Avainsana: Teollisuusrobotti
Kobotiikan simulointia ja testausta tosielämästä
Kobotiikka on robotiikan ala, jossa robotti toimii yhteistyössä ihmisen kanssa. Kobotin työtehtäviin kuuluu usein toimiminen ihmisen kanssa tai itsenäisesti tuotantolinjalla. Kobotin ohjelmointi on myös tehty helpoksi, joten sen siirtäminen ja toimintakuntoon saattaminen tapahtuu nopeasti. Tällöin laite voidaan siirtää sinne, missä kapasiteettia tarvitaan. Työskentely kobotin läheisyydessä on turvallista, eikä se tarvitse suojakehikkoa tai muita turvalaitteita ympärilleen. Koboteissa on nivelten voima-anturit tai pinnan kosketusanturit, joiden avulla kobotti voi pysähtyä vaarallisissa kontakteissa. Yleisesti kobotit ovat helppoja ohjelmoida ja monelle laitteelle ohjelmointi tapahtuu käsin opettamalla: siirtämällä kobotin tarttuja kädestä pitäen haluttuihin pisteisiin. Useilla eri robottivalmistajalla on omat kobottimallinsa. Suomessa yleisimpiä ovat ABB:n YuMi, Universal Roboticsin URx, KUKA Roboticsin Iiwa, Omronin TMx ja Techmanin TM-tuoteperhe. Lisäksi nykyisiin teollisuusrobotteihin on saatavana “pehmusteita”, joissa on kapasitiivinen anturi. Nämä pehmusteet toimivat kosketustunnistimina, jolloin robottia voidaan käyttää ilman suoja-aitoja kobotin tavoin. Tavallisen robotin ja turvaskannerin yhdistelmällä voidaan myös “kobotisoida” perinteinen teollisuusrobotti. Kobotiikasta tehtiin vuonna 2020 viisi projektia: Muuntosähkö, Hioma, Silmusalaatti, Etteplan ja Enics. Muuntosähkö Projektissa piti suunnitella kobottisolu, joka hitsaa muuntajia ja sinifilttereitä valmiiksi tuotteeksi. Tämä työvaihe tehtiin aikaisemmin käsiin, ja nyt olisi tarkoitus robotin avulla suorittaa vastaava toimenpide. Tehtäväksi muodostui jigin ja oikeastaan koko robottisolun suunnittelu alusta loppuun. Työssä päätettiin käyttää kääntöpöytää. Projektissa oli mukana kaksi opiskelijaryhmää, toinen koneautomaation ja toinen sähköautomaation koulutusohjelmasta. Tavoitteena oli simuloida eri työvaiheet, laskea simuloinnin avulla hitsaukseen kuluva aika ja sitä kautta kannattavuus- ja investointilaskelmat. Työ tehtiin syksyllä 2020. Projekti pysyi hyvin aikataulussa ja onnistui hyvin. Tuloksena saatiin asiakkaalle kobottisolun simulointivideot ja siihen liittyvät laskelmat. Hioma Projektissa oli tarkoitus automatisoida hiontakivien puristustyövaihe. Tätä varten varsinainen hiomakivi ja siihen liittyvät työkalut mallinnettiin CATIA-ohjelmistolla ja valmistettiin 3D-tulostamalla. Näillä osilla sitten hahmotettiin eri työvaiheet ja haettiin mahdollisuuksia automatisointiin. Parhaasta vaihtoehdosta tehtiin simulointimalli Visual Componentsin ohjelmistolla. Lopuksi oli tarkoitus tehdä testi vielä oikealla robotilla hiontakivien prässäyksestä, mutta siihen aika ei riittänyt. Työ tehtiin syksyn 2020 aikana. Projekti pysyi hyvin aikataulussa ja onnistui hyvin. Tuloksena saatiin asiakkaalle kobottisolun 3D-mallinnus ja ehdotus automatisoinnista. Työ jatkuu vielä yrityksen kanssa jatkoprojekteina. Silmusalaatti Projektissa piti käyttöön ottaa yrityksen aikaisemmin ostama kobotti. Tavoitteena oli suunnitella siihen uusi tarttuja ja suorittaa kannattavuuslaskelmia robotin käytöstä. Projektiin osallistui sekä sähköautomaation että liiketalouden opiskelijoita. Yrityksen kobotti siirrettiin Metropolian Myyrmäen kampukselle ja siellä tehtiin suurin osa tuotantotesteistä. Opiskelijat suunnittelivat uudenlaisen tarttujan, joka koostui metalli- ja muoviosista. Nämä oli 3D-tulostettu kampuksella. Tarttuja pystyi ottamaan viisi rasiaa kerralla, ja tämä riitti yrityksen tuotantonopeuteen. Kobottisolu tuli tuotantolinjan loppupäähän, jossa rasiat pakataan isompaan laatikkoon. Työ tehtiin syksyn 2020 aikana. Projekti pysyi hyvin aikataulussa ja onnistui erittäin hyvin. Tuloksena saatiin asiakkaalle toimiva tuotantolinjalle sopiva kobottisolu. Etteplan Projektissa oli tarkoitus tutkia eri vaihtoehtoja teollisuusrobotin turvallistamiseksi, ts. pyrittiin saamaan robotti reagoimaan ympäristöönsä, jolloin ei tarvita raskaita raja-aitoja robottisolun ympärille. Tähän käytettiin laserskanneria, joka havainnoi ympäristöään, ja saadun tiedon perusteella robotti joko hidastaa vauhtia tai pysäyttää toiminnan. Sama tekniikka on jo käytössä vihivaunuissa. Projektissa oli käytössä SICKin laserskanneri ja yrityksen laite- ja ohjelmisto-osaamista. Toimintaa simuloitiin Visual Componentsin ohjelmistolla ja lopulliset robottiohjelmat tehtiin ABB:n Robotstudio-ohjelmalla. Työ tehtiin kevään 2020 aikana. Projekti pysyi hyvin aikataulussa ja onnistui erittäin hyvin. Tuloksena saatiin asiakkaalle myytävä tuote. Enics Projektissa tutkittiin kobotin käyttöä elektroniikkateollisuuden kokoonpanotehtäviin ja siinä nimenomaan piirilevyjen siirtelyyn makasiiniin ja makasiinista pois. Projektissa tehtiin sekä fyysisiä testejä oikeilla komponenteilla, piirilevyillä ja makasiineilla että simulaattoritestejä virtuaalimaailmassa. Simuloinnissa käytettiin ABB:n Robotstudio-ohjelmistoa ja fyysiset testit tehtiin Myyrmäen kampuksella, aluksi käyttäen Metropolian Yumi-robottia. Simulaattoritestissä paljastui ulottuvuusongelmia, joita vielä koetettiin ratkaista oikealla robotilla. Projektissa selvisi aika nopeasti, että oma osaaminen ei riittänyt tehtävän simuloimiseen. Onneksi saimme ABB:ltä arvokasta apua Robotstudion käyttämiseen. Piirilevy oli sen verran painava, että se piti nostaa molemmilla käsivarsilla ja näin tehty synkronointiliike olikin hankala toteuttaa. Yumilla se kuitenkin saatiin onnistumaan. Simulaattorissa liike saatiin suoritettua helposti, mutta sitten kun tehtiin sama liike oikealla robotilla, paljastuikin, että kuorma oli kuitenkin liikaa varsinkin ulottuma-alueen äärirajoilla. Vaikka testi saatiin onnistumaan, tultiin siihen lopputulokseen, että Yumin käyttäminen projektissa olisi aika vaikeata. Robotin moottoreiden kuormittaminen äärirajoille jatkuvassa kolmivuorotyössä kuluttaisi sen loppuun hyvinkin nopeasti. Lopuksi Vaikka yleisesti robottien/kobottien pelätään vievän ihmisiltä työpaikat, robotiikalla on todellista potentiaalia luoda työpaikkoja, parantaa tuottavuutta ja turvallisuutta. Robotiikka ottaa ihmisen paikan joissain tehtävissä, mutta samalla synnyttää uusia työpaikkoja itse robottiin liittyvissä tehtävissä. Kirjoittaja: Timo Tuominen Lehtori timo.tuominen@metropolia.fi Metropolia Ammattikorkeakoulu
Lähtisitkö robotin hoiviin?
Ihmisen ja robotin välinen suhde on muuttunut aikojen kuluessa. Työkoneesta ja työkaverista on vähitellen kehkeytynyt palvelija, apuri ja kumppani. Alkujaan tuotantolinjoihin kytketyt teollisuusrobotit toimivat raskaissa töissä ja vapauttivat työntekijät ylivoimaisten ruumiillisten ponnistelujen ikeestä. Ihminen painoi ne napista käyntiin, monitoroi niiden käyttäytymistä ja huolsi niitä silloin tällöin. Askel kohti ihmisen ja robotin lähempää tuttavuutta otettiin, kun teollisuusrobottien suoja-aidat korvattiin optisilla antureilla. Teollisuusrobotit muuntuivat yhteistyöroboteiksi: ne eivät enää tarvinneet erillisiä häkkejä tai alueita toimiakseen, vaan sensorien kautta toteutetut turvatoimet tekivät ne helpommin lähestyttäviksi. Nyttemmin palveluroboteiksi kutsuttuja teollisuusrobottien jälkeläisiä on otettu avuksi esimerkiksi kirurgiaan, sairaalalogistiikkaan ja lääkejakeluun sekä päivittäisiin toimiin, kuten nostamiseen, kantamiseen siivoamiseen, syömiseen ja peseytymiseen. Sosiaaliset robotit puolestaan on tarkoitettu inhimillisen kanssakäymisen tueksi, seuraksi ja viihdykkeeksi. Sosiaalinen palvelurobotti pystyy oppimaan ja kykenee vuoropuheluun. Suuria odotuksia on ladattu robotteihin, jotka soveltuvat oma- ja monitoimisesti ihmisen tehtäviin ja olemaan suorassa kontaktissa asiakkaiden kanssa. Ihmisen suhde robotteihin on muuttumassa radikaalisti verrattuna teollisuusrobotteihin − pian robotit monitoroivat käyttäytymistä ja huoltavat ihmistä kokoaikaisesti. Samalla ne saattavat vapauttaa työntekijät mahdollisten hankalien ihmiskontaktien ikeestä. Tuotantolinjalta kosketustuotantoon Ihmisen ja robotin välisen suhteen kehitys muistuttaa hämmentävästi suden kesyttämistä pedosta seurakoiraksi. Aikaisemmin vain joidenkuiden hallittavissa olevasta ja varottavasta ”konehirviöstä” on vähitellen muotoutunut turvallinen ja lähes jokaiseen kotiin sopiva lemmikki, kuten vaikkapa robottiruohonleikkuri tai hyljerobotti Paro. Lienee syytä kysyä, mitä vaikutuksia on sillä, että aikaisemmin tehokkaaseen teollisuustyöhön kehitetyt ajatusmallit ja niiden pohjalta tuotetut teknologiat levittäytyvät hoivan piiriin, jossa keskeistä ei ole tavaroiden tuotanto vaan inhimillinen kosketus. Miten ihmisten välinen hoivasuhde ja hoivahenkilökunnan ammatti-identiteetti muuttuvat, jos ja kun aikaisemmin ihmisen antama hoiva toteutetaankin kokonaan tai osittain teknologian avulla? Vastauksia edellisiin kysymyksiin kannattaa etsiä Tuomo Särkikosken, Tuuli Turjan ja Jaana Parviaisen toimittamasta artikkelikokoelmasta Robotin hoiviin? Yhteiskuntatieteen ja filosofian näkökulmia palvelurobotiikkaan (Vastapaino 2020). Kirja tarkastelee palvelurobotiikan mahdollisuuksia ja uhkia tulevaisuuden hoivapalvelujen järjestämisessä, ja se perustuu Suomen Akatemian Strategisen tutkimusneuvoston rahoittamaan tutkimushankkeeseen ”Robotit ja hyvinvointipalvelujen tulevaisuus” (ROSE-hankkeen kotisivut) vuosilta 2015−2021. Kirja koostuu kuudesta laajasta artikkelista, joissa käsitellään muun muassa erilaisten palvelurobottien periaatteita, käyttökelpoisuutta ja hyväksyttävyyttä. Lopussa on lisäksi monipuolinen robotisaatiosanasto. Ketä kuunnellaan? Robotteja on nykyään joka paikassa, joten niihin tottuminen on tarkoituksenmukaista ja tarpeellista. Suunnitelmien mukaan robotit pitävät tulevaisuudessa huolta vanhuksista, ja yhä useampi sairaalapotilas tulee kohtaamaan sosiaalisen robotin hoitonsa aikana. Tulevaisuusnäkymän vuoksi robotit olisi hyvä kotoistaa hyvissä ajoin osaksi yhteiskuntaa ja tehdä ne niin arkipäiväisiksi, ettei niihin kohdistu pelkoja tai ennakkoluuloja siinä vaiheessa, kun kohtaamisen aika koittaa. Aivan selvää ei kuitenkaan ole, kenen ehdoilla hoivarobotiikkaa kehitetään. Päättääkö sen suunnittelusta ja käyttöönotosta esimerkiksi palveluntuottaja, hoitohenkilökunta vai asiakas? Paljon vaikuttaa se, miten teknologian hyödyntämiseen hoiva-alalla suhtaudutaan: nähdäänkö robotiikan muuttavan yhteiskuntaa ja hoiva-alaa omaehtoisesti ja vääjäämättä vai lähdetäänkö siitä, että teknologiaa kehitetään sosiaalisten ja inhimillisten tarpeiden mukaan. Kuinka paljon robotit muuttavat hoiva-alaa ja hoiva-ala robotteja? Palvelurobottien kehittymisen yhteydessä meidän tulee tarkistaa käsityksiämme paitsi roboteista myös itsestämme, sillä kaikenlainen vuorovaikutus muuntaa kaikkia vuorovaikutukseen osallistuvia. Käsitys ihmisyydestä ja jopa elämästä tulee kenties muuttumaan. Robotin hoiviin? on tärkeä kirja. Se tuo esille yhteiskuntatieteellisiä ja filosofisia näkökulmia, jotka helposti jäävät liian vähälle huomiolle robotisaatiosta käytävässä keskustelussa. Jos asioita tarkastellaan vain teknologian kehittämisen ja talouden lainalaisuuksien vinkkelistä, moni inhimillisen todellisuuden osa-alue jää kartoittamatta. Ihmisen ja robotin välisissä suhteissa kaikki niihin liittyvät näkökulmat ovat tarpeen, jotta on mahdollista ymmärtää, mistä pohjimmiltaan on kysymys ja mihin olemme menossa. Kirjoittaja: Pasi Lankinen työskentelee suomen kielen ja viestinnän yliopettajana Metropolia Ammattikorkeakoulussa. pasi.lankinen@metropolia.fi +358 40 678 4866 Metropolia University of Applied Sciences Finland