Tehnikaülikooli doktoritöös välja arendatud digikaksik on robotijuhtimise uus tase


12.11.2019       Kersti Vähi
  • Pilt_otto.jpg

Hiljuti kaitses Tallinna tehnikaülikooli mehaanika ja tööstustehnika instituudis Vladimir Kuts doktoritööd "Novel Digital Twin Development Methodology for the Robot Cell Connectivity in a Smart Industry Environment" ("Uudne digitaalsete kaksikute arendusmetoodika robottootmisrakkude sidustamiseks targa tööstuse keskkonnas").

Doktoritöö juhendaja, mehaanika ja tööstustehnika instituudi professor Tauno Otto: „Seadsime oma töös eesmärgiks täiustada tänapäevaste tootmises kasutatavate tööstuslike robotite juhtimist, luues nendest nn digikaksikud, mis võimaldavad tehnoloogiaseadmete paremat ja ohutumat juhtimist tootmisprotsessis“.

Digikaksik on tööstusroboti virtuaalne teisik, mille puhul käitub nn töörobot identselt oma virtuaalse kaksikuga. Lahtiseletatult tähendab see, et konkreetse arvutimudeli erinevad lülid ja andurid on läbi algoritmide ühendatud reaalse robotiga moodustades nii digikaksikute paari.

Vladimir Kutsi doktoritöös analüüsiti digikaksikute toimimist eesmärgiga luua uus, vahemaadest sõltumata tõrgeteta töötav mehhanism digikaksikute vahel. Vastavad laborikatsed tehti nii TalTechi, kui ka tehnikaülikooli koostööpartneri, Itaalia teadusagentuuri automatiseerimisinstituudi (CNR) laborites. Tulemuseks arendasid teadlased välja täiesti uue mudeli, kus tekitatakse digikaksik vahekihina virtuaalreaalsusesse loodud keskkonna ja reaalse roboti juhtimissüsteemi vahele.

„Doktoritöö tulemusena on esmakordselt loodud suhtlemismeetod,  kus tehnoloogia juhtimine ja programmeerimine tööstuses ei sõltu enam inimfaktori füüsilisest kohalolust,“ selgitab professor Otto.

Teine digikaksikute väärtus seisneb selles, et samaaegselt kui nn tööstusrobot tööd teeb, saab digikaksikul programmeerida juba uut operatsiooni ja seda simulatsioonides katsetada. Arvestades asjaolu, et tööstusroboti 1 minuti tootmisprotsessi töö eeldab ligikaudu 45 minutilist programmeerimist, mida saab teha nüüd tootmist katkestamata, on see arvestatav võit.

Kolmandaks lisaväärtuseks digikaksikute puhul on tuntavalt kasvanud ohutustegur -  näiteks roboti algoritmi parandamiseks või ümberprogrammeerimiseks ei pea inimene füüsiliselt kohal olema, tegevust saab toimetada virtuaalselt, ehk kaugjuhtimise teel.

„Doktoritöö põhiväärtuseks ongi välja arendatud simulatsioonikeskkond tehisreaalsuses Tööstus 4.0 põhimõtetest lähtuvalt. Kasutades digitaalsete kaksikute kontseptsiooni mitte ainult simulatsioonivahendite, vaid ka kahesuunaliselt sünkroniseeritavate digitaalsete kaksikute loomise metoodika arendamiseks, võimaldab see tööstusrobotite tootmisraku näitel hallata ja juhtida tehast otse simulatsioonikeskkonnast reaalajas“, selgitab professor Otto.

Kui praegu liigub signaal digikaksikult füüsilise robotini ja tagasi veel mõningase viivitusega, siis 5G võrgu tingimustes töötab see juba laitmatult. Tööstusrobotite ehk digikaksikute valdkonnad ulatuvad elektroonika- ja masinatööstusest kuni isesõitvate autode ehitamiseni.

Professor Otto: „Doktoritöö on juba pälvinud tähelepanu ka ookeani taga – septembris viibis Vladimir Kuts Ameerika Standardiseerimis- ja Tehnoloogiainstituudi (NIST) kutsel USAs, kus allkirjastati ka NIST ja TalTech koostööleping“.

Esmakordselt võeti arvutitega juhtimine tööstuses kasutusse eelmise sajandi keskpaigas, täpsemini aastal 1949, mil Massachusettsi Tehnoloogiainstituudis (MIT) võeti kasutusele esimesed arvutiga juhitavad tööpingid. Tol ajal oli nende maksumus niivõrd kosmiline, et seda pidi toetama sihtotstarbeliselt USA kaitseministeerium.  Esimesed tööstusrobotid võeti kasutusele 1960. Tänaseks päevaks on arvutiga juhitavate tehnoloogiaseadmete omahind tunduvalt langenud, samas kui nende funktsionaalsus ja rakendusvaldkond on tublisti kasvanud.

Doktoritöö juhendajad olid dotsent Toivo Tähemaa ja professor Tauno Otto (Tallinna Tehnikaülikool).

Oponendid olid dr Jeremy A. Marvel (National Institute of Standards and Technology - NIST, USA) ja dr Geza Haidegger (Institute for Computer Science and Control - MTA SZTAKI, Ungari).

Doktoritöö on avaldatud raamatukogu digikogus aadressil https://digi.lib.ttu.ee/i/?12252

Lisainfo TalTechi mehaanika ja tööstustehnika instituudi professor Tauno Otto, tauno.otto@taltech.ee

Kersti Vähi, TalTechi teadusosakond


Fotol digikaksiku kasutaja koos robotiga. Autor prof Tauno Otto.