L’avanzata dei robot nelle fabbriche sembra non conoscere sosta. Secondo i dati del World Robotics Report dell’Ifr, nel periodo compreso tra il 2013 e il 2017 è stato registrato un incremento del 114% del volume annuale delle vendite di robot. Nel solo 2017 sono stati ben 381mila i nuovi robot industriali venduti, con un aumento del 30% rispetto all’anno precedente. E secondo le stime dell’associazione, nel 2021 il numero annuale di robot forniti alle fabbriche di tutto il mondo raggiungerà le 630mila unità.
Anche in Italia i dati confermano una tendenza più che positiva, con una crescita del mercato del 19%, per un totale di 8 mila unità vendute. Grazie a questi numeri il Belpaese si attesta all’ottavo posto mondiale sia per vendite che per densità di robot.
Gli analisti non hanno dubbi: tra i fattori trainanti dello sviluppo del mercato c’è la crescente adozione del paradigma di Industria 4.0, del quale i robot sono parte fondamentale.
Comau ha sviluppato un robot dotato di una “pelle” sensibile. Sotto una schiuma protettiva sono installati dei sensori in grado di percepire l’intensità del contatto di una persona e di interagire.
Il ruolo dei robot nell’Industria 4.0
«Industria 4.0 può essere vista come la definizione e il consolidamento di trend che si erano sviluppati da decenni», spiega Alessandro Gasparetto, docente della Facoltà di Ingegneria dell'Università di Udine. «I concetti di connettività fra macchine e di linea di produzione flessibile erano già presenti all’epoca della prima robotizzazione dell’ambiente industriale, avvenuta a partire dagli anni ’70 del secolo scorso. Tuttavia, la tecnologia di quei tempi, sia nell’ambito hardware che nell’ambito software, non era a livello tale da permettere un’implementazione efficiente e diffusa di questi concetti (si pensi solo al fatto che all’epoca non esistevano le connessioni wireless). In ogni caso, nell’evoluzione dell’automazione industriale prima di Industria 4.0, i robot sono sempre stati i device che, per le loro caratteristiche intrinseche di versatilità e riprogrammabilità, potevano realizzare la connessione fisica fra parti della linea produttiva e conferire a quest’ultima una certa flessibilità».
Il professor Gasparetto è anche membro del Comitato scientifico di Sps Italia ed è stato tra i principali sostenitori della necessità di portare anche i robot all’interno della fiera di riferimento dell’Automazione e del Digitale in Italia, la cui prossima edizione si terrà dal 28 al 30 maggio a Parma e che vedrà un intero padiglione dedicato proprio ai robot e alle soluzioni meccatroniche.
«I robot sono stati in un certo senso i precursori di Industria 4.0. Ora che l’evoluzione tecnologica ha consentito lo sviluppo del paradigma Industria 4.0, i robot ne costituiscono, per così dire, il “braccio operativo”, ovvero quei device che, all’interno della Fabbrica intelligente (e quindi connessi con il resto della linea produttiva ed eventualmente con il cloud) svolgono fisicamente le operazioni connesse alla produzione stessa, oltre a costituire un veicolo di connettività fisica che si affianca alla connettività software tipica dei sistemi cyberfisici di Industria 4.0. Per questo i robot risultano essere totalmente integrati nel paradigma Industria 4.0, e la loro presenza a Sps Italia trova piena giustificazione».
Prima di industria 4.0 La robotica tradizionale era considerata un settore pienamente maturo per l’industria, sembrava impossibile ipotizzare l’avvento di innovazioni sostanzia
Una tecnologia in continuo sviluppo
La robotica “tradizionale”, cioè i robot industriali non collaborativi, prima dell’avvento di Industria 4.0 era considerata un settore pienamente maturo, nel quale sembrava impossibile ipotizzare l’avvento di innovazioni sostanziali. Le cose però stanno cambiando: Industria 4.0, con la connessa evoluzione tecnologica, a livello sia hardware che software, ha fornito nuova linfa e, per così dire, una seconda giovinezza alla robotica tradizionale, aprendole notevoli margini di miglioramento e consentendole di affrontare problemi e sfide che prima non erano nemmeno considerati.
«Le aree in cui i robot hanno dimostrato di sapersi migliorare sono diverse», spiega Gasparetto. «Intanto è migliorata l’efficienza energetica dei robot; poi sono state sviluppate nuove tecniche che consentono al robot di manipolare nuove tipologie di materiali; sono stati messi a punto nuovi sistemi di presa; sono state sviluppate nuove strutture che hanno permesso di migliorare il rapporto fra payload e peso proprio del robot, realizzando robot relativamente leggeri che sono in grado di gestire oggetti di peso rilevante; sono poi state significativamente migliorate le interfacce con l’operatore per rendere più facile e intuitiva la programmazione dei robot».
Ma ci sono ancora due punti importanti: «La piena integrabilità fra robot di produttori diversi e il miglioramento della capacità di autoadattamento del robot a condizioni che variano in tempo reale».
Un robot per ogni applicazione
Nell’industria sono presenti diverse tipologie di robot, Scara, delta, antropomorfi, ciascuna dotata di caratteristiche tali da renderla maggiormente adatta a una specifica applicazione.
«Storicamente – ricorda Gasparetto – i robot antropomorfi sono stati i primi ad apparire, sin dagli anni ’60-‘70 del secolo scorso. La loro caratteristica principale è quella di essere dotati di una catena cinematica seriale a 6 gradi di libertà, con 6 giunti rotoidali, il che conferisce loro una manipolabilità completa (con ciò intendendo la capacità di muovere l’utensile e gli oggetti manipolati in una qualsiasi posizione dello spazio di lavoro, e orientarli a piacimento). Questa loro caratteristica ha reso i robot antropomorfi protagonisti indiscussi delle linee produttive caratterizzate dall’esecuzione di task complessi (come ad esempio la verniciatura o la saldatura lungo profili irregolari), per i quali l’utilizzo di robot antropomorfi è ancora oggi imprescindibile».
Poi sono arrivati gli altri due tipi. «I robot Scara e i robot Delta sono comparsi più tardi, rispettivamente nel 1978 e nel 1992. Rispetto agli antropomorfi, si tratta di robot strutturalmente più semplici: gli Scara hanno una catena cinematica seriale a 4 gradi di libertà, il che da una parte ne limita la capacità di manipolazione, dall’altra però li rende più semplici da controllare, consentendo così l’esecuzione di operazioni ad alta velocità. Sono pertanto utilizzati in applicazioni relativamente semplici (es. assemblaggio), che non richiedono un orientamento completo del pezzo da manipolare.
Le prossime sfide: la piena integrabilità fra robot di produttori diversi e il miglioramento della capacità di auto-adattamento del robot a condizioni che variano in tempo reale
I robot Delta hanno invece una catena cinematica parallela anziché seriale, il che consente loro di avere una struttura più leggera, con conseguente aumento della velocità di esecuzione dei task, al prezzo però di una limitazione dello spazio di lavoro, oltre che della capacità di orientamento del pezzo e del carico massimo manipolabile (payload). Anch’essi sono quindi indicati per operazioni semplici (pick & place, per esempio) da eseguire ad alta velocità, in particolare su oggetti leggeri trasportati da un nastro (il che consente di superare la limitazione dello spazio di lavoro)».
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Un robot leggero di Kuka direttamente integrato in una piattaforma onnidirezionale. Il sistema di navigazione è in grado di orientarsi in sicurezza, e condividere quindi spazi e percorsi comuni con gli operatori
La robotica mobile
Un particolare tipo di robot collaborativo è il robot mobile, evoluzione dell’Agv in grado di diventare il vero pivot di una fabbrica nella quale le stazioni di lavorazione non saranno più necessariamente sequenziali.
«La robotica mobile all’interno degli ambienti di produzione non ha ancora sviluppato tutto il suo potenziale», rileva Gasparetto. «Solo negli ultimi anni, infatti, veri robot mobili si sono affiancati agli Agv che erano una presenza nelle fabbriche già da decenni. A differenza di un Agv, un robot mobile può gestire i percorsi in maniera molto più flessibile, anche se necessita di un sistema sensoristico e di controllo molto più avanzato, per poter gestire le problematiche di una navigazione realmente autonoma. Oltre alle classiche applicazioni di logistica di magazzino, i robot mobili possono avere un ruolo anche nelle aree di produzione e supply chain, con la possibilità di avere una flotta di robot mobili che collega la linea produttiva al magazzino, permettendo così di realizzare una produzione pienamente in logica “pull”. Inoltre, possono contribuire al superamento del vincolo della linea di produzione, o quantomeno al conferimento di maggiore flessibilità alla linea stessa: essi possono infatti essere utilizzati per il trasporto di pezzi, utensili o anche robot fra aree di lavoro diverse, consentendo di gestire la produzione in maniera modulare e rapidamente riconfigurabile».
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