Skip to main content

Symbiotic Human-Robot Solutions for Complex Surface Finishing Operations

Article Category

Article available in the folowing languages:

Roboty usprawniają proces wykańczania złożonych powierzchni o dowolnym kształcie

Niemal każdy sektor produkcji przemysłowej nadal bez wyjątku opiera się na ręcznym wykańczaniu powierzchni wytwarzanych elementów. Opracowane przez naukowców robotyczne „komórki” mogą zapoczątkować nową erę – erę współpracy ludzi i robotów, dzięki której zadania te będą wykonywane szybciej, lepiej i przede wszystkim taniej.

Gospodarka cyfrowa
Technologie przemysłowe

Roboty przemysłowe cieszą się wyjątkową popularnością, potrafią bowiem szybko i niezawodnie wykonywać proste, powtarzalne zadania, w tym prace, które wymagają wysokiej precyzji. W przypadku wykańczania powierzchni metalowych elementów o złożonych, dowolnych kształtach, w dalszym ciągu najbardziej popularnym rozwiązaniem pozostaje praca ludzi – obecnie odsetek elementów wykańczanych pracą ludzkich rąk wynosi nawet 90 %. Przeszło 95 % spośród około 7 000 firm działających w tej branży na całym świecie to małe i średnie przedsiębiorstwa. Co więcej, przedsiębiorstwa europejskie realizujące tego rodzaju pracochłonne zadania są w zdecydowanie gorszej sytuacji. Dzieje się tak ze względu na dużo wyższe wynagrodzenia wypłacane pracownikom w porównaniu z państwami takimi jak Chiny, Indie czy Brazylia. Kwestia rozwiązania tego problemu poprzez opracowanie bezpiecznych systemów współpracy między ludźmi i robotami skupiła piętnaście zespołów złożonych z przedstawicieli środowisk akademickich i przemysłu, które nawiązały współpracę w ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu SYMPLEXITY. Oparta na współpracy identyfikacja kluczowych cech powierzchni Projekt SYMPLEXITY skupił się na branży form i matryc, koncentrując się na trzech najczęściej wykorzystywanych technikach wykańczania powierzchni: wykańczaniu ściernym, polerowaniu strumieniowym oraz polerowaniu laserowym. Jednym z największych problemów związanych z kwestią automatyzacji wykańczania złożonych kształtów bez interwencji człowieka jest badanie właściwości powierzchni produktu przed, w czasie oraz po zakończeniu jego obróbki. Aby rozwiązać ten kluczowy problem, naukowcy opracowali różnorodne czujniki oraz metody metrologiczne, które pozwoliły na automatyczną i obiektywną ocenę właściwości powierzchni. Dane matematyczne wykorzystywane przez robota w celu dokonywania obliczeń są przechowywane w bazie danych i w razie potrzeby mogą być oceniane także przez człowieka. Projekt SYMPLEXITY zmienia oblicze branży, robiąc to w sposób, który zwróci uwagę nawet osób, których nie interesuje tematyka obróbki skrawaniem i metrologii. Naukowcy wykorzystali rozwiązanie HoloLens opracowane przez firmę Microsoft w celu nakładania uzyskanych danych oraz parametrów na obrabianą część w 3D dzięki technologii rzeczywistości rozszerzonej. Wykorzystanie tego rozwiązania jest nie tylko interesujące, lecz dodatkowo powinno doprowadzić do uproszczenia i przyspieszenia procesu podejmowania decyzji o przeróbkach oraz zauważania wad. Symbiotyczne relacje ludzi i robotów W ramach projektu SYMPLEXITY powstały dwa roboty współpracujące z ludźmi – lekki oraz przemysłowy. Pierwszy z nich jest w stanie samodzielnie wykonywać prace takie jak automatyczne polerowanie laserowe, pomiary powierzchni czy czyszczenie. Może zostać także wykorzystany przez operatora jako elastyczny system wspomagający proces przeróbki elementu. Drugi z opracowanych prototypów realizuje koncepcję konfigurowalnej komórki robotycznej. Opracowane rozwiązanie jest oparte na konwencjonalnym komputerowym sterowaniu numerycznym (CNC) – protokole projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) opracowanym w celu konwersji projektów przestrzennych lub geometrycznych do postaci numerycznej. Dodatkowo naukowcy skupieni wokół projektu SYMPLEXITY zintegrowali technologie pozwalające na wykańczanie elementów przy pomocy obróbki ściernej i polerowania strumieniowego, a także system umożliwiający wykonywanie pomiarów powierzchni. Modułowa konstrukcja komórki robotycznej pozwala na wykorzystanie jej w celu realizacji oddzielnych procesów wykańczania elementów, bądź wykorzystania ich jednocześnie. Jak wyjaśnia koordynator projektu Sebastian Hähnel: „wykańczanie ścierne pozwala na dość szybkie usuwanie dużej ilości materiału, podczas gdy polerowanie strumieniowe zapewnia lepszy dostęp narzędzi dzięki mniejszym ograniczeniom dotyczącym ich rozmiaru”. Automatyczne programowanie sekwencji polerowania i elastyczne sterowanie parametrami maszyny, takimi jak przyłożona siła, sprawiają, że dzięki elastycznemu uchwytowi narzędzi, maszyna jest w stanie z powodzeniem odwzorować tak zwane „wyczucie”. Co więcej, robotyczna komórka wykorzystuje uczenie maszynowe oparte zarówno na własnym doświadczeniu, jak i na wiedzy ludzi. Automatyczne wykańczanie złożonych powierzchni już na horyzoncie Jak twierdzi Hähnel: „Jednym z najważniejszych wydarzeń w ramach projektu SYMPLEXITY była możliwość zaprezentowania wyników prac – konfigurowalnej komórki robotycznej – w czasie wystawy Automatica 2018 w Monachium. Nasza koncepcja ta wzbudziła duże zainteresowanie i pozwoliła nam na nawiązanie relacji z nowymi klientami oraz potencjalnymi partnerami projektu”. Rozwiązania opracowane w ramach projektu SYMPLEXITY łączą ludzi, dane oraz maszyny. Symbiotyczne narzędzia produkcyjne oraz systemy kontroli jakości łączące ludzi i roboty pozwolą na zrobotyzowanie i zautomatyzowanie 80 % wykonywanych obecnie prac związanych z ręcznym polerowaniem elementów. Tego rodzaju rozwiązanie pomoże europejskim przedsiębiorstwom produkującym formy i matryce uzyskać przewagę konkurencyjną wobec państw, które nadal polegają na taniej sile roboczej w celu zapewnienia niskich cen wytwarzanych produktów.

Słowa kluczowe

SYMPLEXITY, robot, polerowanie, automatyczne, komórka robotyczna, ręczne, oparte na współpracy, przemysłowe, wykończenie powierzchni, symbiotyczne, konfigurowalne, metrologia, HoloLens

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania