La presa pneumatica protagonista della robotica collaborativa

Lo sviluppo degli organi di presa, a seconda delle esigenze e dell’inventiva dei progettisti, porta a proposte di architetture anche molto diverse tra loro.

L’ambito di presa, movimentazione e immagazzinamento è fortemente vocato ad una gestione adatta a un approccio di Industria 5.0. Quest’ultima persegue lo sviluppo di una società in cui è protagonista la cooperazione intelligente di macchine e operatori umani: protagonisti sono i cobot e le applicazioni software intelligenti dette BOT. I cobot, secondo lo schema di Figura 1, sono robot collaborativi capaci di interagire con gli esseri umani in realtà lavorative condivise. L’operatore è protagonista della differenziazione e personalizzazione del prodotto, mentre i volumi di produzione sono incrementati e garantiti dai cobot. I BOT, con l’intelligenza artificiale, sono in grado di agire per un utente o per un altro programma con una interazione collaborativa.

La nobilitazione dell’azione dell’operatore umano nella produzione e il suo valore nella definizione di qualità e personalizzazione del prodotto collocano il ruolo dell’operatore umano in una posizione fondamentale dello schema Industria 5.0. 

Si individuano cinque obiettivi cardine dell’Industria 5.0:
1- Produzione personalizzata in cui l’Industria 5.0 guiderà la creazione di prodotti personalizzati adattati alle esigenze individuali.
2- Distribuzione di cobot: per la personalizzazione del prodotto sono necessari robot collaborativi, detti cobot, interagenti col lavoro umano; essi saranno responsabili della produzione del prodotto.
3- Potenziamento umano: i compiti meccanici, pericolosi e di routine saranno delegati ai cobot e ai BOT, con al centro l’intelligenza artificiale. Pertanto, gli esseri umani contribuiranno con la propria intelligenza ed esperienza a svolgere compiti specifici, anche coinvolgendo i consumatori e clienti.
4- Velocità e qualità: sarà snellita la catena di produzione industriale, che avrà una qualità superiore con un intervento umano fondamentale interagendo con i cobot.
5- Rispettoperl’ambiente:il miglioramento tecnologico e le organizzazioni consentono lo sviluppo di sistemi di produzione basati su energie “rinnovabili” e con riduzione di impatto sull’ambiente per emissioni e rifiuti.

Come in un ambito esteso di gestione e produzione, anche nelle fasi di presa e movimentazione di risorse e prodotti, l’impostazione dell’Industria 5.0 ha caratteristiche guida: l’approccio all’organizzazione è umanocentrica; le macchine e i robot diventano collaborativi (cobot); nascono nuove criticità. Si ha necessariamente la nascita di nuove figure professionali altamente qualificate, come quella del chief robotics officer (CRO) referente della robotica generale e collaborativa in azienda.

Nell’industria collaborativa operatore e robot si integrano, ciascuno con le proprie abilità e competenze, per un lavoro condiviso tra umani e cobot dotati di intelligenza artificiale e chiamati all’interazione con gli operatori umani. Questa nuova realtà vede la nascita di nuove criticità connesse alla coesistenza di cobot ed operatori, alla sicurezza informatica, alla necessità di ridondare i sistemi di difesa fisica e di protezione dei dati. I processi e le strategie di presa, rilascio e imballaggio sono al centro delle strategie di gestione dinamica di scorte e magazzini. Raccolta e imballaggio, anche detti “picking” e “packing”, sono il cuore di processi dinamici, sempre più in tempo reale, guidati dalle esigenze gestionali di scorte e magazzini. La gestione e la movimentazione controllata di prodotti e sistemi in quantità diverse per numerosità e dimensioni, ordinate in un magazzino controllato, permette di minimizzare costi e tempi di gestione e movimentazione, massimizzando l’efficienza della disponibilità di prodotti, sistemi e sottosistemi. Presa, movimentazione e imballaggio, “picking” e “copacking”, appunto, sono azioni proprie della gestione di risorse di magazzino, aspetto strategico per numerosi ambienti industriali, distribuzione e gestione di prodotti e servizi, con implicazioni fondamentali anche in ambito commerciale.

Movimentazione e logistica coinvolgono e richiamano gli sviluppi più avanzati della robotica, per completare l’automazione di processi sui segmenti del “picking” e del “copacking”. La robotica risponde alle esigenze di questi settori con soluzioni a elevate velocità di esecuzione ciclo, precisione ed efficienza. La movimentazione e la presa robotizzate interagiscono con i flussi del sistema magazzino: merci, prodotti e sistemi sono di continuo soggetti a flusso entrante ed uscente diventando un elemento temporale, cioè presente per il tempo necessario alla gestione attiva, rappresentata da movimentazione, immagazzinamento, consolidamento, e passiva, che si riferisce ad immagazzinamento statico in attesa di una fase attiva. In questi ambiti, la distinzione, più accademica che operativa, fra robotica e automazione, diviene meno definita, ma non per questo le due strategie non possono collaborare appieno sul campo. Questo è tanto più vero quanto più ci si ponga in un ambito di innovazione e di Industria 5.0. Questo ambito, in forte e promettente ascesa, è quello che viene definito come industria collaborativa: un modello di impresa caratterizzato da collaborazione tra macchine ed operatori umani, con il fine di generare valore aggiunto alla produzione di prodotti personalizzati caratterizzati dalle esigenze dei consumatori. In questa realtà l’efficienza è un obiettivo generale, che viene perseguito utilizzando sinergia e contaminazione di tecnologie diverse e complementari.

Un flusso di magazzino può avere diversi livelli di complessità: un flusso di magazzino può essere classificato come semplice, medio o complesso, ciascuno di questi tipi ha architettura e diagrammi di flusso diversi. Il grado di complessità del flusso del magazzino e della relativa movimentazione è funzione degli oggetti da movimentare, delle esigenze logistiche, della mole di merce gestita. Si usa classificare i flussi di magazzino in semplici, medi e complessi, come in Figura 2. Nel caso di flusso semplice si movimentano le unità di carico senza una loro elaborazione, così come arrivate: le merci entrano nel magazzino, vengono immagazzinate, consolidate e rimesse in circolo. Un flusso più articolato, definito come medio, prevede operazioni di “picking” semplice o articolate, utilizzando generalmente pallet completi soggetti a fasi di ricevimento, movimentazione a un magazzino generale da cui si ha uno smistamento direttamente alla spedizione o ad una fase di consolidamento. Per flusso complesso, infine, si intende quello realizzato da impianti con aree di movimentazione intermedie che impongono più interventi operativi e flussi complessi dotati di diramazioni. La crescente complessità dei flussi è una necessità che porta con sé un maggior costo, che va a sommarsi al costo complessivo del processo elaborato nel magazzino: un maggiore frazionamento delle unità di carico porta costi maggiori. Le fasi di “picking” sono quelle che costano di più: infatti oltre la metà del costo complessivo è rappresentato dal costo di queste fasi.

La presa protagonista della movimentazione intelligente

Gli organi di presa possono essere organizzati secondo alcune categorie:
• gli organi di tipo “impactive”, dove una forza è direttamente applicate all’oggetto in presa secondo due o più direzioni;
• gli organi di tipo “ingressive”, quando la presa è realizzata con l’inserimento dell’organo di presa all’interno dell’oggetto;
• gli organi di tipo “astrictive”, per i quali forze o campi di tipo attrattivo vincolano l’oggetto realizzando la presa;
• gli organi di tipo “congiuntive”, quando il sostegno dell’oggetto si realizza con una forza unidirezionale sviluppata a valle di un contatto diretto non impattivo.

Nel caso di organi di tipo “impactive” la realizzazione si manifesta come pinze, mani, morse; con organi “ingressive” si hanno due sottotipi, ossia intrusivo, come aghi, perni, chiodi e non intrusive, cioè ganci e velcro. Per gli “astrictive” si possono distinguere tipi ad aspirazione, Con magneto-adesione ed elettro-adesione. Infine con il tipo “congiuntive” si distinguono i sottotipi termici con congelamento e fusione; i chimici, adesivi Permatack e a fluido con azione capillare e tensione superficiale.

Lo sviluppo degli organi di presa, a seconda delle esigenze e dell’inventiva dei progettisti, porta a proposte di architetture anche molto diverse tra loro. Molti organi di presa robotizzati condividono le stesse linee guida di progetto, per realizzare funzioni comuni nella presa di oggetti. Dal punto di vista cinematico, tra le mani articolate, si trovano mani ad accostamento parallelo o angolare. Le pinze ad accostamento parallelo accostano le dita all’oggetto secondo una data direzione, traslando ed evitando rotazioni rispetto all’oggetto stesso, a prescindere dal numero di dita. Le pinze ad accostamento angolare, invece, dotate comunque di due o tre dita, ruotano le dita accostandosi all’oggetto. La rotazione, come anche la traslazione, avviene rispetto al palmo o corpo pinza, sfruttando meccanismi spesso attuati ad aria compressa. Questo tipo di attuazione, infatti, possiede un controllo intrinseco della forza di afferraggio, essendo questa limitata dal livello di pressione dell’aria compressa. Sviluppando linee guida come quelle citate, che possono essere applicate a una strategia di presa generale, anziché riferirsi ad un progetto mirato e specifico della pinza, ci si può riferire ad una grande famiglia di oggetti in presa.

Al fine di consentire facilità di sostituzione di parti, riduzione di costi, grazie all’utilizzo di elementi prodotti in grande serie, rapidità di progettazione e assemblaggio, realizzazione di celle robotizzate, secondo schemi diversi in tempi brevi, i progettisti di mani di presa utilizzano un approccio basato su componenti disponibili a catalogo in modo modulare. Questo tipo di filosofia progettuale deve comunque considerare che le mani devono conformarsi all’oggetto, con funzioni di adattamento e centraggio, cosa complessa nel caso di oggetti di forma geometrica e caratteristiche meccaniche non note a priori. A causa di questo, spesso, il progettista sceglie forme generiche per le parti delle mani come elementi allungati e piastre, eventualmente dotate di risalti o incavi o dita con forma curva per interagire con l’oggetto, realizzando una presa sicura. In Figura 3 sono rappresentati schemi di mani con dita ad accostamento angolare (a, b, c) e ad accostamento parallelo (d). Nella stessa figura, si vedono due pinze a due dita ad accostamento angolare (e) e ad accostamento parallelo (f) della OMAS S.r.l. di Alpignano (TO). I meccanismi sono spesso azionati da cilindri pneumatici a semplice effetto, per la fase di rilascio si utilizza un elemento di ritorno elastico. Le mani ad accostamento angolare utilizzano leve con all’estremità l’elemento di contatto con l’oggetto. Le mani ad accostamento parallelo si basano spesso su schemi a quadrilatero articolato o utilizzano cremagliere, come si vede negli schemi di Figura 3. L’uso di mani ad accostamento parallelo permette di afferrare oggetti e di rilasciarli con un movimento molto ridotto delle dita. Questo tipo di mani è adatto, ad esempio, ad operazioni di confezionamento per l’introduzione di oggetti entro imballi.

 

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Source: Stampi
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