Mese: Febbraio 2021

Sicuramente avrete già sentito parlare di questo grande passo avanti compiuto nella robotica industriale ormai da diversi anni: sistemi di rilevamento in grado di guidare il vostro robot nella presa automatica di oggetti sparsi a caso in una scatola (o in un contenitore), denominati sistemi di Bin Picking.

Ci sono svariate applicazioni a cui si può pensare che sarebbero perfette per il «Bin Picking», occorre però stabilire se la scelta di optare per queste «soluzioni» è quella giusta per il caso che stiamo affrontando. La raccolta di oggetti alla rinfusa è una delle attività a basso valore aggiunto che drena più forza lavoro in produzione. Inoltre se pensiamo a isole robotizzate che sfruttano sistemi tradizionalmente meccanici per la singolarizzazione dei pezzi, dobbiamo avere a disposizione spazi molto ampi da occupare. Altresì con le soluzioni di bin picking gli spazi necessari per lo sviluppo di queste automazioni sono limitati.

Va sottolineato però che anche con sistemi di visione 3D molto performanti, per i robot è difficile prelevare oggetti che si sovrappongono l’uno all’altro come avviene tipicamente per oggetti semilavorati nell’ambito dei processi industriali.

Il desiderato da questo tipo di soluzione porta a pensare che potenzialmente si può mettere in prossimità di un robot una scatola piena di oggetti (noti) ammucchiati e il robot sarà facilmente in grado di «vedere» gli oggetti e raccoglierli. Gli oggetti idealmente possono essere disposti a caso, mescolati uno sopra l’altro e sovrapponendosi incastrarsi tra di loro o con il contenitore. Comunque siano disposti, ci si aspetta che il sistema di visione sarà in grado di rilevarli. La realtà però non è proprio così e la fattibilità della applicazione passa attraverso svariati aspetti tecnici.

Secondo alcuni rapporti, la robustezza del sistema bin picking è ancora molto bassa. L’uso del “bin picking ” nelle PMI è quasi nullo e non è molto più elevato nelle grandi aziende manifatturiere. Questo nonostante il fatto che molte applicazioni di bin picking siano presentate nelle fiere e nei video online negli ultimi anni. La risposta è semplice, per la maggior parte dei sistemi, il prelievo automatico alla rinfusa è un problema solo parzialmente risolto. Il prelievo di pezzi posizionati in modo casuale da un contenitore e il loro posizionamento preciso in una macchina è un compito semplice per un essere umano, ma complesso per un robot. Il robot deve essere in grado di afferrare i pezzi in un numero infinito di orientamenti e di raggiungere gli angoli del contenitore, evitando collisioni, con le varie parti della cella di lavoro. Attualmente, il prelievo dal «bin» è in grado di essere completamente automatizzato solo con un consistente impegno di integrazione richiesto per far lavorare insieme molteplici tecnologie avanzate. I sistemi completamente automatizzati necessitano tipicamente:

• Di un modello 3D del pezzo, del bin, dell‘EOAT, dell‘elemento di posizionamento e degli eventuali ostacoli ambientali.
• Della pianificazione del movimento del robot che deve prevedere uno o più modi per prelevare il pezzo con EOAT e depositarlo a destinazione.
• Di un sensore 3D per mappare il contenitore e un software di analisi delle immagini per individuare ogni parte e i potenziali ostacoli nel bin
• Di un software di pianificazione della traiettoria per trovare un percorso privo di collisioni dal punto di prelievo del pezzo alla destinazione di posizionamento.
• Di un software di controllo per manovrare robot, EOAT e il pezzo lungo il percorso.

Ci sono sistemi di visione 3D in commercio che integrano alcuni di questi elementi e possono affrontare una serie di possibili applicazioni. Di solito questi sistemi combinano un sensore 3D con un software di analisi delle immagini che gira su un computer separato. Spesso è necessario un esperto di robotica che integri il sensore, il computer, il software e il controller del robot, e poi scriva un programma per recuperare la posizione di ogni pezzo e capire come portarlo al punto di deposito. Chiaramente questo lavoro è necessario e oneroso ma offre una soluzione di processo impareggiabile.

L’evoluzione tecnica del sistema “Bin Picking” sta subendo cambiamenti continui che rendono sempre più accessibile la soluzione sia per usabilità che per robustezza. Infatti la mancata applicazione di questi sistemi nei casi reali oggi sta rapidamente cambiando. Le applicazioni di bin picking tradizionalmente richiedevano sistemi di rilevamento complessi, modelli dettagliati dell’ambiente e algoritmi di pianificazione della traiettoria senza collisioni in tempo reale. Ciò significava che i sistemi robot per il bin picking erano costosi e complicati da utilizzare. Queste barriere sono state significativamente ridotte per ampliare la possibilità di impiego. Ora è più facile aggiungere una operazione di bin picking alla propria applicazione. Occorre però valutare attentamente l’applicazione per stabilire se otterrò vantaggi con impiego di un sistema bin picking o solo costi aggiuntivi.

Facciamo un piccolo passo indietro. Prima di tutto, occorre stabilire se il sistema Bin picking è in linea con gli obbiettivi che si pone la nostra applicazione. L’impiego di questi sistemi, anche con le nuove soluzioni robuste e semplici da usare, si giustifica per risolvere obbiettivi applicativi di processo. Se si sta cercando di aumentare la produttività, il sistema di bin picking è una soluzione che tendenzialmente toglie il collo di bottiglia (non lo sposta). Tuttavia, se la priorità è ad esempio solo quella di aumentare la qualità del prodotto il sistema di bin picking non ha un effetto tangibile su questo tipo di priorità. Quindi il consiglio è quello di capire bene le caratteristiche del sistema bin picking e impiegarlo in linea con le priorità di produzione. Se esistono più applicazioni potenziali, potrebbe essere vantaggioso implementare per primo il sistema che sarà relativamente più facile da integrare in modo da recuperare rapidamente il valore dell’investimento.

«La chiave di volta» : facilità d’uso e l’affidabilità

Una soluzione di bin picking per essere più efficace e quindi più diffusa deve essere:

• utilizzabile da operatori inesperti,
• configurabile in poche ore,
• fornire una sofisticata pianificazione del percorso con poca o nessuna messa a punto,

Queste caratteristiche renderebbero la presa di pezzi alla rinfusa da un contenitore una soluzione conveniente anche per le PMI.

Un esempio di questi sistemi innovativi di bin picking è Solomon 3D Vision con Accupick che propone un sistema completamente pre-integrato che gestisce tutta la complessità. Tutti i componenti del sistema (sensore, software di imaging, pianificazione del percorso e co-processore) sono pre-configurati e si collegano al controllore di svariati marchi di robot (compreso Doosan Robotics) senza bisogno di alcuna complessa configurazione, riducendo il tempo di installazione a poche ore. Tutta la programmazione è integrata con autoapprendimento dei pezzi da movimentare mediante immagini (non servono disegni 3d dei pezzi), apprendimento del robot dei task di processo, consentendo di mescolare liberamente le azioni di prelievo del bin con i comandi standard del robot usando la stessa interfaccia di programmazione. Il tempo di apprendimento è minimo. L’installazione e la programmazione sono supportate da una serie di procedure guidate intuitive.

Il Sistema Solomon 3D vision Accupick rappresenta la nuova generazione di soluzioni di bin picking in grado di gestire molte applicazioni e consentire ai produttori di spostare le loro limitate risorse umane verso compiti di valore più elevato. Ancora più importante, il bin picking è diventato accessibile e conveniente per le PMI soprattutto quando implementato ad un robot collaborativo.

Un sistema di bin picking (Facile, Robusto, Flessibile) accoppiato ad un Cobot (Sicuro per l’operatore) diventerà rapidamente la soluzione più utilizzata in applicazioni dove l’operatore, necessario per le sue capacità di processo e sgravato dall’operazione di picking, è pronto per concentrarsi sul proprio lavoro impiegando competenze e liberando creatività.

Per essere competitivi in un mercato carente di manodopera qualificata, con l’aumento dei costi dei fattori produttivi, l’esigenza di tempi di consegna impegnativi, la necessaria cura della salute e sicurezza delle persone siamo nel bel mezzo di un tangibile cambiamento globale.

Un elemento in evoluzione è il modo di concepire la produzione, Uomo + Macchina lavorano insieme siamo nell’ Era Collaborativa. Questo nuovo modo di vedere l’automazione si pone come obbiettivo principale quello di sollevare gli operatori dai lavori ormai riconosciuti pericolosi soprattutto se reiterati nel tempo.

Le malattie professionali sono in costante aumento e minacciano lo stato sociale e il futuro di milioni di persone. Nell’industria metalmeccanica, presente con aziende di diverse dimensioni e natura in tutto il territorio nazionale, vengono svolte lavorazioni che espongono i lavoratori a elevati rischi, tra le quali spiccano quelle della saldatura manuale.

Quali sono i rischi per gli operatori nella saldatura manuale?

I Rischi legati ai processi di saldatura manuale sono molteplici e ben conosciuti :

• Inalazione di fumi e gas di saldatura
• Radiazioni UV
• Ustione
• Campi elettromagnetici

Inoltre non possiamo dimenticare i rischi collaterali o ambientali come :

• Rumore
• Vibrazioni (HAV)
• Posture incongrue
• Movimenti ripetitivi
• Amianto

L’esposizione a campi elettro magnetici ed a radiazioni ottiche artificiali aggiunti ai fumi in cui la maggior parte delle particelle emesse hanno la capacità di giungere in profondità nell’apparato respiratorio rendono il processo di saldatura manuale una delle attività con il più alto profilo di rischio per l’operatore e conseguentemente meno ambite da nuove leve. Trovare un sistema per compiere una netta inversione di tendenza è stata fatta con l’introduzione della robotica nella saldatura, ormai da svariati anni.

La comparsa dei primi robot industriali avviene intorno agli anni settanta, le prime applicazioni industriali sono nel campo automobilistico, infatti i robot vengono dotati di pinze di saldatura per saldare ed assemblare le scocche delle automobili.

Il primo esempio di impiego massiccio in Italia è in Fiat, dove vengono usati diversi robot per la saldatura sulle vetture con il OpenRobogate® (COMAU) una struttura solida ad elevata ripetibilità e modularità, un’invenzione italiana adottata, in seguito, da tutte le industrie automobilistiche. Ad oggi esistono diversi costruttori di robot industriali e integratori specializzati che si occupano esclusivamente di saldatura con risultati eccellenti e indiscutibili. Questi si occupano soprattutto di supportare la produzione di serie (elevati volumi) di particolari anche complessi da realizzare.

Chiaramente la scelta per una cella robotica di saldatura e la giustificazione degli investimenti passa anche attraverso la valutazione dei lotti da realizzare e dalla qualità di saldatura che si vuole ottenere. La tendenza è sempre stata di automatizzare le parti grandi complesse che creano un significativo drenaggio di manodopera. Il settore della saldatura però è anche traboccante di applicazioni più semplici con lotti medio piccoli tipici delle aziende che compongono il nostro tessuto industriale. Con l’implementazione di sistemi per la saldatura “diversi” come quello che integra un robot collaborativo abbiamo verificato un incremento di efficienza dell’ azienda soprattutto quando l’implementazione dell’automazione avviene sulle parti più piccole e più semplici da saldare ma che coinvolgono saldatori professionisti per molto tempo.

La strategia di questi nuovi sistemi di saldatura collaborativa si fonda sulla possibilità di suddividere le operazioni tra uomo e cobot saldante. Mentre i saldatori manuali esperti si concentrano sui componenti complessi da realizzare l’automazione si occupa delle parti ripetitive più semplici.

Analizzando il processo di saldatura quando è possibile occorre suddividere le parti più grandi e complesse da realizzare in sottogruppi cercando di ottenere processi di saldatura semplificati nelle traiettorie così da garantirne l’esecuzione con una automazione conveniente.

Particolari con un design relativamente “aperto” per l’accesso della torcia, parti che non richiedono il riposizionamento, applicazioni con un tempo di arco elevato rispetto al numero di saldature, rendono la saldatura con il cobot efficace e efficiente.

I sistemi di saldatura robotizzati tradizionali sono molto performanti e il livello di automazione è necessariamente alto anche per la presenza di sistemi di singolarizzazione trasferimento e evacuazione delle parti. Questo tipo di automazione «rigida» è tipicamente progettata su misura per un particolare numero di pezzi o famiglia di pezzi. I sistemi di saldatura mediante robot industriale sono il modo più efficace per affrontare un’applicazione molto specifica. Ne sono per esempio i sistemi a doppia torcia per la saldatura di teste su gusci, i sistemi di saldatura ad arco sommerso, le saldatrici lineari per lunghe cuciture, ecc. Queste soluzioni sono principalmente orientate verso specifiche applicazioni ad alto volume e/o ad alto tempo d’arco.

Quando però si rende necessario un cambio sostanziale delle parti da lavorare occorre effettuare una riprogettazione della cella e questo potrebbe diventare una attività costosa e poco pratica. I sistemi di saldatura basati sulla robotica collaborativa invece sono contraddistinti da un livello di automazione in asservimento minimo dove il piazzamento delle parti avviene con attrezzature tipicamente manuali. Questo permette la massima flessibilità di sistema utile per i modelli di produzione attuali. Inoltre il sistema di saldatura collaborativo rimette al centro del processo di saldatura l’operatore cambiandone sostanzialmente le mansioni.

L’operatore esperto di saldatura con il cobot (Saldatore 4.0) conosce la tecnologia di saldatura, esegue il set up, prepara con attenzione le parti da lavorare, decide il processo, determina le varie fasi i modi e i tempi di saldatura, esegue il tuning della saldatrice, fa tutto quello che faceva quando saldava manualmente tranne che “saldare”.

Saldare con la torcia accesa in mano non è più necessario, questa attività con i rischi per la salute correlati è ormai compito del cobot. L’operatore evita i fumi e le radiazioni passando alla programmazione dei task di saldatura e l’impostazione delle traiettorie del cobot a saldatrice spenta.

Il primo risultato che abbiamo riscontrato da subito è stato un forte interessamento e riavvicinamento da parte soprattutto dei giovani alla saldatura. Le persone che abbiamo incontrato e coinvolto si sono mostrate ansiose di applicarsi. Provare l’emozione di vedere le proprie competenze in saldatura realizzate evitando i rischi che la tecnologia porta dentro la sua natura è stato subito un valore aggiunto. Questo aspetto di avvicinamento immediato è di rilevante importanza in quanto determinante per la possibilità di trovare nuove figure lavorative da formare anche con aspetti tecnici di difficile comprensione.

Attraverso la formazione gli aspetti tecnici possono essere trasferiti soprattutto se le persone sono desiderose di impararli. Questo entusiasmo lo abbiamo percepito a tutti i livelli aziendali dai proprietari ai loro figli, ingegneri, saldatori, operatori di macchine, capi officia, apprendisti. La ragione crediamo sia insita nella filosofia che i cobot esprimono.

I cobot sono robot industriali di nuova generazione pensati per condividere l’ambiente di lavoro con l’uomo. Questa tecnologia che mette al centro l’uomo e la sua sicurezza permette di sollevare l’operatore da compiti ripetitivi, pericolosi e logoranti rendendo le operazioni concettuali più efficaci.

Il concetto di robotica collaborativa nasce per creare rapporti sinergici fra operatori umani e robot che assumono il ruolo di collaboratori.

L’interazione uomo macchina determina nuovi sistemi per produrre che si pongono come obbiettivo l’aumento della produttività partecipando alla riduzione dei rischi per la salute sul lavoro per l’operatore e nel processo di saldatura questo viene enfatizzato.

I cobot aprono un nuovo capitolo nella storia della saldatura, forniscono ai saldatori esperti un potente assistente durante la loro routine lavorativa quotidiana.

A differenza di un robot industriale, il cobot integrato in maniera opportuna interagisce con l’operatore durante la programmazione dei task e le traiettorie di saldatura con metodo collaborativo (guida manuale). Verificato il suo lavoro di programmazione l’operatore da inizio al processo allontanandosi dalle fonti di rischio da saldatura manuale.

La costruzione leggera del cobot e la sua tecnologia di sicurezza integrata garantiscono l’interazione necessaria con gli esseri umani durante la programmazione, la distanza di separazione, durante l’esecuzione del processo, riducono al minimo i rischi per l’operatore. Questo porterà il saldatore a percepire il cobot come uno strumento di automazione naturale e necessario per il suo lavoro quotidiano.

La fenomenale facilità con cui il sistema di saldatura può essere programmato è la chiave che lo rende uno strumento eccezionale (Recordbot).

Il saldatore specializzato, ora può spostare l’attenzione su altri compiti più impegnativi e complessi. Mentre il carico e la rimozione dei pezzi dal tavolo di saldatura, così come il rilascio della sequenza di saldatura pre-programmata, possono essere effettuati da operai semi-specializzati senza effetti negativi sui risultati di saldatura.

Non dobbiamo dimenticare che il sistema di saldatura con il cobot è una aggiunta intelligente per la pianificazione della produzione che mantiene il livello di qualità costante ed eccellente.