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.Industry 4.0

Robotica industriale: cos'è, come funziona e ambiti applicativi

Lo sviluppo dell’Industria 4.0 ha favorito lo sviluppo di conoscenza e la diffusione della robotica industriale anche presso le aziende di minori dimensioni. In effetti, con l’ampio sviluppo tecnologico al quale si assiste giorno dopo giorno, i sistemi di automazione all’avanguardia stanno conquistando consensi sia per aumentare l’efficienza nella produzione sia per sviluppare nuovi percorsi di business.

Nel settore industriale in particolare, i robot meccanici sembrano aver raggiunto un’importanza estremamente rilevante. In alcuni casi, può essere difficile, se non addirittura impossibile, immaginare di svolgere lavori senza aver bisogno dell’aiuto di robot industriali.

Ma cos’è un robot industriale e cosa si intende per robotica industriale?

Dal momento che queste materie sono fondamentali come appena detto, occorre fare una panoramica generale sull’argomento. In questo modo, si potrà comprendere chiaramente e senza alcun dubbio quali sono i vantaggi della robotica industriale oggi e quali potranno essere gli sviluppi futuri che aiutino l’umanità a progredire ulteriormente nel settore industriale.

Cos’è la robotica industriale, e cosa si intende per robot industriali

In primo luogo, occorre comprendere cosa si intende per robotica industriale. Difatti, questo aspetto è il punto cardine dell’intero argomento e se lo si riesce a capire allora si sarà compiuto un grosso passo in avanti per affrontare la panoramica.

La robotica industriale è un settore sviluppato negli ultimi anni, che vede l’utilizzo di sistemi automatici come parte integrante del lavoro industriale. Nella robotica industriale, un sistema di automazione dunque, sostituisce un uomo nella catena di montaggio, compiendo sempre lo stesso lavoro ad un ritmo costante e frenetico.

Tutti gli strumenti meccanici progettati per compiere un determinato lavoro in autonomia rientrano a far parte della robotica industriale. Il sistema automatico nella fattispecie viene chiamato robot.

Cos’è un robot (tutte le definizioni)

A questo punto occorre comprendere cosa si intende per robot. Ebbene, in questo caso non esiste una sola definizione per rispondere a questa domanda. Nel caso della robotica industriale, la definizione di robot può assumere ben 3 significati diversi. Ecco quali sono:

– RIA (Robotic Institute of America)

Questa è la definizione più comune ed accettata da coloro che sono esperti nel settore della robotica industriale. In questo caso, si afferma che un robot è uno strumento multi-funzione riprogrammabile, realizzato con il preciso scopo di spostare, aggiungere, rimuovere oggetti come materiali, parti ed attrezzi attraverso movimenti che vengono programmati anteriormente.

Inoltre, una volta sul luogo di lavoro, il robot può acquisire dati dall’ambiente esterno ed elaborarli riesce a sviluppare un’intelligenza artificiale, comportandosi di conseguenza per ottimizzare il proprio lavoro.

– Definizione semplice

La definizione semplice è quella più amata dagli esperti pragmatici che vogliono programmare macchine perfette capace di compiere il lavoro ad alta velocità senza alcun difetto. Tale definizione asserisce che un robot rappresenta una speciale connessione intelligente tra percezione ed azione.

– ISO 8373

Esiste poi un’altra definizione che risale all’ISO 8373, che generalmente rappresenta il vocabolario per la materia di robotica industriale e dei robot implementati in questo settore. La definizione in questione afferma che un robot è un sistema con controllo automatico, riprogrammabile e multi-funzione, che può essere sia fisso a terra sia mobile, di tre o più assi ed il suo scopo è quello di essere utilizzato per operazioni di automazione industriale.

Da tutte le definizioni analizzate, è possibile comprendere che un robot è molto più di un semplice strumento meccanico. Si tratta di un prodotto che possiede una propria struttura connessa, composta a sua volta da altre sotto-connessione che gli permettono di eseguire il lavoro e le azioni programmate in precedenza. Il robot svolge in modo egregio il task che gli viene assegnato, ma allo stesso tempo può modificare il modo di lavorare in modo ancora più efficiente, acquisendo una sorta di intelligenza che gli permette di elaborare una grande quantità di dati esterni.

Le componenti di un sistema robotico

Le strutture meccaniche di un robot possono variare a seconda del sistema automatico che si prende in considerazione. Tuttavia, ci sono alcuni punti comuni o componenti che rappresentano le linee guida in un certo senso di una generica struttura meccanica.

In primo luogo, esiste la catena cinematica di un robot, conosciuta anche in modo comune come braccio. Questo componente a sua volta è costituito da una serie di corpi rigidi, identificati con il nome inglese di link, interconnessi da una serie di giunti meccanici chiamati con il nome di Joint.

In ogni caso occorre considerare che un’estremità della catena del robot risulta essere sempre fissata a terra. Al termine dell’ultimo corpo rigido si trova un altro componente, l’organo terminale, altrimenti conosciuto con il nome inglese di End Effector. Su quest’organo meccanico può essere collegato una pinza oppure un generico strumento adatto per far compiere al robot l’azione che si necessita. Il nome della pinza in inglese risulta essere Gripper, mentre quando si trova un qualsiasi altro strumento l’appellativo da utilizzare è Tool.

Controllo del moto nella robotica

Per riuscire a donare mobilità al robot e permettere a quest’ultimo di compiere una svariate serie di movimenti, occorre montare la giusta tipologia di Joint. I giunti disponibili possono essere di due tipologie differenti: rotoidali oppure prismatico.

Nel caso dei giunti rotoidali, il controllo del moto avviene attraverso un’azione rotativa e relazionale. In questo caso, il robot avrà una buona libertà per compiere movimenti che gli permettano di svolgere il suo lavoro al meglio, senza complicanze di alcun genere.

Nel caso invece dei giunti prismatici, si ottiene un moto traslazionale tra due parti meccaniche. Sotto questo punto di vista, i movimenti tra due o più componenti del robot sono interconnessi ed il sistema di automazione sarà in grado di muoversi seguendo precisi comandi schematici.

Le strutture meccaniche di un robot più comuni

Attualmente sul mercato e nel settore industriali sono presenti robot che presentano delle strutture meccaniche riconosciute e comuni. Per quanto riguarda le strutture meccaniche standard per così dire, si possono trovare:

– Robot di tipologia Cartesiana

un robot cartesiano risulta essere realmente particolare. Generalmente questi robot vengono utilizzati perché riescono a posizionare con estrema precisione di oggetti. Spesso vengono utilizzati con oggetti che devono essere maneggiati con estrema cura. I robot cartesiani sono caratterizzati da un’estrema rigidezza, dovuta alla propria struttura meccanica. Questi sistemi vengono realizzati servendosi di tre giunti prismatici. Inoltre, robot del genere non permettono di orientare un oggetto.

– Robot Antropomorfo

questi robot adottano una geometria di tipo antropomorfa, che riproduce in modo grezzo il corpo umano. In effetti, attraverso l’utilizzo di tre giunti rotoidali, i robot antropomorfi tentano di riprodurre quelli che sono i comuni movimenti del braccio umano. Non a caso, il secondo giunto in questi speciali robot viene chiamato spalla, mentre il terzo viene riconosciuto come gomito. I robot antropomorfi sono i sistemi principali che vengono utilizzati come manipolatori nella robotica industriale.

– Robot SCARA

infine, esistono robot che utilizzano la cosiddetta geometria SCARA. Il nome di questi robot è un acronimo inglese che può essere tradotto in italiano come braccio robotico a cedevolezza ristrettiva. Come si può intuire dal nome, la particolarità di questa tipologia di robot sta nel fatto che possono modificare la rigidezza con la quale devono operare. Nel caso di carichi pesanti, la rigidezza diventa estremamente elevata, mentre quando si tratta di carichi leggeri il valore rigido si riduce ai minimi termini. Questa particolare caratteristica risulta essere l’ideale per aiutare i robot a svolgere compiti di assemblaggio verticale.

Quali sono i tipi di robot disponibili?

Ci sono poi diverse tipologie di robot disponibili nel campo della robotica industriale. Solitamente occorre considerare che esistono robot di primo livello, robot di secondo livello e robot di terzo livello. Nel contesto, le differenze tra queste tre tipologie sono:

1. Robot di primo livello

Un robot industriale di primo livello è programmato per svolgere e riprodurre fedelmente l’incarico che gli è stato assegnato. Attraverso uno specifico software al loro interno, il robot opera seguendo parametri pre-impostati inerenti alla velocità, la direzione, la distanza e l’accelerazione, compiendo naturalmente dei movimenti coordinati.

2. Robot di secondo livello

Si definiscono robot di secondo livello quelli che possiedono un sistema interno flessibile, capace di adattarsi al meglio nelle diverse situazioni lavorative. Ad esempio, in questa categoria rientrano i sistemi automatici che possiedono visione artificiale. Attraverso questa particolarità, la struttura meccanica capisce come pianificare la traiettoria di un robot per adattarla alla forma dell’oggetto ed alle sue dimensioni.

3. Robot di terzo livello

I robot di terzo livello sono provvisti di reti neurali. Grazie a queste incredibili componenti, i robot sono capaci di prendere delle decisioni in totale autonomia. Attualmente, questa tipologia di robot non è impiegata nel settore della robotica industriale, ma sono in sviluppo prototipi che potrebbero modificare il futuro del settore.

Qual è il futuro per l’uomo in relazione alla robotica industriale?

Con la robotica industriale nello smart manufacturing la fabbrica del futuro è sempre più una realtà. Già nel presente si assiste ad un meraviglioso rapporto, mentre il robot industriale collabora con l’uomo alla perfezione.

Nei prossimi anni si potrà assistere ad una incredibile evoluzione sotto questo punto di vista. Occorre comprendere che per adesso l’interazione uomo-macchina è ancora minimo.

Tuttavia, con l’eventuale utilizzo di robot di terzo livello nella robotica industriale, l’interazione tra uomo e macchina potrebbe elevarsi in modo esponenziale.

Con l’aiuto di macchine in grado di prendere decisioni in autonomia potrebbero essere ridotti tempi morti ed improduttivi sul luogo di lavoro. Sperando comunque che il futuro possa essere migliore e non si possa trasformare in un’oscura distopia immaginata decine di anni fa da grandi letterari di fantascienza come Asimov oppure Dick.

 

Immagine fornita da Shutterstock

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