Robotica e automazione/Cobot

Un umano interagisce con un cobot.

Un cobot è un robot concepito per interagire fisicamente con l’uomo in uno spazio di lavoro.

Questa definizione è in aperto contrasto con quelle adottate nella maggior parte dei robot industriali adottati fino al 2008, i quali erano progettati per operare in maniera autonoma o con una guida limitata e protetti da barriere.

Storia

I cobot sono il risultato di un’iniziativa del 1994 della General Motors del 1995, finalizzata a trovare un modo per rendere i robot o le attrezzature simili ai robot sicure al punto da poter collaborare con le persone.

Inizialmente i cobot erano sicuri per l’essere umano poiché non avevano alcuna forza motrice al loro interno. Questa veniva fornita direttamente dall'assistente umano. Pertanto, la funzione del cobot era consentire il controllo della movimentazione da parte del computer, re-indirizzando o guidando il carico, in modo cooperativo con il lavoratore umano. Negli anni seguenti anche i cobot furono dotati di piccole quantità di forza motrice.

La KUKA, un'azienda tedesca pionieristica nel campo della robotica industriale, ha lanciato il suo primo cobot, LBR 3, nel 2004. Questo robot leggero controllato da computer è stato il risultato di una lunga collaborazione con l’Istituto Aerospaziale tedesco.

La Universal Robots ha lanciato il suo primo cobot UR5 nel 2008. Nel 2012 ha poi lanciato il cobot UR10, seguito dal più piccolo, e con un payload minore, UR3 nel 2015 e l'ultimo della serie UR20 con capacita di carico fino a 20 kg nel 2022.

La FANUC, importante produttore di robot industriali, ha rilasciato il suo primo robot collaborativo nel 2015, il FANUC CR-35iA con un carico fino a 35 kg. Da allora FANUC ha distribuito una linea più piccola di robot collaborativi includendo il FANUC CR-4iA, il CR-7iA e la versione con il braccio lungo CR-7/L.

L'azienda ABB nel 2015 ha rilasciato YuMi, il primo robot collaborativo a doppi bracci.

Principali differenze tra cobot e un robot industriale

La differenza principale che separa entrambi i robot è che il robot industriale in senso tradizionale funziona in modo massiccio e solitamente viene mantenuto in una posizione fissa. Viceversa, il cobot è compatto e occupa poco spazio, condizioni che permettono di collocarlo facilmente in luoghi differenti. Va inoltre sottolineato come i cobot siano pensati per lavorare e interagire con gli esseri umani.

La tecnologia odiera fornisce la possibilità di programmare i cobot in modo semplice e intuitivo, così che la maggior parte degli operatori che lavorano con loro possano fornire le relative indicazioni. La programmazione dei robot tradizionali, tuttavia, dipende dal loro fornitore. Inoltre, la sicurezza è un'altra importante differenza tra i cobot e i robot industriali convenzionali. I cobot sono dotati di sensori che si arrestano automaticamente la macchina se rilevano un elemento alieno o un'ostruzione.

Inoltre, non è necessario installare barriere di sicurezza intorno ai cobot. Nel caso dei robot industriali, invece, poiché lavorano in modo massiccio e molto forte, oltre alla loro notevole massa, devono essere protetti con barriere di sicurezza che fungono da protezione per gli operatori.

Evoluzione dei cobot

Dal 1996, i robot collaborativi hanno visto una grande crescita nel settore dell'automazione industriale. Settori come l'industria automobilistica, la chimica, l'elettronica fino all'istruzione li hanno già incorporati nei loro processi grazie ai grandi vantaggi che offrono, soprattutto nel lavoro a catena e ripetitivo. Con il passare del tempo, i cobot stanno gradualmente abbandonando le loro posizioni tradizionali nel settore aeronautico e automobilistico e si stanno facendo strada nell'industria logistica e alimentare.

Quali operazioni esegue un cobot

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  Patu esce da un ascensore con un carico di libri
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  Patu nella biblioteca centrale di Helsinki Oodi.
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  Patu consegna dei libri in un ripiano libero
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  Patu lascia i libri nel ripiano

I cobot possono ripetere lo stesso movimento più e più volte con la massima precisione. Il loro grado di precisione è di $\pm 0,03~{\text{mm}}$, superiore a qualsiasi capacità umana. Sono in grado di eseguire operazioni non ergonomiche, liberando così gli operatori da rischi per la salute e sicurezza associati a posture forzate, movimenti ripetitivi, movimentazione manuale dei carichi e applicazione di forze a un determinato compito.

Per le operazioni a basso valore aggiunto, che non richiedono l'intervento umano diretto, i cobot sono lo strumento perfetto. Manterranno il loro grado di precisione e accuratezza, lasciando altre funzioni più specifiche per i lavoratori.

In figura viene mostrato Patu, un cobot che si può incontrare nella Biblioteca Centrale di Helsinki Oodi. Patu viaggia nei tre piani della biblioteca, trasporta carichi di libri da un piano all'altro, prende l'ascensore, il tutto mentre le persone affollano la biblioteca. Oltre che un bravo bibliotecario, Patu, è così diventato una delle principali attrazioni turistiche della biblioteca stessa.

Quali operazioni può fare un cobot

Nel corso della revisione e riorganizzazione degli standard rilevanti per i robot industriali, si è stata stabilita anche l’area dei robot collaborativi. La nuova norma EN ISO 10218 e la specifica ISO/TS 15066 hanno definito i requisiti di sicurezza per i robot collaborativi. In tale contesto, la definizione di robot collaborativo comprende sia gli strumenti adattati sul braccio per eseguire determinati compiti (end-effector) come gli oggetti da quest’ultimo movimentati.

Una cooperazione ravvicinata o il contatto diretto tra l’operatore e il robot può comportare l’insorgere del rischio di collisione. Di conseguenza, la valutazione del rischio eseguita dal produttore del cobot deve anche comprendere il luogo di lavoro industriale previsto. La norma EN ISO 10218 pone le basi per la valutazione del rischio, unitamente alla Direttiva Macchine, la quale indica informalmente direttive dell'Unione europea sulla sicurezza delle macchine, pubblicate a partire dal 1998 (Direttiva 98/37/CE e Direttiva 2006/42/CE, con le loro relative versioni) le quali si applicano a macchine (così come definite nelle direttive) fisse, mobili, trasportabili e di sollevamento/spostamento, a esclusione di alcune macchine indicate nelle stesse direttive.