I en högautomatiserad produktionslina i den tillverkande industrin är det viktigt med både tillförlitlighet och låga driftskostnader. Systemen är ofta utformade för att klara flera års oavbruten drift. Men likt våra leder i kroppen slits också en robots leder ut med tiden. Oplanerade stopp i produktionen kostar mycket pengar och den robottillverkare som kan utlova en störningsfri drift till låga kostnader har därför en stor konkurrensfördel.
När en robotled börjar bli sliten påverkar det friktionen mellan de mekaniska delarna i leden. André Carvalho Bittencourt har därför specialstuderat just friktionen och byggt upp en friktionsmodell.
Foto: Monica Westman
- Slitage i en led påverkar naturligtvis friktionen, men det gör också temperaturen och hur stor last roboten hanterar. Med den friktionsmodell jag har tagit fram och testat i många tusen experiment kan vi göra beräkningar av hur stort slitaget är, även vid stora variationer i last och temperatur, säger André Carvalho Bittencourt,
En annan, enklare variant, som inte kräver någon friktionsmodell, är att ta tillvara data från en arbetande och felfri robot under lång tid och sedan jämföra alla mätdata med den.
- Det är en enkel metod där robottillverkaren bara behöver lägga till några rader kod för att kunna få en indikation på om något börjar gå fel. Men det fungerar bara om roboten gör samma rörelse hela tiden, om uppgifterna är repetitiva. Tester kan sedan göras när roboten annars skulle stått stilla, till exempel mellan två skift, säger han.
- Vi använder en förenklad simuleringsmodell som inte kräver att vi simulerar hela robotsystemet på en gång. Något som annars skulle tagit 3000 år att simulera klarar vi av på några få timmar, vilket också betyder att vi har kunnat verifiera metoderna i detalj.
Eftersom metoderna är så känsliga och upptäcker slitage flera veckor eller till och med månader innan roboten havererar kan diagnossystemet kopplas in när helst det passar i produktionen och servicen kan sedan planeras med god framförhållning.
Metoderna och även en utvärdering av vilka metoder som är effektivast för vilka robotar har han tagit fram inom ramen för sin doktorsavhandling på Avdelningen för Reglerteknik, Institutionen för systemteknik. Forskningen har han också drivit i nära samarbete med ABB Corporate Research inom Linköping Center for Sensor Informatics and Control, LINK-SIC - ett Vinnova-finansierat excellens-centrum vid Linköpings universitet.
Metoderna har han visserligen applicerat på robotar i sin avhandling, men de är generella och kan användas för många andra typer av mekaniska och roterande system.
André Carvalho Bittencourt försvarar sin avhandling den 26 september 2014.
Modeling and Diagnosis of Friction and Wear in Industrial Robots, Institutionen för Systemteknik, Linköpings universitet, 2014.
http://liu.diva-portal.org/smash/record.jsf;jsessionid=ySyy_9I_rrgMZ2cRLOvJGbD9CMU6QtA16EmZ9K9Y.diva2-search1?searchId=1&pid=diva2%3A738580&dswid=-7023
André Carvalho Bittencourt, hemsida med video som visar hur systemet fungerar
http://users.isy.liu.se/en/rt/andrecb/research.html
Vinnovas Industry Excellence Center LINK-SIC (eng)
Håller koll på slitaget
Som inom många andra branscher vill robottillverkarna gärna stå för eftermarknaden och själva sköta service och underhåll på långa kontrakt. Robottillverkaren vill då hålla koll på varje enskild robot via nätet, och att systemet på något vis säger ifrån att nu är det dags för service.När en robotled börjar bli sliten påverkar det friktionen mellan de mekaniska delarna i leden. André Carvalho Bittencourt har därför specialstuderat just friktionen och byggt upp en friktionsmodell.
Foto: Monica Westman- Slitage i en led påverkar naturligtvis friktionen, men det gör också temperaturen och hur stor last roboten hanterar. Med den friktionsmodell jag har tagit fram och testat i många tusen experiment kan vi göra beräkningar av hur stort slitaget är, även vid stora variationer i last och temperatur, säger André Carvalho Bittencourt,
En annan, enklare variant, som inte kräver någon friktionsmodell, är att ta tillvara data från en arbetande och felfri robot under lång tid och sedan jämföra alla mätdata med den.
- Det är en enkel metod där robottillverkaren bara behöver lägga till några rader kod för att kunna få en indikation på om något börjar gå fel. Men det fungerar bara om roboten gör samma rörelse hela tiden, om uppgifterna är repetitiva. Tester kan sedan göras när roboten annars skulle stått stilla, till exempel mellan två skift, säger han.
Även små fel upptäcks
André Carvalho Bittencourt har också undersökt hur små felen kan vara innan de upptäcks och hur stor risken är att det istället handlar om en naturlig variation i friktionen. Även den kunskapen finns i metoden. I datorn jämförs två hypoteser mot varandra, felfri drift respektive ett system som börjar bli slitet. Här har han använt datorsimuleringar.- Vi använder en förenklad simuleringsmodell som inte kräver att vi simulerar hela robotsystemet på en gång. Något som annars skulle tagit 3000 år att simulera klarar vi av på några få timmar, vilket också betyder att vi har kunnat verifiera metoderna i detalj.
Eftersom metoderna är så känsliga och upptäcker slitage flera veckor eller till och med månader innan roboten havererar kan diagnossystemet kopplas in när helst det passar i produktionen och servicen kan sedan planeras med god framförhållning.
Metoderna och även en utvärdering av vilka metoder som är effektivast för vilka robotar har han tagit fram inom ramen för sin doktorsavhandling på Avdelningen för Reglerteknik, Institutionen för systemteknik. Forskningen har han också drivit i nära samarbete med ABB Corporate Research inom Linköping Center for Sensor Informatics and Control, LINK-SIC - ett Vinnova-finansierat excellens-centrum vid Linköpings universitet.
Metoderna har han visserligen applicerat på robotar i sin avhandling, men de är generella och kan användas för många andra typer av mekaniska och roterande system.
André Carvalho Bittencourt försvarar sin avhandling den 26 september 2014.
Modeling and Diagnosis of Friction and Wear in Industrial Robots, Institutionen för Systemteknik, Linköpings universitet, 2014.
http://liu.diva-portal.org/smash/record.jsf;jsessionid=ySyy_9I_rrgMZ2cRLOvJGbD9CMU6QtA16EmZ9K9Y.diva2-search1?searchId=1&pid=diva2%3A738580&dswid=-7023
André Carvalho Bittencourt, hemsida med video som visar hur systemet fungerar
http://users.isy.liu.se/en/rt/andrecb/research.html
Vinnovas Industry Excellence Center LINK-SIC (eng)
http://www.linksic.isy.liu.se/
2014-09-23