{"id":15496,"date":"2019-11-12T03:01:32","date_gmt":"2019-11-12T02:01:32","guid":{"rendered":"https:\/\/cfdfeaservice.it\/index.php\/2019\/11\/12\/robot-collaborativi-e-operatori-ce-spazio-per-tutti\/"},"modified":"2019-11-12T03:01:32","modified_gmt":"2019-11-12T02:01:32","slug":"robot-collaborativi-e-operatori-ce-spazio-per-tutti","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/test.cfdfeaservice.it\/index.php\/2019\/11\/12\/robot-collaborativi-e-operatori-ce-spazio-per-tutti\/","title":{"rendered":"Robot collaborativi e operatori: c\u2019\u00e8 spazio per tutti"},"content":{"rendered":"
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Riceviamo e pubblichiamo un approfondimento dell\u2019ingegnere Stefano Vinto di R+W<\/a> dedicato ai robot collaborativi e alla loro interazioni con le persone. <\/em><\/p>\n

Gli incentivi contenuti nel piano Industria 4.0 aiutano gli investimenti in tecnologie e in particolare il segmento dei robot collaborativi, che cresce in Europa e ancor pi\u00f9 in Italia: produzione e export di robot made in Italy sono in aumento cos\u00ec come l\u2019utilizzo di queste soluzioni hi-tech nelle nostre industrie. Un aspetto interessante riguarda la loro diffusione sempre pi\u00f9 capillare: oltre che presso le grandi industre, i robot collaborativi prendono piede anche nelle piccole e medie imprese, cosa che permette di guardare con ottimismo anche al futuro per questo segmento.<\/p>\n

Si evolve il rapporto fra persone e macchinari<\/strong><\/p>\n

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Gruppo giunti BK di R+W.<\/figcaption><\/figure>\n

La crescente diffusione dei robot collaborativi porta a un\u2019evoluzione della loro interazione con le persone, con nuove norme per garantire una copresenza in sicurezza. Fino ad ora, i robot industriali sono stati concepiti come dispositivi veloci e robusti, che operano su specifici compiti per i quali sono stati progettati. Il loro funzionamento avveniva dietro strutture di protezione fisse (gabbie), con opportuni sistemi di sicurezza a sensori per prevenire l\u2019intrusione accidentale dell\u2019operatore nel loro spazio di lavoro. L\u2019introduzione dei robot collaborativi (cobot) ha determinato l\u2019eliminazione delle strutture di protezione fisse; essi vengono cos\u00ec progettati per lavorare con gli operatori.<\/p>\n

Il sistema robotico collaborativo industriale: normativa e definizioni<\/strong><\/p>\n

La norma ISO\/TS 15066:2016 (Robots and robotic devices \u2013 Collaborative robots) integra i requisiti e le linee guida sul funzionamento dei robot industriali collaborativi fornite nella norme ISO 10218-1:2011 (Robots and robotic devices \u2013 Safety requirements for industrial robots \u2013 Part 1: Robots) e ISO 10218-2:2011 (Robots and robotic devices \u2013\u00a0 Safety requirements for industrial robots \u2013 Part 2: Robot systems and integration). Tale norma specifica i requisiti di sicurezza per i sistemi robotici industriali collaborativi e per lo spazio di lavoro (workspace). \u00a0Tali spazi di lavoro sono rappresentati schematicamente nell\u2019immagine 1<\/strong>.<\/p>\n

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Rappresentazione schematica degli spazi di lavoro in un sistema robotico collaborativo.<\/figcaption><\/figure>\n

Lo spazio di lavoro collaborativo deve essere concepito in modo tale che l\u2019operatore possa eseguire tutte le operazioni predefinite. Il posizionamento dei macchinari e delle attrezzature non dovrebbe introdurre alcun rischio aggiuntivo per la sicurezza. Nello spazio di lavoro collaborativo vengono applicate rigorose limitazioni sulla velocit\u00e0, sulla delimitazione degli spazi e sulla misurazione delle coppie, al fine di garantire la sicurezza dell\u2019operatore. Al di fuori dello spazio di lavoro collaborativo, il robot pu\u00f2 funzionare come un robot industriale tradizionale senza alcuna particolare limitazione, se non quelle legate alle particolari operazioni da svolgere. Con il termine operatore si comprendono tutti i componenti del personale che vengono in contatto con il sistema robotico, non soltanto gli addetti alla produzione. Tale termine comprende quindi il personale dedito alla manutenzione, alla riparazione, al settaggio, alle pulizie e alla produzione.<\/p>\n

La progettazione di un sistema robotico collaborativo<\/strong><\/p>\n

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Giunti EK di R+W.<\/figcaption><\/figure>\n

La progettazione dei robot collaborativi si sta diversificando sempre di pi\u00f9 da quella dei robot industriali tradizionali (pesanti, rigidi e poco flessibili), per orientarsi verso dispositivi leggeri con capacit\u00e0 di adattamento attivo, di adattamento passivo o di entrambi. L\u2019impiego di leghe metalliche leggere ad alta resistenza o dei materiali compositi, per la realizzazione dei componenti di tali robot, contribuisce all\u2019ottenimento di bassi valori dell\u2019inerzia di spostamento, il che successivamente influisce sul consumo energetico dei motori compresi nella catena cinematica. I manipolatori robotici di serie possono essere equipaggiati con motori dal rapporto potenza\/coppia elevato, con rotismi ad alto rapporto di trasmissione in ciascuna articolazione o possono avere motori posizionati alla base mentre la potenza meccanica viene trasferita tramite tendini robotici. Si tenga presente che per tendine robotico si intende un attuatore lineare basato su una molla, la cui rigidezza risulta determinante nell\u2019impiego ottimale di un robot realizzato con materiali leggeri. Se il rapporto di trasmissione \u00e8 piccolo, il sistema \u00e8 intrinsecamente azionabile all\u2019inverso. L\u2019impiego di attuatori intrinsecamente flessibili, rende possibile la progettazione di robot biomimetici, poich\u00e9 gli stessi attuatori imitano le funzionalit\u00e0 dei muscoli umani ed animali. Gli attuatori possono avere un\u2019impedenza meccanica prefissata, controllata in maniera attiva, come un attuatore elastico in serie (series elastic actuator, SEA) o l\u2019impedenza pu\u00f2 essere regolata variando i parametri di un giunto meccanico, come nell\u2019attuatore a rigidezza variabile (variable stiffness actuator, VSA). Si ricorda che si definisce impedenza meccanica la misura dell\u2019attitudine di uno schema strutturale a mettersi in vibrazione a seguito dell\u2019applicazione di un sistema di forze; la misura puntuale dell\u2019impedenza meccanica \u00e8 pari al rapporto tra la forza applicata e la velocit\u00e0 risultante nel punto considerato. L\u2019immagine 2<\/strong> mostra una rappresentazione schematica dei due tipi di attuatori. Le principali caratteristiche di un robot collaborativo vengono cos\u00ec mostrate nell\u2019immagine 3<\/strong>.<\/p>\n

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Immagine 2: Rappresentazione schematica degli attuatori SEA e VSA.<\/figcaption><\/figure>\n
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Immagine 3: Caratteristiche di un robot collaborativo.<\/figcaption><\/figure>\n

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Al fine di assicurare un alto livello di sicurezza, il sistema robotico deve essere dotato di diversi sensori destinati al monitoraggio dello stato di un robot e del suo spazio di lavoro. I robot possono cos\u00ec essere dotati di sensori di coppia alle articolazioni, di sensori di forza e coppia ai dispositivi di estremit\u00e0 e di diversi sensori tattili usati come un rivestimento morbido o un guscio rigido per il robot. Tutti questi sensori consentono al robot di rilevare il contatto con l\u2019operatore o di evitare gli urti anticipandoli e rispondendo in maniera opportuna. Alcuni robot impiegano degli encoder ridondanti in ciascuna articolazione, al fine di sostituirsi ai costosi misuratori di coppia; la forza pu\u00f2 cos\u00ec essere ricavata dalla corrente passante nel motore e dalla posizione dell\u2019articolazione. I sistemi robotici possono essere dotati di altri sensori di sicurezza come, ad esempio, le videocamere di sicurezza, gli scanner laser, i sensori laser, i tappeti di sicurezza ed altri tipi di sensori elettrici di protezione, al fine di rilevare la presenza dell\u2019operatore nello spazio d\u2019azione del robot. Le informazioni rilevate da questi dispositivi, possono essere quindi usate per prevenire all\u2019operatore il ferimento dalle interazioni accidentali con il robot stesso. I sensori incorporati possono essere impiegati per un controllo in sicurezza del robot. Lo scopo principale \u00e8 la gestione del contatto fisico tra il meccanismo e lo spazio circostante. Uno degli schemi di controllo maggiormente impiegati si basa sul controllo dell\u2019impedenza meccanica, risolvendo in pratica un problema di dinamica inversa, ovvero ottenendo le forze e le coppie di attuazione dei movimenti sulla base delle informazioni rilevate dai sensori in termini di accelerazione. Alla luce delle precedenti osservazioni, l\u2019obiettivo dei robot collaborativi \u00e8 quello di combinare gli aspetti pi\u00f9 vantaggiosi della robotica con le migliori abilit\u00e0 dell\u2019operatore; ad esempio, la precisione del robot, la sua potenza e la sua resistenza combinate con l\u2019abilit\u00e0 tipica dell\u2019operatore nella risoluzione di problemi con bassi livelli di precisione. Quando i robot e gli operatori stanno collaborando nello stesso spazio di lavoro, sar\u00e0 cos\u00ec permesso il contatto tra gli stessi. Nel caso in cui si verifichi un contatto accidentale,\u00a0 lo stesso non dovr\u00e0 causare ferite o indolenzimenti.<\/p>\n

Il funzionamento collaborativo<\/strong><\/p>\n

Il funzionamento collaborativo non \u00e8 definito soltanto dall\u2019impiego di un robot collaborativo in s\u00e9, ma viene individuato anche dalla particolare attivit\u00e0 da svolgere, da ci\u00f2 che sta eseguendo il sistema robotico e dallo spazio in cui l\u2019attivit\u00e0 viene svolta. Il funzionamento collaborativo viene definito da ciascuna delle seguenti tecniche principali o da una combinazione delle stesse:<\/p>\n