Trasformare la ricerca universitaria in soluzioni ingegneristiche

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SC3D 1È il core business di IT+Robotics, una società padovana che impiegando i risultati ottenuti in ambito accademico ha sviluppato soluzioni innovative per la simulazione 3D, il controllo qualità e la guida robot.

Un’azienda giovane e dinamica e che ha fatto dell’innovazione e del trasferimento tecnologico i suoi punti di forza. Nata quasi 10 anni fa dalla collaborazione tra professori di robotica e alcuni neolaureati del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università degli Studi di Padova, IT+Robotics è oggi guidata con successo da tre dei suoi soci: Stefano Tonello, Emanuele Menegatti e Enrico Pagello. La mission dell’azienda, che ha il suo quartier generale a Padova, vicino ai laboratori dell’università, è quella di aumentare la flessibilità dei processi produttivi trasformando i più recenti risultati della ricerca accademica in soluzioni ingegneristiche da trasferire e applicare ai contesti industriali più avanzati. «La nostra intuizione è stata quella di capire che i risultati della ricerca scientifica in robotica autonoma sono maturi per poter essere applicati alla robotica industriale aumentandone la flessibilità. Il nostro gruppo di lavoro si è concentrato su due aspetti: da un lato la possibilità di programmare i robot in maniera più semplice senza dover impegnare l’impianto in fase di programmazione; dall’altro l’introduzione della visione industriale che permette di aumentare la flessibilità delle automazioni industriali». Nello specifico IT+Robotics progetta e realizza sistemi di visione per il controllo qualità, sistemi per la guida robot e software per la programmazione off-line di celle di lavoro e macchinari, sfruttando gli algoritmi di machine vision, motion planning e intelligenza artificiale fino a pochi anni fa appannaggio della sola ricerca accademica. «L’altro core business sono i progetti di ricerca, soprattutto europei – ha precisato Tonello – in cui la partnership tra università ed azienda si esprime al massimo». Le soluzioni di IT+Robotics coprono le applicazioni di buona parte del manifatturiero: «Ovunque ci sia necessità di automatizzare un processo. Al momento la maggior parte dei nostri clienti opera sul mercato italiano, ma contiamo di espanderci all’estero».

Un simulatore di celle di lavoro off-line

Il primo prodotto frutto della ricerca e degli studi condotti dagli ingegneri di IT+Robotics è “WorkCellSimulator”, un simulatore 3D per la programmazione off-line di celle di lavoro e di macchinari a più assi. «Questa piattaforma può essere impiegata in tutti i processi che prevedono l’impiego di robot manipolatori, settore in cui abbiamo la maggiore expertise» ha precisato Tonello. Partendo dal disegno del pezzo da lavorare, WorkCellSimulator simula l’intero processo di lavoro, al fine di generare autonomamente il codice per i controller, senza bisogno di impegnare l’impianto durante la programmazione. WorkCellSimulator sfrutta avanzati algoritmi di intelligenza artificiale per definire autonomamente il processo di produzione, controllando uno o più robot manipolatori e i macchinari presenti nella cella di lavoro. Il programma per il controller viene generato utilizzando tecniche all’avanguardia di pianificazione dei movimenti che garantiscono, in automatico, assenza di collisioni e percorsi a massima efficienza. «Il programmatore deve solo definire il punto iniziale e quello finale e il simulatore calcola la traiettoria corretta» hanno precisato gli ingegneri. Mediante l’utilizzo di post-processor, il programma può quindi essere compilato per essere utilizzato dai robot e dai macchinari dei più comuni produttori. L’architettura modulare di WorkCellSimulator si adatta alla simulazione di ogni tipo di processo industriale. La sua flessibilità è ampliata dal sistema di scripting che consente la personalizzazione del processo senza richiedere particolari conoscenze di programmazione. «Questo simulatore è nato per la piegatura della lamiera – ha spiegato Tonello – Stiamo sviluppando un modulo che è in grado di calcolare in modo automatico l’attrezzaggio della macchina e la sequenza di piegatura ottimale in modo che, a partire dal modello CAD 3D del prodotto, si riesca a ottenere la programmazione dell’impianto in un solo click. In seguito, il software si è evoluto ed è stato applicato in altri processi, dalla fresatura alla pallettizzazione, dalla verniciatura al controllo qualità».

Il controllo qualità

L’altro ambito su cui IT+Robotics ha puntato molto è la visione 3D. «Questo progetto è nato nell’ambito del programma europeo 3D Complete e si è evoluto con le ricerche fatte all’interno del laboratorio dell’Università di Padova e ci ha consentito di sviluppare Smart Check 3D». Smart Check 3D è la soluzione di IT+Robotics per la verifica di conformità dei prodotti in linea: combina l’innovativa visione tridimensionale con la classica visione 2D per permettere la verifica di conformità dell’intero prodotto. Il sistema è flessibile riguardo ai controlli che possono essere effettuati, spaziando da controlli di completezza della forma a quelli dimensionali, da controlli superficiali (ad esempio sfogliature o botte) alla verifica di datari a codici stampati sul prodotto. «L’estrema flessibilità di questa soluzione consente di raggiungere tutti i punti nell’area di lavoro e di avere un’unica automazione in grado di gestire un elevato numero di prodotti anche con geometrie diverse». Il controllo qualità automatizzato permette di ottenere un certificato di collaudo oggettivo della conformità di ogni singolo pezzo. Smart Check 3D è disponibile in due varianti: sistema di scansione basato su robot manipolatore oppure sistema di scansione 3D a tunnel. Nella prima opzione, caratterizzata dalla massima flessibilità di cambio prodotto, viene utilizzato un robot manipolatore per muovere il sistema di visione tridimensionale mentre effettua la scansione del pezzo. Per ogni scansione è quindi possibile definire i controlli da effettuare e le soglie di accettabilità per gli stessi. Nella seconda soluzione, caratterizzata dalla massima velocità di scansione, i prodotti vengono posti su delle dime posizionate sul nastro per essere movimentati attraverso un tunnel di misura. All’interno del tunnel sono presenti diverse stazioni di controllo, studiate per un controllo completo dei difetti del prodotto. Con questa variante è possibile analizzare ogni prodotto in meno di due secondi, rendendo la soluzione adatta a produzioni molto elevate.

La soluzione per la guida robot

“Smart Pick 3D” consente a un robot manipolatore, mediante l’utilizzo di un avanzato sistema di visione, di prelevare oggetti disposti in modo casuale all’interno di un contenitore oppure mentre scorrono su un nastro trasportatore. L’utilizzo della visione permette di ottenere molteplici benefici rispetto ai sistemi di automazione convenzionali. Uno dei fattori più rilevanti è l’estrema flessibilità nella gestione di diverse tipologie di prodotti con la stessa automazione. Prelevando i prodotti direttamente dal contenitore dove sono riposti, non sono necessari sistemi meccanici dedicati ad ogni singola tipologia di prodotto. La definizione di nuovi codici prodotto può essere fatta direttamente dal cliente finale, mediante il software di programmazione fornito a corredo con l’impianto. Smart Pick 3D è compatibile con tutti i robot e PLC garantendo una semplice integrazione con la linea di produzione. Durante l’ingegnerizzazione del prodotto è stata data particolare importanza alla robustezza del sistema e alla continuità di operazione senza necessità di intervento da parte dell’operatore. A tal fine sono stati sviluppati innovativi algoritmi proprietari per garantire assenza di collisioni durante la presa dell’oggetto. Inoltre, gli organi di presa sono stati dotati di un nuovo sistema meccanico di anticollisione progettato appositamente per l’applicazione. I prodotti da prelevare sono diversi tra loro e richiedono tecnologie differenti, sia hardware che software. Seguendo questo approccio, IT+Robotics ha sviluppato negli anni tre diverse soluzioni di guida robot, ognuna maggiormente adatta a una determinata famiglia di prodotti. Questa scelta ha consentito sia di ottimizzare le performance che di ridurre i costi del sistema finale. Questa soluzione è disponibile in tre versioni: Smart Pick 3D Profile caratterizzato dall’alta efficienza (tempi ciclo inferiori al secondo) consente la presa di oggetti che scorrono sul nastro trasportatore impiegando telecamere 2D; Smart Pick 3D Shape è la soluzione basata su singola telecamera 2D per la presa di oggetti piani disposti alla rinfusa all’interno di un contenitore e consente di ottenere la posizione 3D dell’oggetto con un’inclinazione fino a 45° nel contenitore; Smart Pick 3D Solid impiega telecamere 3D per il prelievo di oggetti di geometria complessa. L’ottimizzazione delle prestazioni del sistema garantisce il raggiungimento di un tempo ciclo di 6 secondi per prodotto, assicurando l’applicabilità del sistema anche in aziende con produttività molto elevate.

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