Direttore Responsabile: Maria Teresa Della Mura
Cobot - robot collaborativi, sono robot collaborativi, progettati per condividere lo spazio di lavoro con gli umani senza barriere protettive intorno. Non si sostituiscono ma supportano gli operatori, interagendo in modo funzionale nell'esercizio di un compito: la collaborazione deriva dal loro utilizzo, oltre che dalle loro proprietà. Non sorprende che per alcuni sia più corretto definire le applicazioni come macchine robotiche collaborative e non vere e proprie.
I cobot non hanno sembianze umane ma imitano le capacità umane di movimento e percezione: non sono quindi robot umanoidi, ma antropomorfi.
Spesso sono configurati come uno o due bracci robotici con almeno sei gradi di libertà, cioè in grado di eseguire movimenti su sei assi perpendicolari: tre di traslazione (avanti-indietro, su-giù, sinistra-destra) e tre di rotazione. Per ogni asse sono presenti degli snodi speciali, in particolare snodi sferici, così da poter ruotare il braccio di 360°, con maggiore flessibilità e precisione. Ogni asse è comandato da un motoriduttore, o da un riduttore di velocità.
Il cobot è l'insieme del “braccio”, dell'Unità di Controllo e del Terminale di Programmazione.
Cobot - Racer5 Comau - www.comau.com
Un braccio cobot è costituito da una base, fissata e ancorata alla piastra di base o piastra di fissaggio: un cobot può essere installato a pavimento, a parete, su un piano inclinato, a soffitto ma sempre su una struttura di supporto tra la base -piatto e il piano. Ci sono anche modelli "da tavolo". All'interno della piastra di base sono presenti i connettori di segnale (encoder, motori, freni) e il connettore Ethernet per la gestione dei dati che sale lungo tutta la struttura meccanica. Sopra la piastra di base, le parti del cobot sono chiamate: colonna, braccio, avambraccio, corpo del polso, flangia, polso/testa. Il polso/testa può essere personalizzato con le diverse soluzioni EOAT - End-Of-Arm-Tooling, ovvero gli strumenti che compongono gli organi di presa del cobot, a partire dalle pinze, le "pinze".
I connettori all'interno della piastra base, talvolta posizionati anche all'interno del corpo del polso, sono collegati tramite appositi fili alla Control Unit, una "unità di elaborazione" esterna che monitora e gestisce il movimento degli assi tramite appositi motori ed un encoder . ovvero un codificatore ad alta risoluzione. La Centrale si interfaccia sia con il “braccio” che con il Terminale di Programmazione dal quale ha ricevuto le istruzioni.
Istruzioni che non vengono date prima dell'inserimento in linea di produzione, ma sulla base dei movimenti e delle operazioni svolte dall'operatore umano: il cobot le memorizza e le replica grazie ai sistemi di visione ed elaborazione dei dati provenienti dalle diverse tipologie di sensori , imparando sul campo. A seconda dei compiti assegnati, i cobot possono apprendere diversi movimenti e compiti e possono essere riprogrammati.
Concepiti a metà degli anni '90, i cobot sono sul mercato dai primi anni 2000: secondo Interact Analysis, azienda specializzata in ricerche di mercato per l'automazione industriale, la robotica collaborativa crescerà tra il 15 e il 20% nel 2021, contro il 9,2% dell'intero settore della robotica industriale, e manterrà il passo fino al 2028. Tra i principali produttori di cobot: ABB, Aubo Robotics, Automata, Comau, Doosan Robotics, FANUC, Franka Emika, Kuka AG, Precise Automation, Productive Robotics, Techman Robot, Universal Robot e Yaskawa Motoman.
I cobot sono regolamentati dalla specifica tecnica ISO/TS 15006: espressamente dedicata alla sicurezza per i robot industriali collaborativi e per l'ambiente di lavoro, integra le indicazioni delle norme ISO 10218-1 e 10218-2, finalizzate alla sicurezza per i robot industriali, e li armonizza alla luce della Direttiva Macchine 2006/42/CE. Norme che forniscono linee guida per la progettazione, le misure di protezione e le informazioni di utilizzo dei robot, a cui si aggiunge la norma ISO 13849-1, che dettaglia l'analisi del rischio funzionale di una macchina e stabilisce i livelli di prestazione (Performance Level) per il funzione di sicurezza e protezione dell'operatore.
Su tutti i robot industriali le norme prevedono sistemi di controllo della velocità e di arresto di emergenza. Per i cobot sono stati individuati: il Safety-rated Monitored Stop, ovvero lo stop del robot in presenza dell'operatore; Guida a mano, dotata di arresto di emergenza, dispositivo di attivazione, riduzione della velocità e movimento; il Monitoraggio della Posizione e della Velocità (Monitoraggio Velocità e Separazione), con il mantenimento di una distanza di separazione definita dall'operatore con relativa eventuale riduzione della velocità; Limitazione di potenza e forza sia in fase di progettazione che attraverso un sistema di controllo che valuta la soglia di pressione sui corpi esposti al pericolo di contatto.
Funzioni garantite da sistemi di visione, incorporati nel braccio o nell'area di lavoro, sistemi anticollisione e pellicole sensorizzate che percepiscono la prossimità.
Alcuni tipi particolari di AGV - Veicoli a Guida Automatica possono essere considerati anche cobot, veicoli a guida automatizzata, utilizzati come carrelli nella logistica: le soluzioni più avanzate comprendono, ad esempio, una testa rotante che emette periodicamente un raggio laser. Il raggio colpisce i riflettori disposti nell'area di lavoro e consente al cobot non solo di orientarsi e muoversi "libero" ma anche di rilevare eventuali ostacoli fissi o in movimento. Altri sistemi di localizzazione dei cobot AGV sono: GPS; il sistema inerziale basato su transponder inseriti nel pavimento dell'area di lavoro e giroscopi montati sul carrello; guida visiva basata sulla visione artificiale.
In tutti questi casi, infatti, l'AGV collabora con l'operatore umano: lo segue nel ritiro dei colli da caricare, “capisce” quando è stato raggiunto il livello di pieno carico, avvia autonomamente la fase successiva trasportando i colli. dove necessario. Tra i principali produttori di AGV: Bito, Indeva, Omron, SwissLog. Tra i principali distributori: Alumotion.
I cobot, a differenza dei robot industriali tradizionali, sono progettati per condividere lo spazio con gli umani. Pertanto, non hanno i costi di progettazione, messa in servizio, manutenzione, definizione di piani di sicurezza e installazione di celle operative per robot.
Progettati per carichi di lavoro inferiori, sono soggetti a minore usura, anche per il funzionamento in ambienti non ostili, grazie alla contemporanea presenza di operatori.
I cobot hanno una capacità di carico da 0,5 a 110 chilogrammi, pesano da 2 a oltre 1000 chili con un'estensione del braccio da 50 cm a quasi 3 metri. In generale sono più leggeri e compatti dei robot: occupano meno spazio e sono più flessibili, perché facilmente riprogrammabili, anche dai dipendenti dell'azienda. Sono quindi particolarmente indicati per produzioni medio-piccole con frequenti variazioni della lunghezza del lotto e dell'impasto.
La particolarità del cobot è la capacità di svolgere una sequenza di diverse attività con elevata precisione, per poi passare da un compito all'altro senza interruzioni. Ma, come il robot, può essere utilizzato anche per una singola operazione ripetitiva grazie a asservimento macchina, asservimento macchina, applicabile a numerose tipologie di macchine industriali, dalle macchine CNC - Controllo Numerico Computerizzato, oa controllo numerico, alle piegatrici. e le macchine utilizzate nei processi di pressofusione.
Anche in questo caso non necessita di protezioni di sicurezza e barriere perimetrali perché è in grado di arrestare/ridurre velocità e movimento in presenza dell'operatore.
Il cobot è altamente personalizzabile in base alle esigenze: sulla sua “testa” possono essere montati vari strumenti, a seconda dell'attività richiesta.
I cobot sono utilizzati principalmente nel settore manifatturiero, logistico e medico.
Nell'industria manifatturiera, i cobot automatizzano le operazioni di assemblaggio di precisione: avvitamento, saldatura, inserimento/posizionamento di parti. Ad esempio, mentre l'operatore tiene il prodotto, il cobot avvita le viti, come un "assistente". I cobot vengono utilizzati nelle attività di lucidatura/verniciatura, perché lucidano anche superfici irregolari, incollaggio e dosaggio, perché dosano con precisione l'esatta quantità di materiale necessaria, riducendo gli sprechi.
Pertanto, possono essere utilizzati anche nella farcitura di biscotti in uno stabilimento che produce dolciumi.
I sistemi di visione di cui è dotato il cobot lo rendono un valido supporto per il controllo qualità, con il rilevamento di componenti difettosi e non conformi prima del confezionamento. Gli stessi sistemi di visione consentono di automatizzare gran parte delle attività di prelievo e posizionamento del materiale.
Una parte importante delle applicazioni cobot riguarda l'asservimento macchine: il cobot collega e controlla la maggior parte delle macchine industriali, con relativo miglioramento dell'efficienza e della qualità delle prestazioni. Tra questi, è particolarmente diffuso l'asservimento macchine di macchine CNC, a controllo numerico, utilizzate nello stampaggio ad iniezione: i cobot gestiscono gli stampi ad iniezione per la prototipazione e le piccole produzioni con la precisione e la cadenza richieste.
I cobot nella logistica sono utilizzati sia sotto forma di bracci robotici che di AGV. I primi principalmente per il confezionamento e il picking, ovvero la rimozione dei singoli pezzi dalle scaffalature per comporre l'ordine da spedire: i cobot analizzano i parametri dei prodotti e decidono il modo migliore per impilarli sui pallet. Il risultato è una pallettizzazione di precisione che riduce costi e cicli di lavorazione. Questi ultimi, invece, vengono utilizzati per automatizzare la movimentazione dei materiali nelle fasi di carico/scarico. Ad esempio, nell'industria farmaceutica, le compresse, chiuse in blister, vengono spesso inserite in confezioni e confezionate da cobot, con un basso rischio di contaminazione.
In ambito medico i cobot vengono utilizzati nella cartografia preoperatoria e per indagini diagnostiche come particolari tipologie di endoscopia indolore e colonscopia. Possono essere utilizzati in microchirurgia o chirurgia minimamente invasiva, con il chirurgo che opera seduto a una console e utilizzando comandi manuali che azionano i bracci robotici.
I cobot sollevano gli operatori da compiti meccanici e ripetitivi, migliorando le loro capacità, recuperando efficienza nelle prestazioni e riducendo i rischi per la salute dovuti al sovraccarico da attività faticose. I cobot possono essere riprogrammati e riposizionati, con relativa ottimizzazione degli spazi in termini di flessibilità. Limitano la possibilità di errore e la possibilità di produrre fuori standard di qualità, riducendo i costi di rilavorazione. Migliorano la produttività, perché consentono di aumentare i volumi e ridurre i tempi.
Nel dicembre 2012 Daimler, l'azienda automobilistica proprietaria del marchio Mercedes-Benz, ha firmato un accordo per lo sviluppo di cobot da utilizzare sulle linee di produzione per attività di previsione.
A settembre 2013 presso lo stabilimento americano di Spartanburg, il BMW Group ha installato quattro cobot utili nella fase di montaggio delle portiere delle auto, quindi nella sigillatura che isola l'abitacolo da infiltrazioni d'acqua e rumori esterni: viene posata la pellicola con il cordoncino adesivo in posizione e leggermente premuta dagli operatori ma non è più fissata con il rullo manuale, ma dalle teste a rulli sui bracci robotici, che svolgono il compito ad alta intensità con la massima precisione. Il lavoratore è esonerato dall'assumere posizioni scomode e di usura, oltre che dal trasporto di attrezzi pesanti.
Cobot BMW Spartanburg - Cartella stampa
Nello stabilimento di Dingolfing, in Germania, nell'assemblaggio degli assali anteriori vengono invece utilizzati i cobot, con parti fino a 5,5 chilogrammi da avvitare con precisione millimetrica: operazioni che, grazie alla collaborazione uomo-macchina, avvengono in meno di 30 secondi . Un processo che ha portato il Gruppo, nel febbraio 2020, a siglare un accordo quadro per la fornitura di 3.500 robot per le nuove linee di produzione, tra cui cobot per linee di assemblaggio con movimentazione di pezzi pesanti come pneumatici o parti di carrozzeria. .
Maserati, parte del gruppo automobilistico Stellantis, utilizza cobot per la lucidatura e per l'inserimento automatico della batteria nelle auto. Bosch Siemens Hausgeräte, azienda tedesca di elettrodomestici, utilizza da anni i cobot per la fase di avvitamento degli attacchi della lavastoviglie: se il componente non è bilanciato, il cobot riequilibra il telaio prima di effettuare l'operazione.
Gentofte Hospital, l'ospedale dell'Università di Copenhagen a Gentofte, ha integrato due cobot in due diverse fasi del processo di catalogazione dei campioni di sangue prelevati: il primo cobot preleva la provetta, e, in base al codice a barre univoco e secondo il colore del berretto, lo mette nella rastrelliera; il secondo prende il rack e invia tutte le provette per l'analisi. Un sistema che gestisce 3000 campioni di sangue al giorno, quindi 7-8 provette al minuto, con risultati diagnostici entro un'ora dalla ricezione del campione.
I cobot sono caratterizzati dalla facilità di programmazione. I cobot possono essere programmati sia tramite un touch screen tablet (terminale di programmazione), quindi utilizzando le funzioni di trascinamento della selezione, sia spostando manualmente il braccio robotico in un percorso ideale verso i punti, chiamati waypoint.
La prima modalità utilizza le funzioni drag-and-drop sul touchscreen; la seconda modalità, denominata free drive, tramite waypoint registra le coordinate del movimento che verranno utilizzate dal cobot per ripeterlo.
I sensori sul cobot consentono di percepire anche i movimenti più impercettibili e di riprogrammare la macchina ogni volta che è necessario.
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