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La robotica nel contesto di Industria 4.0Paolo Rocco

Convegno: Big Data e Robotica nella fabbrica digitale connessa – Milano, 30 Novembre 2017

Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneriapaolo.rocco@polimi.it

La robotica tecnologia abilitante dell’industria 4.0

La crescita dell’Automazione in Italia (Ottobre 2017)

Sommario

La robotica industriale oggi Arrivano i robot collaborativi Problematiche di sicurezza Ricerche di robotica collaborativa al Politecnico di Milano Le sfide del futuro

Sommario

Il (tipico) robot industriale

Meccanica Intelligenza

Source: Comau Robotics

La robotica industriale oggi (o ieri?)

Convegno: Big Data e Robotica nella fabbrica digitale connessa – Milano, 30 Novembre 2017Source: OECD

Qual è lo stato di salute della robotica industriale?

Pubblicato da poco!

Un’ottima fonte di informazione

1.7 milioni di robot venduti da qui al 2020

L’industria automobilistica fa maggiore uso di robot

Forte e stabile richiesta di robot dall’industria automobilistica

Incremento nei volumi dall’industria elettronica

L’industria generica è sempre più propensa all’uso di robot

Le piccole e medie imprese useranno sempre più robot industriali

Source: KUKA

Qualche trend della robotica industriale

L’Asia è il driver principale della crescita

Nel 2016 5 mercati coprono il 74% delle furniture totali

Nel 2020 ci saranno 3 milioni di robot industriali all’opera

Worldwide operational stock of industrial robots: 1.5 million of units

Valore del mercato globale della robotica industriale: 13.1 miliardi US$

Valore del mercato globale dei sistemi robotici: 40 miliardi US$

Mercato globale della robotica industriale

Sommario

Sta cambiando qualcosa nella robotica?

Source: ABB Robotics

Se vincoliamo completamente la nostra mano, il braccio ha ancora un movimento

Il nostro braccio ha sette giunti!

Diamo un’occhiata al nostro braccio…

I robot a 7 assi (ridondanti) oggi sono disponibili

E sono disponibili anche robot a doppio braccio

Source: Fanuc Robotics

Robotica collaborativa

Uomini e robot che collaborano allo stesso compito

Non sono necessarie barriere di protezione

Costi ridotti, ridotto ingombro

Source: KUKA

Robotica collaborativa (1/4)

Manipolatori ridondanti, a doppio braccio, caratterizzati da bassa inerzia e basso carico (rischio ridotto in caso di impatto)

Comunque dotati di buona precisione Buon potenziale per l’assemblaggio di

piccole parti

Source: ABB

Nuove interfacce di programmazione Diminuzione del tempo di installazione Notevole potenziale per le PMI

Source: Universal Robots

Disponibili anche robot di grandi dimensioni in versione collaborativa

Dotati di «pelli» sensibili Alti carichi trasportabili

Source: Fanuc Robotics

Source: Comau Robotics

Source: A.M. Zanchettin

Robotica collaborativa, produttività e flessibilità

Source: ABB Corporate Research

Assemblaggi collaborativi

I robot sono componenti chiave nell’industria 4.0

Strumento di elezione per l’automazione flessibile

Nella versione collaborativa sono gli strumenti ideali per l’agile manufacturing

Source: Bosch

Robotica e industria 4.0

Robot e agile manufacturing Programmazione intuitiva, nessuna formazione

specialistica richiesta Facilità di riconfigurazione dell’impianto Capacità di riconoscere il contesto, possibilità di

rispondere dinamicamente alle variazioni di condizioni operative

L’uomo partecipa ai processi di produzione, nelle fasi a più alto valore aggiunto

Adeguatezza e accettabilità ergonomica dell’ambiente di lavoro

Robot che lavorano allo stesso compito si connettono tra tutte le installazioni globali in modo che le prestazioni possano essere confrontate e migliorate

Produzione auto-ottimizzata Robot che si auto-programmano

I robot scaricano autonomamente ciò che serve per avviarsi dal cloud e quindi cominciano a ottimizzare tramite auto-apprendimento

Source: IFR

Dai robot ai cobot

Sommario

Source: All Safety Matters

Sicurezza

Questo robot è sicuro Ma non è collaborativo Come si può garantire la

sicurezza e consentire la collaborazione?

Sicurezza

Source: A.M. Zanchettin

Norme di sicurezza per la robotica

Operazione collaborativa ISO 10218-1:2011, sezione 3.4 Stato nel quale robot appositamente

progettati lavorano in cooperazione diretta con l’uomo in uno spazio definito

Spazio di lavoro collaborativo ISO 10218-1:2011, sezione 3.5 Spazio di lavoro all’interno dell’area

sorvegliata dove uomo e robot possono compiere dei task simultaneamente durante la produzione

Norme di sicurezza: alcune definizioni

Operazioni collaborative consentite

Safety rated monitored stop

Hand guidingSpeed and separation

monitoring

Power and force limiting by inherent design or control

Il robot è semplicemente un componente di un Sistema finale di robotica collaborative e di per sé non è sufficiente per una operazione collaborativa sicura.

Le applicazioni di robotica collaborativa sono dinamiche e devono essere precedute da una valutazione del rischio realizzata durante il progetto dell’applicazione.

Robot come elementi in una stazione collaborativa

Sommario

Il laboratorio MERLIN

Generazione di un moto del robot bio ispirato

Test di accettabilità su volontari Chiara correlazione tra naturalezza

del moto del robot e minore stress indotto nell’uomo

Ergonomia nella collaborazione uomo-robot

L’uomo viene inquadrato da telecamere 3D

Il robot porge all’uomo l’oggetto nella posizione ergonomicamente più favorevole

Buona accettazione da parte dei volontari

Ergonomia nella collaborazione uomo-robot

Predizione dei movimenti dell’operatore

Applicazione: ispezione, cambio formato Predizione delle zone occupatedall’operatore

Predizione dell’intenzione dell’operatore

p = 0.90

p = 0.10

Predizione dell’intenzionedell’operatore (labelling)

Applicazione: assemblaggio collaborativo

Predizione dell’intenzione dell’operatore

Applicazione: assemblaggio collaborativo Predizione di patterndi attività

assemble

Risultati conseguiti

Benefici: riduzione cycle time del 20%, flusso continuo dei materiali (no idle time),diminuzione del lead time (storage più contenuti).

Nuova azienda spin off

Smart Robots: dalla ricerca all’impresa

Sistema di percezione avanzatoSmart Robots combina le capacità percettive e direasoning in un singolo oggetto consentendo dimappare in tempo reale l’area di lavoro.

Human-Robot InteractionCondivisione efficiente dell’area di lavoro. SmartRobots riconosce le persone e calcola in real-timetraiettorie alternative per evitare contatti emantenere l’efficienza del processo produttivo.

Ottimizzazione in tempo realeDecisione in tempo reale quale operazioneeffettuare in base a posizionamento e azioni dellapersona nell’area di lavoro.

Comandi GestualiOperatore può decidere in tempo reale cheoperazione (o sequenza di operazioni) assegnare alrobot comandandolo tramite gesti o decidere diarrestare il movimento.

Smart Robots ha sviluppato un dispositivo smart che permette una gestione ottimale degli spazi in cui operatori umani e robot lavorano fianco a fianco.

Smart Robots: dalla ricerca all’impresa

Exhibitions participation

Funding Round Completed

Smart Robots selected for the MISE 5G Experimental Project

Jan-March 2017

Mar-Jun 2017

Sept - Dec 2017

Prototypes realization

Smart Robots Market Tests in production plants

2018 on market!

May 2017

Sept 2017

Sommario

Le sfide del futuro

Quali sono i temi su cui la ricerca sulla robotica collaborativa per la smart factory dovrà concentrarsi nel futuro?

Sicurezza

La sicurezza è elemento imprescindibile nella collaborazione uomo-robot.

Servono: Nuovi sensori per rendere sicuri anche robot non nati

per la collaboratività Metodologie per la valutazione del rischio

nell’installazione di un’applicazione collaborativa

Prestazioni

I robot collaborativi devono garantire livelli di prestazione paragonabili a quelli dei tradizionali robot industriali.

Servono: Metodologie di progettazione meccanica dei

robot che coniughino leggerezza con precisione

Metodologie di controllo che suppliscano alla ridotta rigidità meccanica del dispositivo

Standardizzazione delle interfacce

Occorrono interfacce sempre più standardizzate.

Facilità d’uso Possibilità d’uso per utenti inesperti Possibilità di fare benchmarking tra varie

soluzioni di robotica collaborativa

Adattamento all’uomo

Se il robot sarà nel futuro il vero compagno di lavoro dell’uomo, dovrà riconoscerne le intenzioni e adattarsi per quanto possibile ai suoi comportamenti.

Occorreranno: Algoritmi di interpretazione e predizione delle

azioni dell’uomo Tecniche di machine learning per l’elaborazione

dei dati

Operazioni realmente collaborative

Oggi i robot collaborativi operano spesso per proprio conto, semplicemente condividendo lo spazio di lavoro con l’uomo. Occorre evolvere verso operazioni realmente collaborative.

Serviranno: Algoritmi di scheduling delle operazioni del robot

adattabili online alla disponibilità di risorse e al comportamento dell’uomo

Adattabilità del robot alle differenti capacità dei diversi operatori umani

Socievolezza ed ergonomia

Oltre alla sicurezza fisica dell’operatore, vanno garantiti gli aspetti ergonomici della stazione di lavoro.

In particolare: Deve essere garantito il benessere fisico e quindi

il robot deve aiutare l’operatore, porgendo oggetti in posizioni ergonomicamente favorevoli

Il moto del robot non deve indurre stress psico-fisico sull’uomo

Robotica collaborativa per l’industria del futuro

I robot collaborativi sono già disponibili sul mercato

Le applicazioni sono molteplici e rilevanti Il quadro normativo relativo alla sicurezza

è ormai ben definito Esistono ingenti finanziamenti pubblici alla

ricerca e innovazione sulla robotica

La rivoluzione della robotica collaborativa è già in corso

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