Rozwijanie współpracy człowiek-robot w zakresie oblekania części kompozytowych

Nowy zrobotyzowany asystent ma na celu zwiększenie dokładności i wydajności oblekania.

Oblekanie (ang. draping) to proces przemysłowy, w którym tkaniny z włókna węglowego lub szklanego nakłada się warstwami i zniekształca w celu dopasowania do trójwymiarowego kształtu formy. Proces oblekania jest wykorzystywany w około jednej trzeciej wszystkich części z włókna węglowego i szeroko stosowany w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, energetyce wiatrowej i branży sportowej. W Europie z tej techniki korzysta około 4000 firm. Jednak zagwarantowanie, by proces oblekania dokładnie układał włókna pod względem położenia i orientacji, a jednocześnie nie powodował powstawania marszczenia tkaniny, jest trudnym zadaniem. „Główne wyzwanie polega na tym, że tkanina węglowa jest płaska, a dana część ma złożony kształt w trzech wymiarach” — wyjaśnia Christian Eitzinger(odnośnik otworzy się w nowym oknie), kierownik Działu Systemów Wizyjnych w firmie PROFACTOR(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Austrii. „Wyobraź sobie, że owijasz kulę kawałkiem papieru. Nie da się tego zrobić bez tworzenia zmarszczek” — dodaje. Tkanina z włókna węglowego potrafi dostosowywać się do takich kształtów poprzez wewnętrzną zmianę kątów. Jednak kontrolowanie tego, jak zmieniają się te kąty, pozostaje jednym z najważniejszych wyzwań związanych z oblekaniem, ponieważ znacząco wpływa na mechaniczne właściwości robocze. W ramach finansowanego ze środków UE projektu DrapeBot(odnośnik otworzy się w nowym oknie) naukowcy opracowali nowego robota znanego jako DrapeBot, który pomaga ludziom w procesie oblekania. Robot pomaga w transportowaniu dużych płacht materiałów i obleka nim obszary o mniejszej krzywiźnie, a ludzie zajmują się oblekaniem trudniejszych obszarów o wysokiej krzywiźnie. „Mamy wiarygodne dowody, że technologia ta przynosi korzyści” — mówi Eitzinger. „Teraz muszą to rozreklamować partnerzy projektu zajmujący się rozwojem tych technologii”.

Rozwijanie współpracy człowiek-robot

DrapeBot to system składający się ze zrobotyzowanego ramienia wyposażonego w duży, odkształcalny chwytak do transportu i przenoszenia materiałów. Został zaprojektowany z myślą o współpracy człowieka z robotem i jest wyposażony w szereg komponentów, które w tym pomagają — to m.in. czujniki do kontroli jakości i lokalizowania ludzi oraz oparta na sztucznej inteligencji technologia postrzegania ludzi w celu rozpoznawania ich działań. „Wszystkie te komponenty były opracowywane równoległe i trzy razy zostały zintegrowane z projektem, aby sprawdzić ich działanie w konkretnym zastosowaniu” — wyjaśnia Eitzinger. „Wyniki tych zintegrowanych testów następnie wykorzystano, aby zidentyfikować pozostałe problemy i szukać ich rozwiązania w kolejnej fazie projektu”. Ze względu na rozmiar robotów istniało ryzyko wystąpienia znacznych uszkodzeń, w tym urazów badacza współpracującego z robotem. Dlatego zespół opracował zasady postępowania w takich sytuacjach. „Na szczęście nigdy nie musieliśmy korzystać z tych zasad — nie licząc kilku zadrapań na jednym z robotów, nie było żadnych uszkodzeń” — zauważa.

Ulepszenia w porównaniu z oblekaniem wyłącznie przez człowieka

Przeprowadzono rozszerzone testy, polegały na skonfigurowaniu zrobotyzowanego gniazda produkcyjnego w zakładach użytkowników końcowych, należących do konsorcjum projektu wraz z dostawcami technologii przemysłowej. W ramach projektu naukowcy przeprowadzili szczegółową ocenę wyników w porównaniu z oblekaniem wyłącznie przez ludzi. Wykazała poprawę produktywności nawet o 47%, mierzoną w kategoriach kosztów procesu.

Prace nad nowymi prototypami i skalowaniem

Zespół będzie teraz pracował nad wstępnymi wdrożeniami prototypów, w tym niektórych elementów technologicznych opracowanych w ramach projektu. „Teraz piłka jest po stronie końcowych użytkowników projektu, którzy mają zdefiniować i prowadzić dalsze prace” — dodaje Eitzinger. „W oparciu o takie prototypowe wdrożenie możliwe będzie zwiększenie skali”.