In this paper a cobot system is presented, that extends a Universal Robot with Artificial Intelligence (i.e., machine learning techniques) to allow for a safe human-robot collaboration, which is one of the main technologies in Industry 4.0 and is currently significantly changing the shop floor of manufacturing companies. Typically, these cobots are equipped with a camera to dynamically adapt to new situations and actions carried out by the worker who is collaborating with the robot in the same workspace. But obviously, switching from traditional industrial robots (acting completely isolated from humans) to smart robots also requires a change concerning the skills and knowledge workers must have to be able to control, manage, and interact with such cobot systems. Therefore, the main goal of this demonstrator is to develop a hard- and software environment, enabling a variety of different training scenarios to get trainees, employees, and students familiar with the main technical aspects of such human-robot interaction. Besides hardware and software related aspects, the paper will also briefly address the learning content, which is on the one hand, the basics of robotics and machine learning based image processing, and on the other hand, the interaction of the various components to form a functional overall system.

Med inspiration av rådande Coronakris analyserar denna rapport de kriser som påverkat svensk industri under de senaste tre decennierna med avseende på tre perspektiv: globalisering, automatisering och standardisering. En generell definition av en kris ges som grund för rapporten; det är plötsliga och snabba förändringar som bidrar till ett oförutsägbart händelseförlopp som inte sällan hamnar utom kontroll. Arbetet beaktar de tre olika perspektiven genom hela rapporten vilka alla kopplar samman mot kriser på flera sätt. Analysen är baserad på en fallstudie genom intervjuer samt en litteraturstudie och mynnar ut i separata resultat med följande diskussion. Nedan följer en sammanfattning av respektive perspektiv. Globalisering är något som påverkar industrin på många sätt men i denna rapport är tillverkande företags globala distrubutionsnätverk i huvudfokus. Frågan som undersöks i rapporten är hur globalisering påverkar industrin vid en kris, hypotesen är att en större grad av globalisering leder till ökad risk för påverkan vid en kris. Slutsatsen är att globalisering kan leda till en ökad påverkan vid en kris och är en viktig faktor vid riskbedömning av distributionsnätverk. Dock innebär de globaliseringen en ökad komplexitet vilket gör riskerna svårhanterliga. Automatisering är något som påverkat den tillverkande industrin sedan början av industrialismen. I takt med att nya teknologier utvecklas har frågor höjts om automatiseringens långsiktiga effekter på produktionen. Denna rapport fokuserar därför på huruvida automatisering kan bidra till att svenska industrier blir mer motståndskraftiga vid kommande kriser. Slutsatsen är att en ökad automatisering bidrar till en högre ergonomi inom svenska industrier, bättre möjligheter för onshoring och en förbättrad flexibilitet. Därtill finns det inget som tyder på att behovet av mänskliga arbetskraft skulle minska på grund av en ökad automatiseringen. Däremot blir det en förskjutning av arbetsmarknaden mot högre akademisk kompetens. Standardiseringsperspektivet tar sig ett generellt uttryck inom Lean produktion och mer specifikt och djupgående i Kanban och linjeoptimering. Hypotesen som perspektivet bygger på är vilka möjligheter svenska industriföretag har för att med hjälp av standardiseringsförändringar lindra konsekvenserna av en kris. Slutsatsen är att standardisering kan ha viss inverkan på hur ett företag klarar sig genom en kris. Förutsättningarna för det är däremot oerhört individuella beroende företagens olika förutsättningar / Inspired by the current Corona crisis, this report analyzes the crises that have affected Swedish industry during the past three decades with regards to three perspectives: globalization, automation and standardization. A general definition of a crisis is provided as the basis for the report; it is sudden and rapid changes which contribute to an unpredictable course of events that not uncommonly gets out of control. The work takes into account the three different perspectives throughout the report, all of which are linked to crises in several ways. The analysis is based on a case study through interviews and a literature study and results in separate results with a following discussion. Below is a summary of each perspective. Globalization is something that affects the industry in many ways, but in this report, manufacturing companies’ global distribution networks are the main focus. The issue examined in the report is how globalization affects industry during a crisis, the hypothesis being that a greater degree of globalization leads to an increased risk of impact in a crisis. The conclusion is that globalization can lead to increased impact in a crisis and is an important factor in the risk assessment of distribution networks. However, with globalization comes increased complexity, which makes the risks difficult to manage. Automation is something that has affected the manufacturing industry since the beginning of industrialism. As new technologies develop, questions have been raised about the long-term effects of automation on production. This report therefore focuses on whether automation can help Swedish industries become more resilient in coming crises. The conclusion is that increased automation contributes to higher ergonomics in Swedish industries, better opportunities for onshoring and improved flexibility. In addition, there is no indication that the need for human labor would decrease due to increased automation. On the other hand, there is a shift in the labor market towards higher academic competence. The standardization perspective takes on a general expression in Lean production and more specifically and in-depth in Kanban and line optimization. The hypothesis being investigated is what conditions and opportunities Swedish industrial companies have for using the above-mentioned concepts to make changes that reduce the consequences of a crisis. The conclusion is that standardization can have a certain impact on how a company copes through a crisis. The prerequisites for this, on the other hand, are extremely individual dependent companies’ different conditions.

The fast changes in the industry require improved production workstations which ensure the workers' safety and improve the efficiency of the production. Technology developments and revised legislation have increased the possibility of using collaborative robots. This allows for new types of industry workstations where robots and humans cooperate in performing tasks. In addition to safety, the design of collaborative workstations needs to consider the areas of ergonomics and task allocation to ensure appropriate work conditions for the operators, while providing overall system efficiency. By facilitating the design development process of such workstations, the use of software simulations can help in gaining quality, save time and money by supporting decision making and testing concepts before creating a physical workstation, in turn, aimed to lead to better final solutions and a faster process of implementation or reconfiguration. The aim of this study is to investigate the possibility of having a human-robot collaboration in a workstation that is based on a use-case from the industry. The concept designs will be simulated and verified through a physical prototype, with which ergonomic analysis, time analysis, and risk assessments will be compared to validate the resultant collaborative workstation.

Collaborative robots, cobots, are seen as an alternative to traditional industrial robots since they are more flexible, less space-consuming, and can share the workspace with human operators. For small and medium-sized enterprises, SMEs, the adoption still is in an early stage. This study aims to examine the challenges for manufacturing SMEs when introducing collaborative robots in the business. A literature review is conducted as well as a case study, where managers and operators from five Swedish companies are interviewed about their experiences regarding the introduction of collaborative robots. Additional interviews with international researchers in the field are conducted as well. Since the aim is to understand the challenges in a rather new field, which human-robot collaboration still is for SMEs, this is a qualitative explorative study, with the purpose to gather rich insight about the field. The data has been analyzed in an inductive qualitative analysis. The results show that the biggest challenges for manufacturing SMEs when introducing collaborative robots are related to safety, performance, strategy, involvement, and training. Safety aspects are crucial since human operators work closely with collaborative robots and risk serious injuries even though the managers and operators in the case study do not seem to worry since they perceive the robots as quite slow and safe. Proper safety assessments are important as well, even though there is a concern about the lack of proper safety regulations. Other challenges are related to performance and strategy, e.g how to achieve cost-effectiveness with small production volumes and get the robotic investment to pay off in the long turn, but also to choose a proper cobot solution and a reliable supplier, find suitable work tasks, and obtain quality if the cobot fails to recognize a defective product or skewed inputs on the production line. The recommendation from the companies in the case study is to start with an easy task and to see it as a long-term investment. One important key to success is to find a flexible cobot solution that suits the company's individual needs. Employee involvement is another success factor since involving the operators from the beginning leads to better acceptance and understanding of the new technology and the changed work situation. There is a need for skilled, educated workers as well, although the case study shows that the SMEs highlight the importance of choosing a robot system that is easy to learn and easy to use for everyone. The researchers in the study highlight the need for smarter solutions equipped with enabling technologies and the SME managers call for flexible removable solutions with sensors and vision systems for quality control and the ability to handle surprises on the way.

LightLab är ett företag som befinner sig i en expansionsfas. Automatisering innebär att göra enprocess mer eller mindre självfungerande, utan mänsklig inverkan. Detta används för att tillexempel effektivisera, öka kvalitén och/eller avlasta människans arbete i en process. I dettaavseende vill LightLab titta på att automatisera en förflyttning av ett glas (glaschipp) mellan tvåfixturer.I arbetet läggs en teoretisk grund där olika robotmodeller undersöks för att ta fram den somlämpar sig bäst efter LightLabs behov. Det avgörs i en nulägesanalys där kraven specificeras. Enkollaborativ version av länkarmsroboten tas fram som det bästa generella förslaget tillutförandet. Därtill kommer en analys av och förslag på verktyg till roboten för att kunna greppatag om glaset samt förslag på visionsystem för kvalitetssäkring av chippet. Den generellalösningen testas sedan i fysiska experiment samt i simuleringsmjukvaran RobotStudio.Efter att simuleringen är gjord kommer en marknadsundersökning för att hitta kollaborativalänkarmsrobotar som uppfyller kravspecifikationen. Slutligen läggs ett lösningsförslag på tremodeller fram som ett resultat av förstudien. GoFa (ABB), iisy ( KUKA) eller UR3e (UniversalRobots). ABB och KUKA är även intressanta utifrån deras övriga modeller av industrirobotaroch god kontakt med dem samt erfarenhet av deras robotsystem kan ge en god grund införframtiden.Det tillkommer fortsatt arbete med att designa och implementera gripdon av något slag där så välsugkoppar som mekaniskt gripdon är möjliga verktyg till roboten. Ett sugkoppsverktyg somgriper tag i chippet underifrån ger minst påverkan på chippet.Det viosionsystem som finns på LightLab, Gocator inline 2420, kan användas förkvalitetssäkring av glaschippen. Ett 2D-visionsystem är ett gångbart alternativ.I framtiden då produktionsledet blir mer fast kommer det behövas andra modeller av robotar somutför specifika uppgifter. KUKA och ABB är därför favoriter bland de tre då en god kontakt ocherfarenhet med deras system kan ge en mindre tröskel in till framtida utvecklingssteg.

Tesis por compendio / [ES] El mecanizado con brazos robots ha sido estudiado aproximadamente desde los años 90, durante este tiempo se han llevado a cabo importantes avances y descubrimientos en cuanto a su campo de aplicación. En general, los robots manipuladores tienen muchos beneficios y ventajas al ser usados en operaciones de mecanizado, tales como, flexibilidad, gran área de trabajo y facilidad de programación, entre otras, frente a las Máquinas Herramientas de Control numérico (MHCN) que necesitan de una gran inversión para trabajar piezas muy grandes o incrementar sus grados de libertad. Como desventajas, frente a las MHCN, los brazos robóticos poseen menor rigidez, lo que combinado con las altas fuerzas producidas en los procesos de mecanizado hace que aparezcan errores de precisión, desviaciones en las trayectorias, vibraciones y, por consiguiente, una mala calidad en las piezas fabricadas. Entre los brazos robots, los brazos colaborativos están en auge debido a su programación intuitiva y a sus medidas de seguridad, que les permiten trabajar en el mismo espacio que los operadores sin que estos corran riesgos. Como desventaja añadida de los robots colaborativos se encuentra la mayor flexibilidad que estos tienen en sus articulaciones, debido a que incluyen reductores del tipo Harmonic drive. El uso de un control de fuerza en procesos de mecanizado con brazos robots permite controlar y corregir en tiempo real las desviaciones generadas por la flexibilidad en las articulaciones del robot. Utilizar este método de control es beneficioso en cualquier brazo robot; sin embargo, el control interno que incluyen los robots colaborativos presenta ventajas que permiten que el control de fuerza pueda ser aplicado de una manera más eficiente. En el presente trabajo se desarrolla una propuesta real para la inclusión del control de esfuerzos en el brazo robot, así como también, se evalúa y cuantifica la capacidad de los robots industriales y colaborativos en tareas de mecanizado. La propuesta plantea cómo mejorar la utilización de un control de fuerza por bucle interior/exterior aplicado en un brazo colaborativo cuando se desconocen los pares reales de los motores del robot, así como otros parámetros internos que los fabricantes no dan a conocer. Este bucle de control interior/exterior ha sido utilizado en aplicaciones de pulido y lijado sobre diferentes materiales. Los resultados indican que el robot colaborativo es factible para realizar tales operaciones de mecanizado. Sus mejores resultados se obtienen cuando se utiliza un bucle de control interno por velocidad y un bucle de control externo de fuerza con algoritmos, Proporcional-Integral-Derivativo o Proporcional más Pre-Alimentación de la Fuerza. / [CA] El mecanitzat amb braços robots ha estat estudiat aproximadament des dels anys 90, durant aquest temps s'han dut a terme importants avanços i descobriments en el que fa al seu camp d'aplicació. En general, els robots manipuladors tenen molts beneficis i avantatges al ser usats en operacions de mecanitzat, com ara, flexibilitat, gran àrea de treball i facilitat de programació, entre d'altres, davant de Màquines Eines de Control Numèric (MECN) que necessiten d'una gran inversió per treballar peces molt grans o incrementar els seus graus de llibertat. Com a desavantatges, enfront de les MECN, els braços robòtics posseeixen menor rigidesa, el que combinat amb les altes forces produïdes en els processos de mecanitzat fa que apareguin errors de precisió, desviacions en les trajectòries, vibracions i, per tant, una mala qualitat en les peces fabricades. Entre els braços robots, els braços col·laboratius estan en auge a causa de la seva programació intuïtiva i a les seves mesures de seguretat, que els permeten treballar en el mateix espai que els operadors sense que aquests corrin riscos. Com desavantatge afegida als robots col·laboratius es troba la major flexibilitat que aquests tenen en les seves articulacions, a causa de que inclouen reductors del tipus Harmonic drive. L'ús d'un control de força en processos de mecanitzat amb braços robots permet controlar, i corregir, en temps real les desviacions generades per la flexibilitat en les articulacions del robot. Utilitzar aquest mètode de control és beneficiós en qualsevol braç robot, però, el control intern que inclouen els robots col·laboratius presenta avantatges que permeten que el control de força es puga aplicar d'una manera més eficient. En el present treball es desenvolupa una proposta real per a la inclusió del control d'esforços en el braç robot, així com s'avalua i quantifica la capacitat dels robots industrials i col·laboratius en tasques de mecanitzat. La proposta planteja com millorar la utilització d'un control de força per bucle interior/exterior aplicat en un braç col·laboratiu, quan es desconeixen els parells reals dels motors del robot, així com altres paràmetres interns que els fabricants no donen a conèixer. Aquest bucle de control interior/exterior ha estat utilitzat en aplicacions de polit sobre diferents materials. Els resultats indiquen que el robot col·laboratiu és factible de realitzar aquestes operacions de mecanitzat. Els seus millors resultats s'obtenen quan s'utilitza un bucle de control intern per velocitat i un bucle de control extern de força amb els algoritmes Proporcional-Integral-Derivatiu o Proporcional més Pre-alimentació de la Força. / [EN] Machining with robot arms has been studied approximately since the 90s; during this time, important advances and discoveries have been made in its field of application. In general, manipulative robots have many benefits and advantages when they are used in machining operations, such as flexibility, large work area, and ease of programming, among others, compared to Numerical Control Machine Tools (NCMT) that need a great investment to work very large pieces or increase their degrees of freedom. As for disadvantages, compared to NCMT, robotic arms have lower rigidity, which, combined with the high forces produced in machining processes, causes precision errors, path deviations, vibrations, and, consequently, poor quality in the manufactured parts. Among robot arms, collaborative arms are on the rise due to their intuitive programming and safety measures, which allow them to work in the same space without risk for the operators. An added disadvantage of collaborative robots is their flexibility in their joints because they include Harmonic drive type reducers. The use of force control in machining processes with robot arms makes possible to control and correct, in real-time, the deviations generated by the flexibility in the robot's joints. The use of this control method is beneficial for any robot arm. However, the internal control included in collaborative robots has advantages that allow the force control to be applied more efficiently. In this work, a real proposal is developed to include effort control in the robot arm. The capacity of industrial and collaborative robots in machining tasks is evaluated and quantified. The proposal recommends how to improve the use of an inner/outer force control loop applied in a collaborative arm, when the real torques of the robot's motors are unknown and other internal parameters that manufacturers do not disclose. This inner/outer control loop has been used in polishing and sanding applications on different materials. The results indicate that the collaborative robot is feasible to perform such machining operations. Best results are obtained using an internal velocity control loop and external force control loop with Proportional-Integral-Derivative or Proportional plus Feed Forward. / The authors are grateful for the financial support of the Spanish Ministry of Economy and European Union, grant DPI2016-81002-R (AEI/FEDER, UE). This work was funded by the CONICYT PFCHA/DOCTORADO BECAS CHILE/2017 – 72180157. / Pérez Ubeda, RA. (2022). Propuesta de inclusión de esfuerzos en el control de un brazo robot para asegurar el cumplimiento de la rugosidad superficial durante operaciones de lijado en diferentes materiales [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/182000 / TESIS / Compendio

<p>The purpose of this research experiment was to explore and implement a cost-effective automation solution into a low volume production line for loading parts onto a coordinate measuring machine (CMM) for dimensional inspection. Quality control practices have historically been separated from production process by inspection routines being performed in a controlled lab. The system demonstrated the possibilities of an in-process automation of the quality control process that was feasible to be implemented for small and mid-sized manufacturing companies. The process involved an APSX horizontal injection mold machine dispensing parts onto the conveyor belt. The conveyor belt was controlled by a Phoenix Contact PLC and two line sensors that provided two stopping point for cooldown before inspection. A MyCobot 320-M5 robotic arm was used to select the part off the line and places it into a fixture on a Hexagon coordinate measuring machine (CMM).</p>