Advanced Manufactoring Solutions

da Mag 27, 2020Industria 4.0

Robot collaborativi interconnessi e rapidamente programmabili

Trattasi di sistemi di robot, di programmazione smart e che permettono una interconnessione e comunicazione tra loro.

Le nuove generazioni di robot industriali non devono essere intese come macchine di produzione per grandi lotti ma uno strumento, un ausilio per rispondere alla alta variabilità richiesta dal mercato combinata ad alta qualità di prodotto. I robot collaborativi di nuova generazione sono realizzati appositamente per le piccole e medie imprese che necessitano di automazione flessibile con recupero rapido dell’investimento. Il peso è ridotto e sono facilmente movimentabili nell’area di produzione.

Nel paradigma di Industria 4.0, i robot che collaborano con operatori umani per l’esecuzione dei processi produttivi saranno una risorsa fondamentale delle fabbriche. Le tecnologie di cooperazione uomo-robot offriranno agli operatori modalità di fruizione naturali (usabilità) e un elevato livello di fiducia nelle funzionalità delle macchine (affidabilità, manutenibilità, disponibilità e sicurezza). La fruizione risulterà semplice e intuitiva, rendendo quindi non necessariamente visibili o percepibili le tecniche e le tecnologie impiegate nella realizzazione delle funzioni dei dispositivi robotici. Tali tecnologie consentiranno di ottenere agenti robotici non isolati dall’ambiente produttivo occupato da operatori umani, bensì attivamente partecipi di processi cooperativi in ambienti condivisi. L’agente robotico (spesso indicato come “co-worker”), immerso in un contesto di fabbrica 4.0, pur rimanendo una macchina automatica si caratterizzerà per capacità di interazione quasi-umane: nelle interazioni da contatto l’esperienza sensoriale e percettiva sarà molto simile a quella naturale, così come i movimenti e i comportamenti dei robot seguiranno pattern “cognitivamente accettabili” (basse velocità, traiettorie morbide, forme non ostili, operazioni prevedibili, contatti con cedevolezza).

Oltre all’interazione fisica, che per definizione annulla le distanze e le separazioni tra operatori e robot, le tecnologie per la condivisione dello spazio di lavoro saranno rivolte a trasformare la fabbrica tradizionale in un ambiente più fluido e dinamico, aperto e interattivo (misura e monitoraggio dell’ambiente e degli operatori, allocazione dinamica dei programmi, navigazione piattaforme mobili, spazi virtuali sicuri, tecnologie multirobot).
Alla base delle tecnologie di interazione si collocano tutte le tecnologie e gli aspetti relativi alla sicurezza (safety) dell’interazione fisica e della condivisione degli spazi. Nello specifico, la cooperazione si caratterizza diversamente (o può essere definita) a vari livelli come:

Fisica (physical Human-Robot Interaction, pHRI):

laddove avviene scambio diretto di energia tra operatori umani e agenti robotici, ad esempio nella manipolazione congiunta e nel  contatto (intenzionale o accidentale). Esempi di tale modalitàcomprendono la programmazione intuitiva (lead-through  programming) in cui un manipolatore viene addestrato accompagnando il movimento, fisicamente guidando il manipolatore lungo traiettorie, da ripetere in autonomiasuccessivamente; la manipolazione concorrente di stesse parti (material handling) per grossi carichi o posizionamenti particolari; la possibilità di limitare/fermare il moto o l’esecuzione di task automatici ostacolando direttamente il manipolatore per motivi intenzionali o per interventi di emergenza;

Funzionale

laddove l’organizzazione dello spazio produttivo prevede una concorrenza di attività tra operatore umano e robotico. La collaborazione può assumere modalità seriali (passi di workflow produttivo alternati tra robot/operatore) o parallele (operazioni indipendenti congiunte a determinati passi). Nel caso di compiti condivisi, questi devono essere necessariamente svolti in collaborazione al solo scopo di raggiungere la massima efficacia ovvero nei casi in cui la semplice sostituzione dell’operatore non dia valore aggiunto o il processo non sia conseguibile altrimenti. Esempi includono casi specifici di assemblaggio, in cui il robot co-manipola parti di dimensioni ampie o predispone guide/ausili al montaggio. Nel caso di processi paralleli, l’organizzazione dello spazio di lavoro condiviso (workspace sharing) si avvale invece di tecnologie di ripianificazione del moto (collision avoidance, riduzione velocità, riallocazione target) e del task (rischeduling adattativo) in modo da garantire la presenza sicura  dell’operatore nello spazio condiviso;

Cognitiva

complementare alle precedenti, laddove l’organizzazione dei processi condivisi prevede un certo grado di interpretazione del contesto (context awareness). La trasparenza di interazione tra uomo e robot è tanto maggiorequanto più è estesa l’entità del trasferimento di attività, comandi, informazioni espliciti dall’operatore al robot. Ovvero, quanto più l’agente robotico si fa carico di interpretare e gestire localmente informazioni (es. task specifici in relazione ad uno specifico passo di lavorazione, parti di programma in relazione ad una specifica configurazione di cella, configurazioni specifiche in relazione a particolari contesti di rischio), tanto minore è il sovraccarico di trasferimento esplicito(ridondante) di nozioni dall’operatore alla macchina con conseguente riduzione di tempi di esecuzione, miglioramento dell’esperienza d’uso, maggiore flessibilità e velocità di riorganizzazione dei task. Questa componente agisce non solo a livello di dispositivi (robot) attraverso una serie di tecnologie di behavior e gesture recognition (tipicamente includendo sensori di visione tridimensionale, ricostruzione degli ambienti e della controparte umana, model-based matching, machine learning, deep learning etc); ma anche a livello di sistema dal momento che le singole informazioni generate localmente sono distribuite e condivise con altri agenti coinvolti (pianificazione di processo, supervisione di sistema, allocazione risorse, etc). Per rendere possibile tale sistematizzazione delle informazioni sono necessarie tecnologie di livello architetturale  comprendenti sia le infrastrutture (control system architectures, knowledge-base control) sia le componenti modellistiche (environment modeling, behavior modeling, sensor data modeling, object modeling).

 I vari livelli di cooperazione concorreranno a costruire un sistema di capacità sensoriali, motorie e congnitivo-funzionali tali da creare, nel contesto della Fabbrica 4.0, una collettività di agenti misti (umani e robotici) la cui flessibilità di allocazione di attività, comportamenti e compiti sarà molto elevata.

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