De afgelopen maanden hebben we gewerkt aan het verbeteren van de absolute nauwkeurigheid van onze robots. Het resultaat is dat we de nauwkeurigheid van onze slimme productierobots hebben verbeterd tot in de orde van 0,1 mm. Bekijk de video om te zien hoe we aan deze verbeteringen hebben gewerkt, en lees verder voor de verhalen achter dit project!

Stap 1: testen op kleine schaal met een cobot

De allereerste stap op weg naar extreme nauwkeurigheid voor onze XL-robots was klein beginnen: we moesten leren hoe het proces van het meten van de nauwkeurigheid van een robot in zijn werk gaat, en de procedure oefenen. Daarom voerden we een reeks kleinschalige testruns uit op onze cobot. Als bonus kregen we hierdoor meer inzicht in de baan nauwkeurigheid van deze robot. Dit is de afwijking tussen de baan die de robot geprogrammeerd is om te volgen en de baan die hij daadwerkelijk neemt wanneer hij van A naar B beweegt.

Aangezien we onze Leica lasertracker nog maar net hadden ontvangen, moesten we leren hoe we dat systeem moesten gebruiken. Met hulp van K-LOOPS konden we begrijpen hoe we de lasertracker moesten gebruiken om de referentieframes van de robot met uiterste precisie in te stellen. Hierdoor konden alle daaropvolgende metingen van de cobot door de lasertracker nauwkeurig worden vergeleken met de geprogrammeerde positie van de robot.

Om onze eerste testopstelling te definiëren, keken we naar ISO9283 – “Manipulating industrial robots – Performance criteria and related test methods”. Deze norm bevat een procedure om de baan nauwkeurigheid van een robot te bepalen. De procedure is gebaseerd op het uitvoeren van lineaire bewegingen binnen een vooraf gedefinieerde kubus in het werkgebied van de robot. Voor het uitvoeren van de eerste kleinschalige tests hebben we onze cobot geprogrammeerd op basis van deze procedure.

Stap 2: testen op middelgrote schaal met de Kuka robot

De volgende stap was het werk aan onze Kuka robot. Dit betekende een toename in complexiteit op een aantal fronten. Allereerst is de Kuka robot veel groter en heeft hij een extra vrijheidsgraad doordat hij op rails staat (zie video). Daarnaast was onze ambitie voor de Kuka robot niet meer om de externe lasertracker alleen te gebruiken om de baan nauwkeurigheid van de robot te meten. Nu wilden we de positionering ook in realtime corrigeren. Zowel stationair als tijdens bewegingen. Het demonstreren van deze functinaliteit maakte deel uit van onze inspanningen voor het PeneloPe project.

Bij SAM XL gebruiken we deze Kuka robot voor het automatisch plaatsen van vezels (zie dit bericht) en voor het 3D-printen van grote structuren. Daarnaast zijn we van plan om hem in de toekomst ook te gebruiken voor freeswerkzaamheden. De kwaliteit en consistentie van deze productieprocessen wordt direct beïnvloed door de positioneringsnauwkeurigheid van de end-effector. Elke verbetering in nauwkeurigheid die we bereiken kan dus direct worden vertaald naar een verbetering van onze capaciteiten op deze gebieden. Vooral bij freesbewerkingen komt het live-feedback besturingssysteem goed van pas, omdat het de afwijkingen kan corrigeren die ontstaan door de reactiekrachten die worden uitgeoefend op de end-effector door het frezen.

De grafiek hieronder toont de aanzienlijke verbetering die het live-feedback besturingssysteem biedt. Tijdens het uitvoeren van de ‘XL’-beweging uit de video daalde de absolute padafwijking van gemiddeld 8,2 mm naar slechts 0,06 mm: een 137x betere nauwkeurigheid! Ondertussen liet K-LOOPS zien dat hun technologie ook werkt op rails-gemonteerde robots. Een vruchtbare samenwerking!

Stap 3: opschalen naar XL Gantry robot

Het derde en laatste onderdeel van het nauwkeurigheid verbeterproject was het opschalen van de technologie en know-how naar onze Gantry robot. Net als bij de Kuka robot zal het verbeteren van de nauwkeurigheid van deze XL machine de kwaliteit van de productieprocessen die ermee worden uitgevoerd verbeteren. Dit is met name relevant voor de continue ultrasone lasmachine die we in de toekomst op deze robot willen installeren. Ons doel is om hoogwaardige ultrasone lassen van enkele meters lang te maken.

De grootte van de Gantry-robot brengt inherent nauwkeurigheidsuitdagingen met zich mee, wat duidelijk te zien is in de video. In het begin was de robot niet eens in staat om een marker tegen het whiteboard gedrukt te houden. Een van onze Gantry-ingenieurs legt uit: “De oorzaak van de onnauwkeurigheden die we ervaren met de Gantry-robot zijn non-lineariteiten die te maken hebben met de enorme omvang en het gewicht van deze robot.”

De ingenieurs stelden vast dat dit probleem het beste opgelost kon worden door de Gantry-robot te kalibreren. Deze kalibratie werd uitgevoerd met de lasertracker en hulp van een team van Isios dat expertise leverde over het besturingssysteem van de Gantry. De kalibratie verbeterde met succes de nauwkeurigheid en bracht de gemiddelde fout terug van 2,29 mm naar 0,34 mm. De tabel hieronder laat de significante verbeteringen zien. Bedankt Isios!