Veel ingenieurs zijn geïnteresseerd in deze machines van de volgende generatie die krachten kunnen beheersen en veilig naast mensen aan de lopende band kunnen werken zonder de noodzaak van traditionele veiligheidsvoorzieningen.
Sinds collaboratieve robots tien jaar geleden voor het eerst opkwamen, hebben ze veel fabrieksvloeren getransformeerd en de automatisering voor kleine fabrikanten eenvoudiger gemaakt. Deze technologie stelt veel bedrijven ook in staat de productie naar de Verenigde Staten te verplaatsen en gediversifieerde productiestrategieën met een laag volume te implementeren.
Esben Østergaard, CTO van Universal Robots, dat in 2008 pionierde op het gebied van samenwerking, zei: "Collaboratieve robots zijn tegenwoordig om verschillende redenen bijzonder aantrekkelijk. Ze werken naast mensen in plaats van ze te vervangen, wat vooral waardevol is omdat banen in de productie verloren gaan." delicate vraag.
"We willen de controle over de fabrieksautomatisering weer in handen van de operator leggen", legt Østergaard uit, die onlangs de Engelberg Award 2018 ontving van de Robotics Industry Association voor zijn bijdragen aan de industriële automatisering. “We willen mensen niet vervangen, maar ze eerder een hulpmiddel geven waarmee ze hun werk efficiënter kunnen doen. We willen ze in staat stellen om niet langer als robots te werken en in plaats daarvan robotprogrammeurs te worden en meer taken met toegevoegde waarde uit te voeren.
"Dit zou wel eens het beste langetermijnresultaat van collaboratieve robots kunnen zijn", zegt Ostergaard. "Deze herverdeling van menselijke creativiteit, gecombineerd met de herhaalbaarheid van robots, voldoet aan de behoeften van zowel de markt als de klanten. Vereiste aan hoge personalisatie van producten. kwalitatieve veranderingen, zowel voor de producten die worden geproduceerd als voor de mensen die ze produceren."
“Cobots openen de deur voor fabrikanten die zich van oudsher zorgen maken over het automatiseren van assemblagelijnen”, zegt Chris Blanchette, uitvoerend directeur verkoop bij FANUC America Corp., dat vijf cobotmodellen aanbiedt. "Dit heeft veel bedrijven eindelijk de waarde van automatisering doen inzien."
"Exploitanten kunnen de gezamenlijke machine met slechts een paar uur training opzetten, hij is licht genoeg om meerdere keren per dag door de fabriek te worden verplaatst, en hij kan zonder bewakers of bewakers werken", zegt Daniel Moore, een technische ondersteuningsingenieur. . van Ao Robotics Amerika. "Functioneel gezien kan elke zwakte of moeilijkheid in traditionele robots worden aangepakt door de focus te veranderen."
"In het verleden waren veel mensen bang voor robots", zegt Matt Fitzgerald, vice-president producten bij Rethink Robotics Inc., die in 2012 de collaboratieve robot van Baxter op de markt bracht. Collaboratieve machines zijn flexibel, gemakkelijk te gebruiken en veilig te gebruiken. opereren. "
Van collaboratieve robots wordt verwacht dat ze de kwaliteit blijven verbeteren, de efficiëntie verhogen en de kosten verlagen. Maar net als bij alle andere automatiseringstools hangt de algehele effectiviteit ervan af van het kiezen van de juiste toepassing en het vooruit plannen ervan.
Ondanks de hype hebben collaboratieve robots voor- en nadelen die productie-ingenieurs zorgvuldig moeten overwegen. De technologie is interessant, maar niet ideaal voor bepaalde soorten toepassingen. Twee nadelen zijn bijvoorbeeld een beperkt hefvermogen en lagere werksnelheden.
Volgens de International Federation of Robotics groeit de vraag naar collaboratieve robots jaarlijks met 60%. Er wordt verwacht dat collaboratieve robots in 2025 34% van alle robotverkopen zullen uitmaken, tegen minder dan 5% nu.
De werkgelegenheidsenquête van 2018 van ASSEMBLY bevestigt deze trend. Ruim een derde (38%) van de assembleurs is van plan om in de komende twaalf maanden collaboratieve robots te implementeren. Dit is 7 procentpunt meer dan in 2017 en 12 procentpunt meer dan in 2016.
Omdat de volgende generatie collaboratieve robots zo flexibel zijn en vrijwel geen veiligheidsbarrières vereisen, gebruiken veel fabrikanten ze. Deze machines zijn vooral aantrekkelijk voor kleine bedrijven. Van de fabrikanten met minder dan 50 werknemers is bijvoorbeeld 21% van plan deze technologie in de komende twaalf maanden te implementeren. Dit is 8 procentpunten hoger dan in 2017.
Ryan Whitton, onderzoeksanalist bij ABI Research, zei: "Kleine en middelgrote fabrikanten stimuleren de vraag naar collaboratieve robots. Dit wordt gedreven door de behoefte aan productieoplossingen die geen grootschalige investeringen in kapitaalgoederen vereisen." grote robotarmen. Hiertoe behoren taken als machineonderhoud, kwaliteitscontrole en verlichtingsmontage. "
Whitton zegt dat kleine fabrikanten flexibele automatiseringsoplossingen nodig hebben die zich eenvoudig en snel kunnen aanpassen aan veranderende behoeften. "Ze hebben systemen nodig die gemakkelijk en snel kunnen worden geprogrammeerd en die vele soorten automatiseringstaken kunnen ondersteunen", merkt hij op. "Collaboratieve robots passen precies."
Whitton voorspelt dat de leveringen van collaboratieve robots de komende zeven jaar met 50% zullen groeien, terwijl de leveringen van traditionele industriële robots met 12% zullen groeien. En de mondiale inkomsten uit deze machines zullen groeien van 292 miljoen dollar vandaag naar meer dan 1 miljard dollar in 2025.
Deze groeiende vraag wordt gedreven door kortere productlevenscycli en het toenemende gebruik van kleine batch- en gemengde productieprogramma's in plaats van grootschalige en kleinschalige productie.
"Fabrikanten hebben flexibelere automatiseringsoplossingen nodig om zich snel en efficiënt aan de markt aan te passen", zegt Nicholas De Keyser, manager robotassemblage en testen bij ABB. "De productie wordt steeds specialer en onvoorspelbaarder, waardoor automatisering moeilijker wordt.
“Collaboratieve automatisering zorgt ervoor dat mensen en robots kunnen samenwerken, waardoor de productie flexibeler wordt en de veiligheid en productiviteit behouden blijven”, legt De Keyser uit. "Dit vergroot de productieflexibiliteit doordat mensen en robots kunnen samenwerken aan taken waarvoor voorheen beschermende barrières en kooien nodig waren."
“Vroeger betekende het assembleren van grote hoeveelheden maatwerkproducten vaak vervelend, delicaat en repetitief werk”, zegt De Keyser. "Met collaboratieve robots zoals onze YuMi kunnen mensen zich concentreren op betekenisvollere cognitieve taken, terwijl robots onvermoeibare precisie en uithoudingsvermogen bieden.
"YuMi kan op elk werkstation in de fabriek worden geïnstalleerd en indien nodig opnieuw worden gedistribueerd zonder de beperkingen van traditionele veiligheidsbarrières", aldus De Keyser. "Dit vergroot de productieflexibiliteit en wendbaarheid, waardoor frequentere wisselingen mogelijk zijn."
Collaboratieve robots zijn in opkomst in industrieën en toepassingen die van oudsher afhankelijk waren van handmatige assemblagelijnen.
"Veel bedrijven proberen een aantal van hun productielijnen te verbeteren door middel van automatisering", aldus Blanchette. "Ze willen een aantal gebieden aanpakken waar er mogelijk ergonomische of kwaliteitsproblemen zijn. Ze kunnen cobots toevoegen zonder de configuratie van de assemblagelijn te veranderen."
Algemene bewerkingstoepassingen voor onderdelen zijn ideaal voor collaboratieve robots. Kleine taken zoals het sorteren van onderdelen of het laden van een pers zijn een goed begin.
“Elke montagetaak waarbij drie handen nodig zijn, waarbij de cobot als menselijke assistent fungeert”, legt Blanchett uit. “Een machine kan bijvoorbeeld zwaardere onderdelen ondersteunen terwijl mensen schroevendraaiers gebruiken om onderdelen met elkaar te verbinden.
"In toepassingen met korte levenscycli zorgen collaboratieve robots ervoor dat fabrikanten zeer snel op nieuwe producten kunnen overstappen", aldus Blanchette. “We zien ook een toenemende vraag naar collaboratieve robots in bedrijven met een hoger personeelsverloop en in regio’s met ernstige arbeidstekorten.”
"We zien een toenemende vraag van contractfabrikanten, vooral bedrijven in China en Mexico", zegt Samir Patel, directeur product- en applicatieontwikkeling voor Kawasaki Robot America, dat de machines herdistribueert naar fabrieken elders.
"Een bedrijf dat bijvoorbeeld van het ene type of formaat PCB naar het andere wil overstappen, koppelt eenvoudigweg onze DuAro-robot los en stuurt deze naar de volgende assemblagelijn", legt Patel uit. “Ze kunnen dezelfde robot op een assemblagelijn gebruiken en hem later op de dag eenvoudig opnieuw gebruiken op een inspectielijn, waar de robot printplaten in een inspectiemachine laadt en lost.
"We hebben ook gezien dat onze cobots tandwielen voor computerprinters assembleerden en kleine ventilatorunits die elektronische apparaten koelden", voegt Patel toe. “Robots werken zij aan zij met mensen en helpen mensen repetitieve taken uit te voeren die misschien moeilijk uit te voeren zijn.
"De herhaalbaarheid van onze tweearmige gewrichtsmachine ligt dicht bij die van een zesassige robot", aldus Patel. “Bij het ontwerpen van de robot hebben we besloten dit probleem op te lossen. Dit maakt de machine bijzonder geschikt voor aandraaitaken zoals het assembleren van tablets.
"In één geval werd één arm van de machine gebruikt als bevestigingsmiddel, terwijl de andere arm kleine 3 mm schroeven inbracht en vastdraaide die nauwkeurig moesten worden gepositioneerd", zegt Patel. "Onze robot wordt ook gebruikt om de printplaat in de behuizing vast te zetten. Met één hand wordt de printplaat op het chassis geplaatst, terwijl de andere hand elke schroef erin steekt en vastdraait met een automatische schroevendraaier."
Collaboratieve robots worden ook gebruikt als mobiele robotsystemen die overal en altijd door assemblagelijnen kunnen navigeren en vulwerkzaamheden kunnen uitvoeren. Deze strategie werd onlangs geïmplementeerd in de Stäubli-fabriek voor elektrische connectoren in Allschwil, Zwitserland, waar de assemblagelijn is uitgerust met volledig geautomatiseerde en handmatige werkstations.
Het HelMo mobiele platform is uitgerust met een Stäubli TX2 collaboratieve robot met een maximaal draagvermogen van 15 kg en een bewegingsbereik van 1200 mm. Aanraakoppervlakken stoppen onmiddellijk met bewegen als ze in direct contact komen met een persoon. Autonome robots navigeren autonoom naar aangewezen werkstations en vertragen of stoppen wanneer mensen te dichtbij komen.
HelMo positioneert zichzelf met een nauwkeurigheid van 0.1 mm en kalibreert zijn positie met behulp van drie meetpunten die permanent op het werkstation zijn geïnstalleerd. Hij wordt via een meerwegconnector aangesloten op vaste stroom- en persluchtuitlaten en begint dan te bewegen.
"Vandaag kan de machine connectorbehuizingen en contactpennen installeren; morgen kan hij in andere fasen van het assemblageproces worden gebruikt", zegt Olivier Cremoux, Business Development Manager bij Stäubli AG. “HelMo wordt niet meer gezien als een robot, maar eerder als een assistent, flexibel genoeg om te helpen waar nodig.
"Het doel is...robots in te zetten als flexibel alternatief om de beschikbaarheid van gemengde assemblagelijnen te vergroten of om aan de piekvraag te voldoen", legt Cremu uit.
Een van de redenen waarom collaboratieve robots aantrekkelijk zijn voor veel fabrikanten is dat ze vaak minder kosten dan traditionele robots. Ze hebben doorgaans ook een snellere terugverdientijd en een sneller rendement op de investering, omdat ze flexibeler zijn en gemakkelijk kunnen worden geïntegreerd in bestaande assemblagelijnen.
"Normaal gesproken verwachten we een rendement op de investering van minder dan negen maanden", zegt Moore van Universal Robots. “Gezien alle verborgen kosten die gepaard gaan met traditionele robotica, evenals de potentieel hogere uptime van opnieuw inzetbare collaboratieve robots, hebben we ontdekt dat het rendement op de investering vaak erg snel is. In ons meest overtuigende voorbeeld (meestal met betrekking tot spuitgieten) melden klanten ROI van drie maanden.
"Voor de meeste herhaalbare processen zal automatisering consistenter en betrouwbaarder zijn dan mensen", aldus Moore. "Terwijl de meeste cobotgebruikers de ROI meten aan de hand van arbeidskosten en productiviteitswinsten, zien veel fabrikanten ook kwaliteitsverbeteringen na het installeren van cobots. Hierdoor komt er arbeid vrij om andere delen van de fabriek te evalueren en te verbeteren, en vervolgens extra automatisering te creëren en verspilling te verminderen."
Collaboratieve technologieën kunnen ook productielijnen optimaliseren, waardoor slimmere, functionelere indelingen van de werkvloer mogelijk worden. Collaboratieve robots kunnen eenvoudig worden geïmplementeerd in bestaande assemblagelijnen zonder noemenswaardige herconfiguratie.
"De voetafdruk is kleiner omdat je niet alle veiligheidsvoorzieningen en barrières nodig hebt die doorgaans gepaard gaan met vaste automatisering", zegt Fitzgerald van Rethink Robotics. "In tegenstelling tot grote traditionele robotachtige werkcellen vereisen collaboratieve robots geen uitgebreide planning vooraf.
"Het helpt je sneller vooruit te komen", zei Fitzgerald. "Als je in de planningsfase met iets geen rekening hebt gehouden, kun je dat compenseren met de flexibiliteit van de robot."
Collaboratieve robots stellen ingenieurs in staat om snel en eenvoudig automatisering in te zetten in assemblagetoepassingen die een hoge mate van mens-machine-interactie vereisen. Veiligheidsproblemen kunnen echter niet worden genegeerd.
"Het enige echte nadeel van collaboratieve robots is dat veel mensen denken dat ze meteen 'veilig' zijn", zegt Corey Ryan, Noord-Amerikaanse manager medische robotica bij KUKA Robotics.
"De realiteit is dat robots slechts een deel van het systeem zijn, en dat het hele systeem een grondige risicobeoordeling nodig heeft voordat het kan worden geïmplementeerd", waarschuwde Ryan. "Een collaboratieve robot met een boor aan het uiteinde is bijvoorbeeld inherent onveilig zonder extra veiligheidssystemen die de boor kunnen stoppen voordat mensen te dichtbij komen."
"Veel bedrijven kopen collaboratieve robots omdat ze denken dat ze de typische veiligheidsmaatregelen kunnen elimineren", zegt Rick Brookshire, groepsproductmanager voor Epson Robotics. “Als de risico-inschatting klopt, zal de robot vanwege de aard van de toepassing echter vaak traditionele beschermingsmaatregelen zoals lichtgordijnen moeten gebruiken. Een veilige robot betekent niet een veilige toepassing.”
“Ga er niet van uit dat je met een cobot alle bewakers en andere beveiligingsmaatregelen kunt uitschakelen”, zegt Ed Roney, nationaal accountmanager en geautoriseerde systeemintegrator bij FANUC America Corp. “Een veel voorkomende misvatting is dat er geen risicobeoordeling nodig is voor een cobot-toepassingen.
"Als mensen in de automatisering werken, moeten ze zich bewust zijn van de gevaren die ze kunnen tegenkomen", zegt Roney. "Zijn de onderdelen bijvoorbeeld scherp of hebben ze scherpe randen die een veiligheidsrisico kunnen opleveren?"
Een van de belangrijkste argumenten tegen collaboratieve robots is dat de machines snelheid opofferen voor veiligheid. Om kracht en momentum te beperken, moeten cobots met lagere snelheden werken dan andere soorten robots.
Als het om collaboratieve robots gaat, moeten ingenieurs rekening houden met enkele prestatiebeperkingen. Op een gegeven moment zullen traditionele machines zoals deltarobots, zesassige robots of SCARA-robots de beste automatiseringsopties worden.