ASKEL 5

YHTEISTYÖROBOTIIKKA
Mirka Leino ja Suvi Nikula, Satakunnan ammattikorkeakoulu 

Viisi vaikuttavaa teknologia-askelta elintarvikealan pk-yrityksissä -hankkeessa tehtyjen yrityshaastattelujen perusteellaSatakunnan ja Etelä-Pohjanmaan alueilla toimivilla elintarvikealan pk-yrityksillä on selkeätarve hakea uusia avauksia kustannustehokkuuden parantamiseen ja sitä kautta kilpailukyvyn tehostamiseen. Yksi moneen kohteeseen sopivista ratkaisuista löytyy yhteistyörobotiikasta.

Kun automaattisesti toimivat robotit tai robottijärjestelmät jakavat saman työpisteen ihmisten kanssa, puhutaan yhteistyörobotiikasta (kuva 1). Yhteistyörobotiikalla tarkoitetaan ennemminkin sovellusta kuin yksittäistä robottia tai robottimerkkiä. Sovelluksessa siis otetaan huomioon robotin käsivarren päässä oleva työkalu, joka on robottisovelluksen kanssa yhtäläisesti vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa. (Lazarte 2016.)

Kuva 1. Universal Robotsin yhteistyörobotti UR5.

Mitä tarkoittaa yhteistyörobotti? 

Yhteistyörobottien englanninkielisen nimen, collaborative robots, ensimmäinen osa tarkoittaa toimintaa, jossa työskennellään yhdessä jonkun kanssa tarkoituksena valmistaa tai luoda jotakin. Usein yhteistyörobotteja käsitellään vain käyttötapojensa näkökulmasta, mutta oikeastaan yhteistyörobotin määritelmällä tarkoitetaan robotin toimintatapaa. Ilman turva-aitoja ihmisten keskuudessa työskentely ei tee robotista yhteistyörobottia. Yhteistyöroboteiksi kutsutaan monenlaisia erilaisia robotteja, mutta ainoastaan yhtä tyyppiä voidaan aidosti käyttää ihmisten keskuudessa ilman mitään robotin ulkopuolisia turvajärjestelyjä. Standardissa ISO 10218 käsitelläänkin neljää erilaista tekniikkaa, joita käytetään yhteistoiminnan toteuttamiseksi. (Bélanger-Barrette 2015b; Lazarte 2016.)

Standardin mukaan yhteistoiminnaksi katsotaan seuraavilla tekniikoilla toteutetut robottisovellukset:

  1. Turvaluokiteltu valvottu pysäytys
  2. Käsin ohjaaminen.
  3. Nopeuden ja vähimmäisetäisyyden valvonta.
  4. Tehon ja voiman rajoittaminen luontaisesti turvallisella suunnittelulla tai ohjauksella. (Lazarte 2016; SFS-EN ISO 10218-1, 36.)

Perinteisiin teollisuusrobotteihin voidaan soveltaa kolmea ensimmäistä tekniikkaa. Tällöin ne saadaan toimimaan tietyissä tilanteissa turvallisesti yhteistyössä ihmisten kanssa. Jos ihminen esimerkiksi menee liian lähelle robottia, voi turvaskanneri pysäyttää robotin. Vastaavasti robotin nopeutta ja etäisyyttä ihmiseen voidaan valvoa erilaisilla turvatekniikoilla, jolloin robotti hidastaa toimintaansa ihmisen tullessa lähelle ja pysähtyy, jos ihminen tulee liian lähelle. Näiden kolmen tekniikan avulla robotista ei kuitenkaan tule yhteistyörobottia, vaan se on pelkästään yhteistoiminnassa ihmisen kanssa ulkopuolisten turvajärjestelyjen avulla. (Bélanger-Barrette 2015b.)

Yhteistoiminnan neljännessä muodossa, tehon ja voiman rajoittamisessa, turvallisuutta ja yhteistoimintaa tavoitellaan jo robotin suunnitteluvaiheessa. Tällä tavoin toteutettuja robotteja kutsutaan yhteistyöroboteiksi. Robottijärjestelmään ei vaadita ulkopuolisia turvajärjestelyjä, kuten kolmessa muussa tapauksessa, koska robotin ei tarvitse tunnistaa ihmisten läsnäoloa konenäön tai anturien avulla. Yhteistyörobotti tunnistaakin siihen kohdistuvat voimat ja pysähtyy havaitessaan voimia, jotka ylittävät turvarajat. Kun robotin nopeutta ja voimaa on rajoitettu ja mahdollinen törmäys aiheuttaa robotin välittömän pysähtymisen, ei törmäyksen mahdollisuutta tällöin ole tarpeen rajoittaa, vaan ihmiset ja roboti voivat työskennellä samalla työpisteellä keskeytyksettä. (Bélanger-Barrette 2015b; Lazarte 2016; SFS-EN ISO 10218-1, 36.)

Tarkemmin yhteistyörobotiikkaan liittyvistä standardeista voi lukea täältä.

Yhteistyörobottien käytön tuomiin hyötyihin taas pääset tutustumaan tarkemmin täällä.

Täällä voit lukea yhteistyöroboteille soveltuvista työtehtävistä.

Täällä taas voit tutustua yhteistyörobottien toimintaa erilaisissa elintarvikealalla tutuissa olosuhteissa.

Ja täällä on nähtävillä muutamia esimerkkejä yhteistyörobottien käytöstä elintarvikealalla.

Potentiaalia elintarvikealalle

Viisi vaikuttavaa teknologia-askelta elintarvikealan pk-yrityksissä -hankkeen toteutus ja erilaiset kokeilut ja demonstraatiot ovat osoittaneet, että yhteistyöroboteissa on valtava potentiaali myös elintarvikealan pk-yrityksissä. Tämä potentiaali ollaan vähitellen löytämässä ja ottamassa käyttöön. Kuitenkin löytyy vielä paljon toimijoita, joita yhteistyörobotiikka voisi hyödyttää, mutta joilla ei ole riittävästi tietoa asiasta.

Yhteistyörobottien tarkoitus ei ole korvata perinteisiä teollisuusrobotteja eikä toimia samoissa tehtävissä kuin ne. Paljolti nämä robotit toki sopivat samoihin sovelluksiin, mutta se, millaisia kappaleita niissä käsitellään ja miten kyseisiä kappaleita on tarpeen käsitellä, vaikuttaa siihen, minkälainen robotti on paras ratkaisu. Yhteistyöroboteille pitääkin löytää oikeat ja sopivat käyttökohteet, jotta niiden hyödyt saadaan aidosti käyttöön.

Yhteistyörobottien ei ole myöskään tarkoitus korvata työntekijöitä. Vaikka ne suoriutuvatkin monista tehtävistä itsenäisesti, niiden ominaisuudet ovat parhaimmillaan juuri nimensä mukaisesti yhteistyössä. Niiden on tarkoitus auttaa raskaissa työtehtävissä sekä ottaa vastuulleen tylsät ja epämieluisat tehtävät. Niiden on tarkoitus hoitaa toistuvat ja esim. rasitusvammoille altistavat tehtävät. Näin työntekijät voivat tuoda työhönsä parhaat ominaisuutensa, joita roboteilla ei ole.

Pitkälle vietyjen ja yhteistyön mahdollistavien turvallisuusominaisuuksiensa vuoksi yhteistyörobotti ei välttämättä ole sovelluksissa yhtä tehokas kuin perinteinen teollisuusrobotti. Aina ei kuitenkaan ole kyse sellaisesta tehokkuudesta, jota perinteiset teollisuusrobotit tarjoavat. Tehokkuutta on esimerkiksi se, että robotti suorittaa yksinkertaisemmat kokoonpanotehtävät ihmisen apuna ja ihminen avustaa robottia tehtävissä, jotka eivät siltä onnistu luonnostaan helposti. Tehokkuutta on myös se, että robottisovellusta tai koko tuotantoa ei tarvitse pysäyttää ylläpitotehtävien ajaksi, vaan robotin työskentelyalueelle voi astua joutumatta vaaraan.

Pitää kuitenkin muistaa, että monipuolisuudestaan huolimatta yhteistyörobottia ei ole syytä laittaa mihin tahansa tehtävään. Ensisijaisesti on pohdittava, sopiiko tehtävä robotisoitavaksi ja sen jälkeen on syytä perehtyä siihen, onko yhteistyörobotin mahdollista onnistua kyseisessä tehtävässä riittävän hyvin. Tämän lisäksi on huomioitava sovelluksesta riippuvat erityiset ominaisuudet ja se, tarvitaanko niihin liittyen ulkopuolisia turvajärjestelyjä. Erilaisia yhteistyörobotteja löytyy myös paljon. Kunkin yhteistyörobotin yksilölliset ominaisuudet huomioon ottaen tulisi valita juuri kyseiseen sovellukseen parhaiten sopiva robotti. Vai onko yhden robotin tarkoitus suorittaa useampiakin tehtäviä samassa tuotantolaitoksessa?

Yhteistyörobotit ja turvallisuus

Yhteistyörobotiikan turvallisuusmäärityksiin on kiinnitetty paljon huomiota ja ne tulevat tarkentumaan tulevaisuudessa. Robottivalmistajat pyrkivät jatkuvasti parantamaan robottejaan ja löytämään uusia keinoja tarjota lisäarvoa asiakkailleen. Robottivalmistajien lisäksi alalta löytyy toimijoita, jotka valmistavat kaikenlaisia sovelluksiin tarvittavia oheislaitteita. Tarjonta on joka suhteessa laaja, melkein kaikkiin tarpeisiin löytyy jo vastaus ja silti ala on vasta kehittymässä.

Yhteistyörobotiikka tulee kehittymään edelleen ja siirtymään alueille, joita emme vielä osaa kuvitellakaan. Sen käyttö helpottuu entisestään, uusia käyttökohteita keksitään ja robotiikka tulee arkipäiväistymään. Myös tekoäly tulee vaikuttamaan robotiikkaan valtavasti. Tulevaisuus näyttää erittäin mielenkiintoiselta.

Case-esimerkki: Joustava ja tuoteriippumaton 3D-konenäköohjattu yhteistyörobottisovellus elintarviketeollisuuteen

LÄHTEET:

Bélanger-Barrette, M. 2015b. What Does Collaborative Robot Mean? Viitattu 17.9.2018. https://blog.robotiq.com/what-does-collaborative-robot-mean

Lazarte, Maria. 2016. Robots and humans can work together with new ISO guidance. Viitattu 19.9.2018 https://www.iso.org/news/2016/03/Ref2057.html

SFS-EN ISO 10218-1 Robotit ja robotiikkalaitteet. Turvallisuusvaatimukset. Osa 1: Teollisuusrobotit. 2013. Suomen Standardisoimisliitto SFS ry. Helsinki: SFS. Viitattu 19.9.2018. https://www.sfs.fi/