Robotica collaborativa nelle PMI: sei sicuro di conoscere tutti i vantaggi?

Se la terza rivoluzione industriale è stata caratterizzata dall’utilizzo dell'elettronica e dell'IT attraverso l’impiego di robot e computer, la quarta rivoluzione industriale (o Industria 4.0) è caratterizzata dall’utilizzo di macchine intelligenti, interconnesse e collegate ad internet.

I robot utilizzati nella terza rivoluzione industriale, i robot industriali, si contraddistinguono per le spiccate caratteristiche di versatilità, adattabilità, precisione e ripetibilità. Industria 4.0 ha invece l’obiettivo di automatizzare ulteriormente la produzione, creando la Smart Factory. Una delle tecnologie abilitanti di Smart Factory e Industria 4.0 è l’adozione di “advanced manufacturing solutions” che si fonda sull’utilizzo sistematico di sistemi robotici avanzati interconnessi e rapidamente programmabili. Il più importante cambiamento paradigmatico di Industria 4.0 è quindi rappresentato dal concetto di collaborazione uomo-macchina. I cobot non sono più confinati all’interno di barriere protettive, ma possono possono muoversi liberamente nello spazio fabbrica.

I vantaggi della robotica collaborativa

Il vantaggio principale di un robot industriale è la grande varietà di configurazioni, prestazioni, e di conseguenza applicazioni, possibili: dal robot SCARA, estremamente agile ma a basso payload, fino ad arrivare ai manipolatori di grossa taglia capaci di movimentare carichi fino a 200 kg anche se con velocità contenute.  Al contempo, un robot industriale, sviluppato per raggiungere prestazioni elevate, rappresenta un pericolo per un operatore che si trovi nelle sue vicinanze durante le fasi di lavoro.

Un robot collaborativo o cobot presenta una struttura cinematica analoga a quella di un robot industriale (con la possibilità di un grado di ridondanza aggiuntivo), ma è la sicurezza la sua caratteristica fondamentale. In accordo ai principi della normativa ISO/TS 15066, questa caratteristica può essere conferita attraverso scelte progettuali e di controllo finalizzate a ridurre peso e velocità del robot durante operazioni collaborative.

Un aspetto importante nella fase di progettazione è la capacità di valutare quantitativamente il rischio di lesioni a seguito di un incidente, così come la possibilità di comparare e quindi ottimizzare soluzioni differenti di design meccanico e controllo. La riduzione del peso è una scelta progettuale tipica dei robot collaborativi – si parla infatti di robot “light weight” – comunemente raggiunta attraverso l’adozione di materiali in lega leggera per i link e attraverso l’utilizzo di motori meno potenti, quindi più leggeri, a discapito di una minore capacità di carico massimo al polso e velocità massima sull’asse. La riduzione della velocità può essere ottenuta mediante scelte di design (attraverso l’utilizzo di motori a coppia massima inferiore), ma anche attraverso strategie di controllo in grado di limitare opportunamente la velocità massima su ciascun asse.

È tuttavia importante notare che esiste un trade-off tra prestazioni e sicurezza. Un robot ad elevate prestazioni, ovvero a payload, velocità e precisione elevate, richiede necessariamente una struttura molto rigida e attuatori potenti, che ne incrementano a loro volta il peso e ne riducono la sicurezza. Viceversa, un robot sicuro, ovvero con peso e velocità massima contenute e dimensioni compatte, avrà necessariamente prestazioni meno elevate. Un robot collaborativo nasce proprio dalla volontà di trovare il compromesso ottimale tra prestazioni e sicurezza, tale da abilitare l’esecuzione di attività collaborative come:

• presa e rilascio di oggetti (“pick & place”)
• packaging e pallettizzazione
• assemblaggio – la presenza di un sensore di forza/coppia montato sull’organo terminale, può inoltre permettere l’adozione di algoritmi di controllo dell’interazione tra cobot e le parti da assemblare
• lucidatura
• asservimento di macchine utensili a controllo numerico
• controllo qualità e ispezione

Nuovi standard di sicurezza

Nell'ambito della terza rivoluzione industriale, è importante notare come un robot fosse tenuto ad operare in un ambiente fortemente strutturato. A causa della pericolosità intrinseca di un tale sistema (in termini di peso, dimensioni, velocità e potenza elevate), l’integrazione all’interno di una linea produttiva comporta l’adozione di protezioni perimetrali che assicurino la separazione fisica tra robot e operatore (standard ISO 10218-1 e ISO 10218-2).

In Industria 4.0, le attività ad elevata complessità manuale e cognitiva sono eseguite dall’operatore mentre il “collaborate robotico” può compiere attività più semplici e ripetitive, fornendo supporto all’essere umano. Questa nuova modalità di utilizzo, regolata dalla specifica tecnica ISO/TS 15066, si contraddistingue per la sicurezza intrinseca dei cobot.