Interazione uomo-macchina sicura con i robot collaborativi

La robotica collaborativa è un tema sempre più discusso. Cerchiamo di capire cosa significa robotica collaborativa e quali vantaggi offre.

Robotica collaborativa è un termine di grande attualità ed interesse per gli operatori dell’automazione, grazie all’intuizione da parte di potenziali utilizzatori circa le opportunità offerte, alla crescita della sensibilità sugli aspetti di sicurezza e alla rinnovata centralità dell’operatore nei processi produttivi. Quest’ultimo è un elemento culturale essenziale in un periodo storico-economico che conferma l’importanza del Manifatturiero e osserva il ritorno della produzione da Paesi dominati soltanto da una logica di riduzione di costo. La riaffermazione dell’importanza della produzione, del know-how e della capacità di creare valore aggiunto fanno da sfondo all’obiettivo di coniugare produttività e abilità umane. In una parola, si intuisce che la competitività possa beneficiare delle tecnologie offerte dalla robotica collaborativa, adatta a costruire ambienti e modi ibridi di produzione tra uomo e robot. Innanzitutto, non esiste una definizione unica di robotica collaborativa, ed è tuttavia di limitata rilevanza pratica distinguere tra sfumature di coesistenza, cooperazione, collaborazione, assistenza, compresenza, etc. In termini concreti, è collaborativa qualsiasi forma di interazione tra uomo e sistema robotizzato funzionale all’esercizio di un compito produttivo che non potrebbe essere eseguito altrimenti o in modo altrettanto efficace o remunerativo. Nell’ambito industriale, l’esercizio di una funzione produttiva è, infatti, il cardine della collaborazione (il fare). Compito del robot collaborativo è fornire capacità di automazione, in modo semplice, intuitivo e sicuro (il come). Dal punto di vista della sicurezza, invece, l’aspetto di maggiore rilevanza non è il perché bensì il dove e il quando si verifica la presenza contemporanea di operatore e sistema robotizzato. L’unica definizione di valore è contenuta, infatti, nella normativa tecnica in vigore e riguarda lo spazio collaborativo, ovvero la porzione di spazio di lavoro dedicato a tale compresenza, in qualsiasi modo avvenga. Le modalità di controllo, programmazione e utilizzo sono molto varie, e l’offerta di dispositivi collaborativi sempre più ampia.

Perché scegliere i robot collaborativi

Fatte salve le caratteristiche di sicurezza da adottare nelle applicazioni e i requisiti costruttivi di un robot destinato all’uso collaborativo, la scelta di una modalità produttiva ibrida uomo-robot è dettata principalmente da motivazioni economiche, socio-assistenziali e di utilizzo dello spazio di fabbrica.

Driver economico. Come per le soluzioni robotizzate tradizionali, si considera in prima approssimazione il costo per unità di prodotto. Tale valore è ottenibile sommando, tra gli altri, il costo del macchinario, il tempo di setup e i costi operativi diretti. L’andamento è decrescente all’aumentare dei volumi di produzione per celle molto specializzate, con volumi minimi spesso elevati. Al contrario, per le operazioni manuali il costo unitario, eventualmente elevato, si mantiene circa costante. La soluzione manuale è competitiva, al confronto diretto, per volumi molto ridotti. La robotica collaborativa fornisce un ibrido tra produttività, generalmente ridotta in termini di cadenze e velocità rispetto alle soluzioni fortemente automatizzate, e assistenza alle capacità manuali. In prima analisi, le applicazioni collaborative diventano pertanto attraenti per volumi medio-piccoli dove è possibile ridurre rapidamente i costi iniziali aumentando la produttività della produzione manuale.

Un fattore determinante per ridurre i tempi ciclo (costo operativo diretto) sono l’accesso e la vicinanza tra operatore e sistema robotizzato. La movimentazione di materiale, la preparazione di semilavorati, la predisposizione strumenti ed attrezzaggi, solo per citare alcuni esempi, possono avvenire in prossimità della stazione di lavoro dell’operatore senza interrompere il ciclo di lavoro, migliorando la fluidità delle operazioni. Alcune fasi di lavoro possono essere svolte dal robot, mentre l’operatore assume ad esempio il ruolo di controllo e finitura, supervisionando alcune operazioni automatiche. In entrambi i casi si delinea un aumento di produttività.

Un ulteriore elemento di riduzione dei tempi risiede nella facilità d’uso e interazione. I tempi di setup si riducono attraverso la flessibilità e facilità di messa in servizio, ad esempio nelle fasi di addestramento che possono venire effettuate muovendo a mano il sistema robotizzato (lead-through programming) o correggendone in linea le traiettorie. Tutta la tecnologia robotica, inoltre, sta alacremente operando per fornire interfacce e modalità di programmazione sempre più intuitive e dirette.

Oltre alla riduzione di costo e aumento di produttività, la robotica collaborativa può fornire elementi di automazione in applicazioni ad oggi totalmente manuali. Settori tradizionalmente non adatti a soluzioni interamente automatiche sono candidati ad essere i principali beneficiari dell’introduzione soft di elementi robotizzati. Mentre esiste un limite (attuale) alle capacità di un robot nella manipolazione e nell’adattamento alla variabilità, non esiste un limite comparabile nelle capacità di interpretazione del contesto da parte degli operatori umani. Se il robot collaborativo funziona a supporto dell’operatore, ovvero si comporta da robot, toglie all’operatore compiti da robot e ne potenzia le capacità di adattamento. In lotti piccoli, in operazioni con materiali poco rigidi o di forma imprecisa (pelle, gomma, lamine, cera o resine da stampo, etc), in aggiustaggio, l’operatore è impareggiabile. Un robot collaborativo può essere un co-worker impareggiabile.

Federico Vicentini

Federico Vicentini

è ricercatore presso ITIA-CNR
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