Automazione industriale: come i cobot stanno cambiando le regole del gioco

L’incontro tra robotica collaborativa e tecnologie di ultima generazione ha dato il via a una metamorfosi ed espansione delle funzionalità. L’ampia flessibilità, che è una caratteristica propria dei cobot, riesce così ad aumentare notevolmente quando intervengono ad esempio AI e Machine vision, i quali diventano veri e propri “boost” prestazionali.

Avrete sicuramente capito di cosa parleremo oggi….. Come i cobot stanno cambiando le regole del gioco. Pronti? Partiamo con gli argomenti.

Possiamo dire che dal loro timido ingresso nell’ambito industriale, i cobot di strada ne hanno fatta. Non soltanto per quanto riguarda la loro diffusione quanto per il loro profondo cambiamento in termini di funzionalità e operatività. Se mettiamo a confronto un cobot “vintage” e uno odierno possiamo notare soltanto poche differenze:

·       A livello strutturale non sono cambiati più di tanto

·       A livello di azionamento hanno beneficiato di tecnica perfezionata

Ciò che è cambiato profondamente non si vede ma si apprezza nel rendimento. Come accennato, tecnologie come l’AI, il machine Vision ma anche lo sviluppo di software per una programmazione più semplice hanno davvero fatto la differenza su di uno strumento che soltanto a prima vista sembra sempre uguale.

Abbiamo parlato delle tecnologie di ultima generazione, in particolare quelle che hanno permesso un salto (in lungo) prestazionale non indifferente; è arrivato il momento di addentrarci un poco in quegli aspetti che, con le loro caratteristiche, hanno compiuto la “magia”.

Intelligenza Artificiale

Su una cosa non ci sono dubbi. Un cobot che integra l’intelligenza artificiale può fare di più. La sinergia tra cobot e AI si basa su una combinazione di algoritmi e software intelligenti, e per il momento analizziamo questi poiché è utile individuare ciò che in questo ambito è di centrale importanza: il dato. Durante i processi produttivi vengono generate grandi quantità di dati con cui monitorare e verificare l’andamento corretto del flusso, individuare i colli di bottiglia e le aree di miglioramento, ridurre gli sprechi e così via. L’obiettivo è quello di rendere il processo sempre più efficiente. E di dati continuiamo a parlare: esiste un’analogia fra processi “informati” (in senso macroscopico) e cobot con l’AI: qui l’intelligenza artificiale si espande ulteriormente nel machine (ML) e deep learning (DL). AI, ML e DL si muovono per addestrare gli algoritmi, far fare “gavetta” al cobot, utilizzare l’esperienza che cresce con il passare del tempo, ampliare le capacità di pensare e valutare di volta in volta l’azione più efficace a seconda della circostanza.

Machine Vision

Il machine vision (o visione artificiale) utilizza hardware e software combinati insieme allo scopo di acquisire ed elaborare immagini. Questa tecnologia scatta fotografie o riprese di un particolare o di un preciso momento della fase produttiva; le informazioni acquisite vengono poi elaborate per essere rese fruibili e ottenere così dati precisi ad esempio sulla conformità di un pezzo (dimensioni o finitura), l’esatto posizionamento di un particolare nelle fasi di assemblaggio, la corretta traiettoria di una lavorazione, la temperatura e così via. Il machine vision è generalmente costituito da una fotocamera predisposta per acquisire immagini “crude”: per questo processo non sono necessarie immagini gradite all’occhio umano bensì informazioni visive particolari indispensabili per l’elaborazione da parte dell’algoritmo specifico. I sistemi di visione fanno oramai parte dell’insieme di tutti i bracci cobotici che sono destinati a mansioni multitasking tipiche dell’approccio “mentre fai, controlla”. Con queste premesse la tecnologia di visione diventa imprescindibile tanto per la produzione che per il controllo qualità.

Sensoristica avanzata:

Anche in questo campo, la sensoristica ha subito grandi sviluppi, non tanto per la tipologia di sensori quanto per la precisione. Una sensoristica avanzata offre molti vantaggi e garanzie, primo fra tutti la sicurezza del cobot durante l'interazione con l'uomo. E’ grazie all’integrazione di sensori sofisticati che è possibile per il cobot rilevare (e agire di conseguenza) la presenza umana e agli ostacoli: in questo modo i robot collaborativi possono lavorare senza la necessità di essere relegati (come i robot industriali) in spazi delimitati e con le barriere di sicurezza. Anche la precisione e la flessibilità dei robot collaborativi può essere aumentata in modo significativo con il risultato di ottenere un adattabilità estesa in tempo reale alle varie lavorazioni. Quali sono i sensori utilizzati sui cobot?

• Sensori ottici e a ultrasuoni: Rilevano la prossimità di oggetti o persone nell'area di lavoro del cobot. Prossimità perché non è necessario il contatto diretto; in questo modo il cobot ha molto più potere decisionale perché ha tempo sufficiente a rallentare o fermarsi ed evitare la collisione.

• Sensori di profondità: Non serve solo la prossimità, è necessario anche mappare l’ambiente circostante. Per questo motivo questi sensori (come anche il LIDAR) mappano accuratamente l'ambiente in 3D.

• Sensori di forza: Questa sensoristica serve a più scopi: ad esempio lavorare in combinazione con la sensoristica di rilevamento (e quindi il cobot la collisione la evita per forza!) oppure può essere utilizzata per dosare le forze del braccio (o degli utensili a esso associati) durante le lavorazioni. Eh già….. I cobot sanno essere molto precisi, ma possiedono anche una forza che, se utilizzata in quantità, può rompere gli oggetti che ad esempio sta manipolando in un processo di pick & place (link), pertanto i sensori di coppia sono necessari.

• Sensori di contatto: Anche il cobot a volte ha bisogno di “toccare con mano”… per farlo ha bisogno dei sensori tattili i quali possono essere integrati nella struttura del braccio o anche sull’utensile. Avere questo tipo di sensoristica è una scelta che dipende dalla lavorazione cui si vuole destinare il cobot.

Funzionalità Edge

Questo è un argomento con cui scrivere una puntata a parte….Tuttavia è di fondamentale importanza poiché fa parte del percorso di transizione verso l’Industria 5.0. Nel paragrafo precedente abbiamo fatto una veloce carrellata sulla sensoristica e dell’acquisizione di dati di vario genere. In questo contesto vi è l’aspetto della trasmissione dei dati che non è cosa di poco conto dato che se ne possono produrre davvero molti. Emergono pertanto due fattori di assoluto rilievo: l’efficientamento energetico e la cybersicurezza. Perché parliamo di funzionalità Edge? Perché nell’ambito di industria 5.0 diventa vantaggioso estrarre e processare il dato nelle immediate vicinanze della sorgente; l’Edge, il margine della rete, per l’appunto. I sensori IIoT possono essere integrati nel cobot ed abilitare una trasmissione dati molto più semplice (e meno energivora) così come favorire l’implementazione di una cybersicurezza più efficace: i dati restano nelle vicinanze del processo e non devono compiere “tragitti” lunghi con il risultato di avere un perimetro di attacco molto più ampio.

Man mano che le nuove tecnologie sono entrate nell’ambito dei cobot, si è significativamente ampliato il numero di applicazioni le quali presentano anche un’ampia versatilità. Questa realtà ha già trasformato in modo radicale i processi produttivi grazie a nuovi modi di concepire la produzione, più flessibile e più lean. Questo ha migliorato ulteriormente la serie di vantaggi che vede flessibilità estesa, una produttività ulteriormente incrementata come anche la qualità dei controllo di linea nonché il livello di sicurezza che può ora beneficiare di un livello superiore. Tutto questo consente alle aziende lo sviluppo di strategie di mercato più efficaci in grado di:

·       Rispondere in tempi rapidi alle esigenze di diversificazione e personalizzazione dei lotti di prodotto

·       Rendere i processi meno energivori (e più sostenibili)

·       Disegnare un nuovo modello di lavoro

·       Valorizzare meglio il vero patrimonio aziendale: le persone.