Combinazione di robot collaborativi con attrezzature esistenti per la massima capacità di carico e sicurezza

Toyota Industries Corporation

In breve

Nello stabilimento di Tōchita (Factory 703) a Handa City (Giappone), Toyota Industries Corporation sta implementando miglioramenti per rendere la fabbrica più attraente per i futuri lavoratori. Una di queste iniziative si concentra sull'automazione del processo di input delle materie prime. Combinando robot collaborativi con un equilibratore esistente, l'azienda ha sviluppato una soluzione per la movimentazione di materiali pesanti. Ciò ha ridotto sia il numero di ore di lavoro che l'onere del sollevamento manuale.

Affrontare le sfide della movimentazione manuale di materiali pesanti

In precedenza, le materie prime venivano movimentate manualmente utilizzando attrezzature di sollevamento e paranchi, ma le materie prime erano pesanti e c'erano rischi associati alla loro caduta. Inoltre, gli operatori venivano spesso chiamati da luoghi distanti per svolgere compiti a intervalli irregolari, il che era un compito noioso.

Toyota Industries Corporation

Settore Automotive

Paese Japan

Number of employees 1920 (Tōchita Plant)

Cobot utilizzato UR10e

Fattori chiave del valore:

Migliore sicurezza dei lavoratori riducendo il sollevamento manuale e mitigando i rischi con funzioni di sicurezza intelligenti (modalità forza, scanner di sicurezza, recinzione minima)
Efficienza operativa grazie alla riduzione dell'orario di lavoro e a una movimentazione dei materiali più coerente
Automazione scalabile ottenuta combinando i cobots con le apparecchiature esistenti, consentendo un'espansione e una sperimentazione graduali

Compiti risolti da robot collaborativi:

Movimentazione e immissione di materie prime pesanti mediante controllo coordinato della forza e integrazione del bilanciatore
Prelievo casuale da una pila sfusa con l'aiuto di un sistema di visione
Inserimento guidato di maschere nei materiali utilizzando la modalità Force per un movimento fluido e adattivo

Sfide di automazione risolte:

Bilanciamento dell'oscillazione del carico quando si combinano bracci del robot con bilanciatori in una configurazione fisica complessa
Gestione delle fluttuazioni di spinta, impedendo arresti protettivi durante il movimento utilizzando la modalità di forza
Sicurezza in uno spazio compatto, utilizzando una configurazione a ingombro minimo con laser scanner e recinzione strategica per mantenere le aree aperte senza compromettere la protezione dei lavoratori

Come ci sono riusciti

Ingresso di materiale più intelligente: combinazione di sistemi di visione, cobots e bilanciatori

Nell'automatizzare il processo di immissione del materiale, la soluzione è stata quella di combinare i prodotti esistenti in modo innovativo. In particolare, hanno contestato l'uso di un robot collaborativo assistito da un equilibratore. Dopo aver considerato diverse combinazioni per soddisfare il tempo di ciclo richiesto e altri criteri, hanno raggiunto il loro obiettivo combinando un meccanismo a braccio rigido con un robot UR. Inoltre, il sistema combinato con il bilanciatore ha portato a un problema di servo oscillazione a causa dell'ambiente unico del braccio del robot, della dima e della massa della materia prima. Tuttavia, con il robot UR, il carico, il baricentro e l'inerzia potevano essere impostati arbitrariamente e, ottimizzando impostazioni come velocità e accelerazione, il problema è stato risolto. Poiché le materie prime sono in una pila sfusa, è stato necessario un prelievo casuale. Per questo progetto, hanno lavorato con un partner per costruire un sistema di telecamere di visione.

robot recintati e non recintati presso Toyota

Utilizzo della modalità forza per stabilizzare la spinta durante la movimentazione dei materiali

Satoshi Ishihara, Working Leader presso la Engine Division, Production Engineering Department, Development Office, Toyota Industries Corporation, discute i vantaggi del robot UR: "Quando si utilizza un equilibratore per eseguire la movimentazione dei materiali, si verificano fluttuazioni di spinta e, nella normale modalità di controllo della posizione, c'è il rischio di arresto protettivo. Tuttavia, utilizzando la modalità di forza abilitata dal sensore di forza incorporato nel robot UR, siamo stati in grado di dirigere la spinta in una direzione specificata, il che ha consentito una movimentazione fluida del materiale."

La modalità Force viene utilizzata anche in altre aree oltre alla movimentazione dei materiali. "Durante il prelievo delle materie prime, utilizziamo la modalità Force per guidare la dima del robot nelle materie prime durante l'esecuzione di movimenti coordinati. La modalità Force è ampiamente utilizzata." Per la valutazione del rischio, le recinzioni di sicurezza e gli scanner laser di sicurezza vengono utilizzati insieme per ridurre i rischi. Per evitare che le mani degli operai raggiungano i carichi sospesi, è installata una recinzione. Viene creata un'area non recintata per facilitare l'approvvigionamento regolare del materiale e uno scanner laser di sicurezza viene posizionato a terra per arrestare il sistema (arresto preventivo) se qualcuno entra nell'area.

Efficiente e sicuro: l'automazione compatta offre risultati solidi

"L'effetto dell'automazione è stato significativo. Automatizzando il processo di input delle materie prime, abbiamo ridotto con successo le ore di lavoro e ora possiamo prendere in considerazione varie combinazioni", afferma Hideki Yamada, Section Manager, Processing Section, Manufacturing Department 2, Engine Division, Toyota Industries Corporation.

Yamada continua: "Ogni volta che introduciamo apparecchiature automatizzate, le recinzioni di sicurezza e altre installazioni tendono a diventare più grandi, ma con questo sistema è compatto pur garantendo la sicurezza, quindi ci piace molto".

I robot collaborativi consentono un graduale ridimensionamento dei processi di automazione

Oltre ad espandere il processo automatizzato nell'area della movimentazione delle materie prime, Toyota Industries Corporation sta prendendo in considerazione l'automazione di altri processi, come il sollevamento del motore e i processi basati su trasportatori. Dopo aver introdotto i robot collaborativi, Tatsuya Shimizu, Group Leader, Engine Division, Production Engineering Department, Development Office, commenta: "Se decidi subito una risposta, ci vuole tempo per trovare la soluzione. Introducendo prima un robot collaborativo, imparando mentre lo si utilizza e espandendo gradualmente le sue applicazioni, l'automazione può progredire".

Introducendo prima un robot collaborativo, imparando mentre lo si utilizza e espandendo gradualmente le sue applicazioni, l'automazione può progredire.

Tatsuya Shimizu, Group Leader, Engine Division, Production Engineering Department, Development Office

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