La robotica collaborativa

Un cobot o co-robot (collaborative robot) è un robot concepito per interagire fisicamente con l’uomo in uno spazio di lavoro, contrariamente alla maggior parte dei robot industriali, progettati per operare in maniera autonoma o con una guida limitata e protetti da barriere. La tecnologia robotica dei cobot coniuga flessibilità operativa e integrativa in grado di interagire in tutta sicurezza con l’ambiente circostante e con gli operatori con cui condividono mansioni. I robot collaborativi sono robot antropomorfi con movimenti su sei assi progettati per rispettare criteri di sicurezza, flessibilità e compattezza e studiati per lavorare a stretto contatto con l’operatore anche senza barriere protettive all’intorno.

Origine e sviluppo dei cobot

I cobot vennero realizzati per la prima volta nel 1994 grazie a un’iniziativa del GM Robotics Center di General Motors finalizzata a trovare un modo per rendere i robot sicuri al punto da poter collaborare con le persone. Le loro proprietà vennero definite nel 1996 da J. Edward Colgate e Michael Peshkin, professori alla Northwestern University (Chicago). Prima di arrivare a vedere dei prodotti sul mercato si dovrà però aspettare qualche anno.

Cobotics realizzò i primi modelli di cobot nel 2002. KUKA, azienda tedesca pioniera nel campo della robotica industriale, lanciò il suo primo cobot, LBR 3, nel 2004, e perfezionò la propria tecnologia distribuendo il KUKA LBR 4 nel 2008 e il KUKA LBR nel 2013.

La danese Universal Robots nel 2008 introdusse sul mercato il suo primo modello UR5, un braccio robotico collaborativo con 5 chili di portata al polso e 850 mm di reach (raggio d’azione). A questo modello seguirono UR10 (10 chili e 1300 mm) nel 2012, UR3 (3 chili e 500 mm) nel 2015 e UR16 (16 chili e 900 mm).

FANUC, importante produttore giapponese di robot industriali, ha rilasciato il suo primo robot collaborativo nel 2015: FANUC CR-35iA con un carico fino a 35 chili. Sempre nel 2015, ABB ha rilasciato YuMi, il primo robot collaborativo con due bracci.

Da quando sono stati progettati nel 1996, i robot collaborativi hanno conosciuto una grande crescita nel settore dell’automazione industriale, con particolare riguardo all’industria automobilistica, chimica, elettronica, delle materie plastiche, logistica e alimentare, che li hanno incorporati nei loro processi grazie ai vantaggi che offrono, soprattutto nel lavoro a catena ripetitivo.

Differenze tra un cobot e un robot industriale tradizionale

I robot non sono tutti uguali. Si distinguono per dimensioni, portata, velocità, minore o maggiore flessibilità operativa e applicativa, costo, necessità o meno di barriere di sicurezza e per molte altre caratteristiche. In particolare, le differenze fra i robot tradizionali e i robot collaborativi possono essere descritte secondo le seguenti proprietà:

– Sicurezza.

– Flessibilità.

– Velocità di messa in opera.

La differenza principale tra le due classi di robot è che il robot industriale tradizionale funziona in modo massiccio e di solito viene mantenuto in una posizione fissa, mentre il cobot è leggero e compatto (tipicamente meno di 50 Kg), occupa poco spazio, può essere collocato facilmente in luoghi diversi ed è progettato per lavorare e per interagire con le persone.

La sicurezza è un’altra importante differenza tra i cobot e i robot industriali convenzionali. I cobot sono dotati di sensori che si fermano automaticamente se rilevano un elemento alieno o un’ostruzione e non richiedono l’installazione di barriere di sicurezza per la protezione degli operatori.

In un cobot è possibile impostare distanza, tempo di arresto e molte altre variabili che rendono la sua implementazione del tutto sicura anche in un’area affollata. I robot collaborativi inoltre offrono la possibilità di poter essere equipaggiati con un’ampia gamma di sensori che ne accrescono la sicurezza, come laser scanner e sistemi di visione che registrano la presenza dell’operatore controllando movimenti e tempi di reazione del cobot.

Volumi vs flessibilità

Un robot industriale tradizionale risulta performante solo su grandi volumi produttivi, poiché assicura grande velocità e ripetibilità su lotti lunghi e senza variazioni di prodotto. L’automazione cui un robot tradizionale dà origine è quindi rigida, mentre la flessibilità è la principale caratteristica che contraddistingue un robot collaborativo. Un cobot è piccolo e leggero: può quindi essere spostato agevolmente all’interno dell’unità produttiva esattamente dove serve. Inoltre, la sua versatilità lo rende applicabile in molteplici operazioni ovunque serva.

La facilità di programmazione è un’altra caratteristica che enfatizza la flessibilità dei cobot. La programmazione di un braccio robotico è molto semplice per le operazioni più elementari e diffuse.

Un cobot è soprattutto uno strumento intelligente nelle mani dell’operatore caratterizzato da una spiccata semplicità di programmazione e utilizzo, da rapidità di integrazione nella linea produttiva e dal rapido ritorno economico sull’investimento.

I cobot possono ripetere lo stesso movimento più e più volte per ore con la massima precisione e grado di ripetibilità, al di là della capacità umana. Sono in grado di eseguire operazioni non ergonomiche, liberando così gli operatori dai rischi per la salute associati a posture forzate, movimenti ripetitivi, movimentazione manuale dei carichi e applicazione di forze a un determinato compito. I cobot sono lo strumento più adatto per le operazioni a basso valore aggiunto che non richiedono l’intervento umano diretto.

Un grosso vantaggio dei cobot è che possono passare da un compito all’altro senza interruzioni, indipendentemente dal settore di applicazione, dalle dimensioni dell’azienda o dalla natura del prodotto, il che li rende ideali anche per linee di assemblaggio che lavorano su lotti piccoli e su produzioni miste.

Applicazioni dei cobot

I cobot sono in grado di automatizzare un gran numero di applicazioni. La semplicità e rapidità di programmazione, ne fanno strumenti flessibili pronti a entrare in produzione e passare da un’attività a un’altra in tempi molto rapidi. Alcune tra le applicazioni più comuni sono le seguenti:

– Pick&Place. Movimentazione di un oggetto da un’area a un’altra: precisi, sicuri, con elevatissimi standard di ripetibilità, i cobot sollevano gli operatori da operazioni ripetitive e tediose, generando al contempo efficienza e maggiore produttività.

– Asservimento macchine utensili: grazie alla programmazione semplice e intuitiva possono essere facilmente utilizzati in applicazioni di asservimento di macchine utensili come CNC o macchine per lo stampaggio.

– Manipolazione materiale: con i cobot è possibile effettuare packaging e pallettizzazione.

– Controllo qualità: la vasta gamma di opzioni come sensori e sistemi di visione 2D e 3D li rende applicabili in applicazioni come il controllo metrologico e dimensionale.

– Assemblaggio: possono essere integrati in qualsiasi applicazione di assemblaggio garantendo costantemente l’erogazione della giusta forza nella manipolazione dei componenti.

– Finitura superficiale: trovano applicazione anche su materiali delicati come il legno e su superfici curve.

– Saldatura: i cobot possono automatizzare numerosi tipi di saldatura.

Normativa

Negli standard rilevanti per i robot industriali, è stata definita anche l’area dei robot collaborativi. La nuova norma EN ISO 10218 e la specifica ISO/TS 15066 definiscono i requisiti di sicurezza per i robot collaborativi. Poiché una cooperazione ravvicinata o il contatto diretto tra l’operatore e il robot può comportare un rischio di collisione, la valutazione del rischio eseguita dal produttore del robot deve anche comprendere il luogo di lavoro industriale previsto, secondo quanto previsto dalla norma EN ISO 10218 e dalla Direttiva Macchine.

Il mercato dei robot e dei cobot

Secondo le più diffuse ricerche di mercato, il mercato globale dei robot, che nel 2021 era pari a circa 20 miliardi di dollari, raggiungerà i 32,5 miliardi nel 2025 e i 36 miliardi nel 2026, mentre i cobot raggiungeranno circa 4-5 miliardi di dollari entro il 2025 e 7-8 miliardi entro il 2026. I dati presentati a febbraio 2022 da SIRI (Associazione Italiana di Robotica e Automazione) documentano che gli ordini di robot nel mercato italiano nel 2021 hanno registrato un incremento sul 2020 pari al 50,3% per quanto riguarda robot antropomorfi e Scara (i robot a braccio che muovono oggetti sul piano orizzontale).

Riguardo alle applicazioni, gli ordini di robot hanno avuto grandi incrementi in particolare nella saldatura ad arco (+100,7%), nel material handling (+62%) e nell’asservimento macchine utensili (+ 52,6%). Nel 2022, si prevede un’ulteriore crescita sull’anno scorso di circa il 10-11%, che conferma la centralità della robotica nello sviluppo del manifatturiero italiano.