La distinzione che definisce la differenza tra robot collaborativi e robot industriali tradizionali è l’interazione diretta con i lavoratori umani. L’utilizzo di questa interazione consente alle organizzazioni, almeno in teoria, di sfruttare i punti di forza e la resistenza dei cobot con la conoscenza tacita e le agili capacità decisionali degli esseri umani. In questo modo le applicazioni collaborative beneficiano dei vantaggi cruciali che sia gli esseri umani che i robot hanno. I cobot possono svolgere compiti ripetitivi e monotoni, ma i lavoratori umani gestiscono ancora meglio i compiti imprevisti e non pianificati rispetto ai loro collaboratori automatizzati.
In un certo senso, gli esseri umani rimangono la risorsa più flessibile del sistema. Sfruttando i vantaggi eterogenei, la collaborazione uomo-robot può essere una soluzione superiore ai processi puramente robotizzati. Questo è stato dimostrato anche in contesti di ricerca sperimentale e i modi in cui gli operatori umani e i cobot interagiscono possono essere definiti come modelli o scenari di collaborazione.
Ogni scenario coinvolge almeno un operatore umano e un cobot che condividono lo stesso spazio di lavoro per eseguire un processo di produzione. In letteratura esistono diverse definizioni che distinguono la collaborazione dalla cooperazione o dall’interazione. I cobot di cooperazione lavorano con le persone passo dopo passo per un obiettivo comune, mentre i cobot in piena collaboratività lavorano con le persone mano nella mano su un compito comune. Con una definizione più generale che corrisponde alla definizione dei produttori di cobot, qualsiasi robot che opera a fianco di un essere umano senza recinzione può essere caratterizzato come un robot collaborativo anche se non è costruito appositamente per la collaborazione.
Si definiscono quattro distinti scenari collaborativi:
Indipende
Un operatore umano e un cobot lavorano su pezzi separati, in modo indipendente, e con processi di produzione individuali. L’elemento collaborativo è rappresentato dallo spazio di lavoro condiviso senza gabbie o recinzioni.
Simultaneo
Un operatore umano e un cobot lavorano su processi di produzione separati sullo stesso pezzo nello stesso momento. Operare contemporaneamente sullo stesso pezzo riduce al minimo il tempo di transito, migliora la produttività e l’utilizzo dello spazio, ma come modello specifico non c’è dipendenza di tempo o di compiti tra l’uomo e il cobot.
Sequenziale
Un operatore umano e un cobot eseguono processi di produzione sequenziali sullo stesso pezzo. Qui, ci sono dipendenze temporali tra i processi dell’operatore e del cobot; spesso al cobot vengono assegnati i processi più noiosi, che possono anche migliorare le condizioni di lavoro dell’operatore che detta i tempi dell’automazione.
Di supporto
Un operatore umano e un cobot lavorano sullo stesso processo sullo stesso pezzo in modo interattivo. Qui, ci possono essere delle dipendenze complete tra l’operatore umano e il cobot, poiché uno non può eseguire il compito senza l’altro.
Allo stato attuale, la maggior parte degli esempi di cobot impiegati in contesti industriali sono legati agli scenari di collaborazione “indipendente” o “simultanea”. La maggior parte dei progetti di ricerca più avanzati, che mirano a creare un nuovo terreno, possono essere classificati come ricerca di scenari di collaborazione ‘sequenziali’ o ‘di supporto’. Questi scenari richiedono sistemi e soluzioni più sofisticate. Come grado di interdipendenza e collaborazione, i cobots devono comprendere l’obiettivo del compito e delle azioni dei loro collaboratori umani. Allo stesso modo, la forza lavoro umana deve essere in grado di comunicare con il cobot in modo intuitivo e facilitato.
Come dimostrato, la collaborazione si inserisce anche all’interno di nuovi paradigmi di produzione con una maggiore personalizzazione e lotti di dimensioni più piccole. Sotto molti aspetti, i cobots sono meglio equipaggiati per partecipare ad un progetto di ‘Industria 4.0’ rispetto ai tradizionali robot industriali. Le tendenze tecnologiche si concentrano sulla semplificazione della programmazione, dell’istruzione e dell’uso dei cobots per massimizzare i benefici, oltre a dotare le nuove generazioni di cobots di capacità sempre più complesse di comprensione, intelligenza e previsione.
Quali sono gli step per valutare la collaborazione HRI?
Suddividere il processo manuale in sotto processi
Valutare le attività attuali pensando all‘automazione con il cobot partendo dalla risorsa disponibile: l’operatore. Nota: elencare le operazioni a basso valore riconosciuto; rilevare i rischi di insorgenza dei disturbi muscolo-scheletrici; rilevare le operazioni ad alto “carico mentale”; identificare preservando le competenze importanti degli operatori.
Valutare l’opportunità di far eseguire le fasi di produzione da un cobot
Valutare le attività che può svolgere il cobot non solo in base alle capacità di carico al polso e raggiungibilità. Tenere in considerazione il potenziale trasferimento di energia. Quando i cobot condividono lo spazio con gli operatori umani, la loro energia cinetica deve essere mantenuta al di sotto dei livelli di potenziale pericolo, il che significa, tra le altre cose, limitare velocità e massa trasportata. In genere, le applicazioni collaborative implicano una velocità inferiore a 250 mm/s. Questo valore deve essere utilizzato per valutare se il cobot è giusto per quella determinata applicazione oppure no, tenendo conto dei limiti biomeccanici dell’operatore (ISO TS15066).
Simulare
Verificare tutti gli aspetti tecnici del Cobot attraverso software di simulazione, raggiungibilità, punti singolari, traiettorie, compresi i possibili utilizzi da parte dell’operatore nell’ uso corretto e nell’uso scorretto ragionevolmente prevedibile del sistema Cobot.
Sviluppare il layout
Lo sviluppo del layout è uno step fondamentale per stabilire la fattibilità attraverso il quale è possibile da subito affrontare la pianificazione della sicurezza e ridurre al minimo i rischi legati ai contatti non previsti dal processo di produzione.
Valutare i rischi
Gli standard di sicurezza sono fondamentali per i robot collaborativi, poiché ne consentono l‘uso sicuro e senza barriere fra gli esseri umani. Tuttavia, i cobot sono solo uno degli elementi che compongono un sistema robotizzato, situazioni di rischio interessano anche l’organo di presa (EOAT) e i prodotti movimentati. Pertanto, è necessario eseguire una valutazione dei rischi per l‘applicazione collaborativa nel suo complesso. Questo doppio passaggio pianificazione della sicurezza e valutazione del rischio aiuta a ottenere il massimo dai robot collaborativi.
Valutare i tempi di ciclo
Cambia il concetto di tempo ciclo, i cobot danno vita a un circolo virtuoso in tutto il sistema produttivo e offrono vantaggi immediati come: minori costi energetici; produzione più costante; riduzione degli errori e conseguente risparmio di risorse preziose; mantenimento di elevanti standard di qualità; riduzione dei costi post-vendita; prevenzione di incidenti e infortuni tra gli addetti. Detto questo occorre valutare il tempo ciclo considerando i benefici dell’impiego della robotica collaborativa e non solo della singola applicazione.
Conclusioni
Ruoli migliori per i lavoratori umani. Il cobot non è progettato per sostituire la forza lavoro umana, ma per assumere compiti faticosi o pericolosi. Di conseguenza, gli operatori possono usare la loro creatività per passare a progetti più complessi. Per esempio, quando i cobot si occupano di piccoli compiti ripetitivi di assemblaggio, gli operatori possono passare a incarichi più articolati che richiedono l’ingegnosità umana. Molto spesso questi lavori includono operazioni logistiche per esempio prelevare e assicurare nuovi componenti di assemblaggio all’area di lavoro del cobot. La portata del braccio del cobot è una delle limitazioni e può essere facilmente compensata dalla cooperazione con l’operatore. La forza lavoro sgravata da compiti svolti dal cobot è ora in grado di concentrarsi sulla gestione di molte più macchine, in più compiti con variati in tutta la fabbrica. La collaborazione uomo macchina presenta anche la prospettiva di migliorare la sicurezza e la soddisfazione sul posto di lavoro, consentendo allo stesso tempo ruoli di soddisfazione per i lavoratori umani e nuovi stimoli per la crescita dei posti di lavoro.