LTH-forskare skapar framtidens robotar

Under våren går LTH in i en unik europeisk satsning på robotar för små och medelstora företag. Helt nya programvarutekniska, reglertekniska, matematiska, produktionstekniska och mekatroniska lösningar kommer att skapas, genom samverkande insatser från institutionerna Datavetenskap, Reglerteknik, Matematik, Maskinteknologi, samt Industriell elektroteknik och automation. Projektet heter SMErobot, startade den 1 mars och ska pågå i fyra år inom EUs 6:e ramprogram.

Klas Nilsson, är lektor inom Datalogi och doktor i Reglerteknik.

I satsningen ingår Europas ledande institut och robotföretag. Projektet finansieras från EU med 15 miljoner euro och har en total budget på ungefär det dubbla. Initiativtagare och huvudansvarig inom LTH är Klas Nilsson, Institutionen för Datavetenskap:
– Budgeten för LTH är kring 4 miljoner kronor per år, plus utrustning för utveckling av prototyper m m. Även om detta innebär ganska begränsade ramar så befäster vi, genom vår tekniska och vetenskapliga nyckelroll, Lund som huvudort vad gäller forskning kring industriell robotstyrning i Sverige. Vi får också en mera aktiv samverkan med andra ledande forskningsinstitut.
– Svensk industri tillhör föregångarna inom robotteknik för tillverkningssystem och LTH har en framstående multidisciplinär forskning på området. Inom SMErobot samverkar t ex fem institutioner, kommenterar Klas Nilsson.

Robotar för alla och för en bättre miljö
Tekniken i tillverkningsrobotar har vuxit fram för att passa de stora och tekniskt avancerade användarna med tung tillverkning som t ex bilindustrin. Dagens robotar kan t ex inte på ett enkelt sätt anpassas till varierande och inte helt förutbestämda arbetsuppgifter.
– Tillverkning av enklare produkter och produkter för snabba och rörliga marknader flyttar i allt större grad till låglöneländer. Detta får konsekvenser för ekonomi och arbetstillfällen både i Europa och på andra håll. Ofta innebär detta miljöbelastningar på två sätt: produktion sker i områden utan fullgod miljölagstiftning och transporterna från produktion till marknad ökar. Många produkter skall troligen för allas bästa tillverkas i länder som nu bygger upp sin ekonomi, men bättre möjligheter att tillverka europeiska marknadsanpassade produkter här i Europa är angelägna och brådskande, kommenterar Klas.
– Nyckelorden här är flexibilitet, kostnadseffektivitet och produktivitet. Utmaningen ligger i att kombinera dessa motstridiga krav, samtidigt som europeisk standard vad gäller arbetsmiljö, säkerhet, och kvalité ska bibehållas och helst vidareutvecklas, menar Klas.

Robot med parallelkinematisk struktur. En sådan struktur förbättrar styvhet, noggrannhet och snabbhet, i kombination med minskad vikt och potentiellt sett ett betydligt lägre pris jämfört med dagens robotar. Ovan visas en principskiss för en treaxlig sådan robot, och nedan exempel på en simulerad utformning.

Samverkande kompetenser
Projektplanen är som brukligt i denna typ av projekt inte offentlig, även om de olika forskningsresultaten publiceras. Men målen kan sammanfattas i tre punkter som var för sig innebär genombrott:

Robotar som förstår mänskliga instruktioner så att de därigenom blir lättare att instruera.
Robotar som genom en kombination av mekatronisk utformning och säker sensorbaserad styrning kan arbeta tillsammans med människan inom en gemensam arbetsyta, på att säkert men produktivt sätt.
Robotar som snabbt och enkelt kan installeras och sättas i arbete; inom tre dagar efter produktionsbehovets uppkomst och utan krav på expertkunskap inom styrsystem och programmering

Bland de viktiga forskningsområdena kan speciellt nämnas Öppna styrsystem och Flexibla realtidssystem, som det forskas på inom Reglerteknik och Datavetenskap, och som ingår i LUCAS. Genom att kombinera resultat från dessa områden avser projektet att bygga styrsystem som trots stränga krav på säkerhet och prestanda kan förändras efter behov. Återkoppling sker via yttre sensorer. Ett exempel på en sådan yttre givare, och samtidigt en nyckelkompetens inom SMErobot, är tekniker för datorseende som utvecklats inom bildanalysgruppen inom Institutionen för matematik. Det är denna typ av vetenskapligt breda kompetens som gör att LTH och LU är den huvudsakliga universitetsparten i projektet.

– Fyra hektiska och spännande år stundar. I M-huset här i Lund kommer vi att bygga projektets första prototyp av en ny sorts robot med parallelkinematisk struktur. Idéerna till denna kommer från en tidigare LTH-doktor, Torgny Brogårdh, som är teknisk specialist inom ABB Robotics, och personen bakom de nya och starka patent som ABB nu lägger in i det nya SMErobot-konsortiet, avslutar Klas.

Jonas Wisbrant

Mer information
Mer information om SMErobot: http://www.smerobot.org
Mer information om Produktiva Robotar: http://www.robot.lth.se

Kontaktpersoner:
Dr Klas Nilsson, Klas.Nilsson@cs.lth.se 046 222 43 04 / 0705 36 50 15
Jonas Wisbrant, Jonas.Wisbrant@cs.lth.se 046 222 34 83 / 0709 98 90 02

SMErobot
För SMErobot har LTH tillsammans med instituten Fraunhofer i Stuttgart och DLR i München, i samverkan med ledande robotföretag, formerat denna satsning ända från tidigare Expression-of-Interest för EU:s 6:e ramprogram fram till det nu beviljade projektet. Den industriella basen i projektet utgörs av de sex stora europeiska robottillverkarna, som nu för första gången har gått samman i en gemensam satsning för att skapa ny småföretagarvänlig robotteknik. SME står för just Small and Medium Enterprices, d v s små och medelstora företag, och i SMErobot finns även betydelsen Superior Manufacturing in Europe. De i projektet ingående robottillverkarna har tillsammans 40 % av världsmarknaden. Den största av dessa företag är ABB Robotics (ABB Automation Products / Robotics) som LTH har en nära och mångåriga samverkan med.

Industrirobotar
Robottekniken utgör en nyckelkomponent för tillverkningsindustrin genom att roboten är den mest flexibla maskinen. Den lämnar robottillverkaren som en programmerbar maskin som sedan ges verktyg och uppgift hos användaren. Flexibilitet och programmerbarhet är mera långtgående än hos andra programmerbara utrustningar såsom NC-maskiner och PLC:er (Programable Logic Controller). Produktivitetskravet gör att roboten måste vara så snabb och vig att dess egenskaper och omgivning blir dynamiskt föränderliga. Robotens mera varierande uppgifter gör att programmerbarhet och användarinteraktion måste hantera en tredimensionella verklighet inklusive geometriska villkor och onoggrannheter.

Kinematik är geometrisk rörelselära
Position, hastighet samt acceleration beaktas då, men inte massor och de krafter som orsakar rörelsen. En kinematisk struktur utgörs av delar som kinematiskt kopplats ihop. Ett exempel är vårt skelett där kopplingarna utgörs av leder.

Detta är då en seriekinematisk struktur (skelettdelarna kopplade efter varandra ut till fingrarna) vilket naturen funnit lämplig för vighet och åtkomlighet. Ett undantag är de parallella ben vi har i underarmen, som ger en styvare och bättre kontrollerad handledsrörelse. När vi för ett krävande arbetsmoment tar tag i ett verktyg med båda händerna så bildas en kinematisk loop, vilket innebär att det finns två parallella kinematiska vägar fram till verktyget. Mera generellt skulle man kunna tänka sig att en skicklig arbetare skulle ha flera armar som tillsammans utgör en styv struktur, eller att skelettet skulle vara uppbyggt med flera armar kopplade till en mycket stadig hand.

Eftersom det finns tre dimensioner i rummet, samt tre rotationer, så är det speciellt lämplig med sex parallella delar som kopplas till handen med separata och lämpligt placerade handleder.

En mekanisk robotarm kallas manipulator En parallellkinematisk manipulator (PKM) blir normalt opraktisk, men det har visat sig att med vissa speciella kombinationer av parallellt verkande delar kan en robot ges helt nya och (för industriarbete) radikalt förbättrade egenskaper.#

Last update: Monday, 25-Apr-2005 11:21:36 CEST