Jste zde

Dvě zajímavé inovace pro robotizaci z Fraunhoferova výzkumného institutu

Antonín Vojáček, 6. Červenec 2023 - 20:52

Robotické broušení složitých tvarů za pomoci umělé inteligence i nový velmi jemný robotických uchopovač. To jsou dvě zajímavé novinky robotické sekce Fraunhoferova institutu pro lepší automatizaci doposud víceméně manuálních procesů.

Modelování a řízení robotů s využitím umělé inteligence

Robustní ovladač s umělou inteligencí pro robotické aplikace dokáže spolehlivě udržovat robotické procesy (jako např. proces broušení) v požadovaném provozním rozsahu a zabraňuje chybám. Robustní umělá inteligence analyzuje proces paralelně a během provozu jej neustále zlepšuje. Mnoho společností se ještě stále používání umělé inteligence při výrobě vyhýbá, zejména pokud jde o individuální zakázky s velkým množstvím nastavovací práce, a raději trvají na manuálních procesech. Ale správné spojení umělé inteligence s bezpečnými a osvědčenými metodami řídicího inženýrství dnes umožňuje vytvořit spolehlivou důvěryhodnou aplikaci pro automatizované zpracování, například i různých složitých materiálů.

Výzkumem v této oblasti robotizace se pak zabývá i skupina Trusted Machine Intelligence ve Fraunhofer IEM, která spoléhá na hybridní modelování a snaží se zmírnit obavy společností z používání umělé inteligence. Skupina Trusted Machine Intelligence kombinuje osvědčené metody mechatroniky a řídicí techniky s přístupy umělé inteligence řízené daty. Vznikají tak důvěryhodné a spolehlivé inteligentní systémy pro výrobu a mechatronické produkty: nezávisle sledují své učení, kriticky hodnotí své vlastní kompetence, vysvětlují rozhodnutí a dostávají cílenou pomoc od lidí. Konkrétně například s inteligentním systémem broušení Fraunhofer IEM ve spojení s výrobce strojů Düspohl tak poprvé automatizuje i zpracování složitých materiálů.

RoboGrinder

S inteligentním systémem broušení Fraunhofer IEM pod označením RoboGrinder poprvé automatizuje dříve jen čistě ruční výrobní krok strojírenské společnosti Düspohl, například důležité nástroje pro balení okenních rámů lze na místě reprodukovat během několika minut. Pro firmy ovinující profily to znamená výrazně rychlejší výrobu náhradních dílů ve vlastní továrně.

Pro firmy balící nějaké profily jejich ovinováním to znamená výrazně rychlejší výrobu náhradních dílů ve vlastní továrně. Například firmy z oblasti stavebních prvků a nábytkářského průmyslu vyrábějí obrovské množství variant nástrojů balicích rolí, včetně velmi malých sérií, a musí umět rychle a snadno reagovat na nové zakázky. Inteligentní systém broušení je proto důležitým stavebním kamenem automatizace. Díky využití umělé inteligence takový systém může fungovat až o 40 % rychleji než u běžných metod a tak například provádět rychlou automatizovanou výrobu náhradních dílů ve vlastní továrně.

Vlastnosti brusného / obráběcího systému s podporou AI (umělé inteligence):

Spolehlivá základní regulace obrysu, která zaručuje cílový rozměr.
Individuální rozpoznání tvaru obrobku laserovým skenerem.
Nezávislá konfigurace procesu obrábění.
Rychlý čas nastavení - od plánování po dokončení trvá jen několik okamžiků.

Jemné chapadlo pro jemné potraviny

Elektrické chapadlo velmi citlivé na sílu a tedy robotické uchopení s velkou citlivostí. To jsou výzvy pro robotizaci manipulací s velmi křehkými předměty, jako jsou například různé jemné výrobky v potravinářství, například cukrářské výrobky či křehké komponenty využívané při jejich přípravě (vejce a pod.).

S energeticky účinným a na sílu citlivým robotickým chapadlem se Fraunhofer IEM snaží efektivně a spolehlivě realizovat přepravu křehkých produktů, právě zejména při výrobě potravin. V potravinářském průmyslu musí být křehké produkty často přepravovány z jednoho výrobního kroku do druhého. V současné době k tomu průmysl stále spoléhá na energeticky náročnou a neefektivní pneumatiku. Fraunhofer IEM pracuje na novém robotickém uchopovači citlivém na sílu, který přepravuje křehké předměty, jako jsou například různé pěnové výrobky a dezerty (jako například marshmallow, koblihy, koňakové špičky a podobné křehké dezerty), aniž by je poškodil. Díky elektrickému pohonu je systém vysoce dynamický, efektivní z hlediska zdrojů a snadno se integruje.

V rámci projektu financovaného státem Severní Porýní-Vestfálsko vyvinuli vědci a inženýři z Fraunhofer IEM v Paderbornu robotický uchopovač, který je ideální pro takové jemné použití v potravinářském průmyslu. Systém také letos prezentovali na stánku Fraunhofer na veletrhu Hannover Messe 2023 na pracovní stanici cobotů přenášejících dortíky (pěnové pusinky / indiánky), aniž by poškodily citlivou čokoládovou polevu.

Kombinace následujících pěti speciálních funkcí dělá z nového Fraunhofer IEM uchopovacího systému inovativní řešení proti stávajícím konvenčním řešením:

1. Citlivost na sílu: chapadlo svírá citlivé materiály citlivě a zabraňuje poškození, jako jsou otlaky nebo škrábance.
2. Dynamika: chapadlo pracuje velmi rychle a snadno se tak přizpůsobuje výrobním procesům.
3. Energetická účinnost: chapadlo je ovládáno elektricky a je tak možné se zcela obejít bez energeticky a nákladově náročné pneumatiky.
4. Bohatost variant: uchopovací systém lze realizovat s 2, 3 nebo 4 prsty a je tak vhodný pro širokou škálu aplikací.
5. Velký přenášecí rádius: chapadlo funguje na lineární ose a má tedy velký akční rádius.

Uchopovací systém může být implementován dvěma, třemi nebo čtyřmi prsty a je proto vhodný pro širokou škálu aplikací. Například je s ním realizovatelná také automatizovaná manipulace s jiným citlivým zbožím, jako je sklo. „Prsty s pružným povrchem na bázi plastu přilnou k citlivým materiálům, aniž by došlo k jejich poškození. Zároveň je chapadlo robota vysoce dynamické a lze jej proto snadno přizpůsobit výrobním procesům. Po celou dobu je zachována potřebná rovnováha mezi rychlostí a citlivostí,“ říká Dr. Christian Henke, vedoucí oddělení Scientific Automation ve Fraunhofer IEM. Přesná a dynamická technologie ovládání umožňuje cílené nastavení pohybů prstů. Senzory integrované v prstech řídí požadovaný přítlak.

Chapadlo navíc není ovládáno pneumaticky, ale elektricky. To umožňuje využít již stávající napájení, které bývá součástí kolaborativních robotů. To má výhody proti doposud běžným konvenčním uchopovacím systémům ovládaným pneumaticky, kde generování stlačeného vzduchu je spojeno s nižší úrovní účinnosti, kterou pak dále ještě mohou umocňovat časté netěsnosti v potrubí. Díky vestavěné velké citlivosti a také senzorové detekci prostředí je samotné chapadlo vhodné i pro bezpečnou spolupráci člověka a robota. Výzkumníci Fraunhofer IEM pro tento účel vyvinuli nový 360° multisenzorový systém detekce prostředí, který se skládá z laserových senzorů vzdálenosti a termoelektrických infrasenzorů. A tak i kompletní robotický systém složený z kolaborativního robota (cobot) a chapadla lze využívat jako plně kolaborativní, tedy lze jej využívat i v nezakrytovaném / neodděleném pracovišti a tedy může přímo spolupracovat / doplňovat lidské pracovníky.