem, ”på internationell nivå”, som Koivo understryker, och i februari har man i Finland inlett ett pilotprojekt som skall fortgå till sommaren — ett robotsystem som TTKK konstruerat och som proövkörs på en fabrik (vilken, uppges inte). Erfarenheterna från försöket skall sedan utnyttjas för konstruktionen av fungerande tillämpningar där ”syn” och ”känsel” integreras — för att kunna serveras som marknadsfärdiga system. Av Nokia.
TTKK och världen
Tammerfors tekniska högskola har goda förutsättningar för sitt krävande forskningsarbete genom ett välodlat kontaktnät till högskolor och foörskningsinstitut världen runt. Några av kanalerna har Koivo själv etablerat — han har avlagt sin BSc och MSc vid Purdue University i Indiana och sin PAD vid University of Minnesota och varit professor i fyra år i reglerteknik vid University of Toronto.
Nu kan TTKK vara den instans som för Finlands del första gången öppnar dörren till ESPRIT i och med ett CIM-projekt gällande avancerade manipulatorer. I april lämnar TTKK tillsammans med Nokia in sin ansökan till ESPRIT. Man har löfte om en samarbetspartner i Holland och en i England, och målet är att få med ytterligare länder I projektet. LJ
FÖRUN, 4/1988
Nokias robotar Ragnhild Arlimo ”sepr” redan i är arför behöver den finländska industVin seende robotar? Vi ställer fråga till Timo Vedenpää, chef för robotavdelningen vid Nokia Mekatronik — Blinda robotar kräver en minutiöst välplanerad arbetsmiljö och en massa dyr kringutrustning — matarapparater och anläggningar som lägger arbetet tillrätta för roboten. Det betyder förutom stora kostnader också föga flexibilitet — roboten och dess stödmiljö klarar då bara en specifik uppgift. Det gör tröskeln mycket hög för ibruktagandet ar robotar. Seende robotar är användbara för flera jobb och kräver inte i samma grad en ”tjänande” arbetsmiljö. Genom större mångsidighet blir de också mer ekonomiska.
Nokias och TTKK:s robotprojekt (se s 10) väntas resultera i att Nokia ska kunna erbjuda industrirobotar med integrerade visionssystem redan i år. En bidragande orsak till att man målinriktat satsar på detta är att visionssystemen har blivit ”dramatiskt billigare”. Nokia gjorde entré på industrirobotmarknaden 1982 med licensroboten Puma, och har nu sex industrirobotar på programmet — förvärvet av EKE GmbH och EKE Automation betydde tre robotmodeller till. Idag inkluderar robotparken stöddiga modeller som lyfter 100 kg.
— Robotar med visionssystem är en mycket lockande utmaning och vi räknar med att 10—15 procent av alla robotar som säljs de närmaste åren kommer att vara försedda med “syn”. Främst har de ”seende”” robotarna uppgifter inom styckegodshantering och i kvalitetskontroll — bl a för sliparbeten, och elektronikindustrins hopsättningsfaser, där felaktiga komponenter är ett av de största problemen. Då robotar me — Över tio procent av alla robotar som levereras de närmaste åren kommer att vara försedda med ”syn", säger avdelningschef Timo Vedenpää, Nokia.
visionssystem introduceras i industrin är det troligt att det också öppnar nya användningsmöjligheter som vi idag inte ens kan gissa oss till. I alla händelser verkar det redan nu klart att ”seende” robotar gör det lönsamt att automatisera funktioner som hittills inte varit ekonomiskt försvarbara att automatisera.
Nokia kommer till en början att vara användare av visionssystem som produceras av andra företag, men Vedenpää finner det inte uteslutet att bolaget i framtiden tillverkar sina egna system
I Finland är det idag ett femtontal företag som levererar robotar. Roboten säljs sällan ensam — vanligen handlar det om en färdig tillämpning, varvid förutom tillverkaren eller importören också en systemleverantör eller en leverantör av kringutrustning kommer in i bilden. Robotar för styckegodshantering är den snabbast växande sektorn, andra ökande sektorer är montering, ytbehandling samt utbildning och forskning. Svetsrobotarna utgör majoritet. Enligt FinJands Robotikförening levererades 1987 totalt 74 robotar. Totalt ”arbetar” drygt 400 robotar i landet just nu. LÄ
Robotsystem Juha Huaseks även för korta serier
Fullständigt automatiska robotsystem är idag utopier i invecklade och omväxlande miljöer med korta produktionsserier och individuella produkter. Det förnuftigaste alternativet i dagens läge är interaktivt samarbete mellan människan och roboten samma projekt Interaktiv robotik, som egentligen startade i Uleåborg för cirka fyra år sedan, har gett en rad nya idéer till flexibla robottilämpningar. Forskningen finansieras i huvudsak av Tekniska utvecklingscentralen TEKES. Delta Töre högskolans och VTT:s gemen gande företag är Cimcorp, Nokia, Arlacon och Noptel. Undersökningarna utförs av laboratoriet för Automationsteknik vid Tekniska högskolan och VTT:s laboratorier för
Verkstadsteknik och Elteknik. — Med hjälp av interaktiv robotik kan använ 11