Cosa si intende per automazione industriale?
Con il termine automazione industriale definiamo l’uso di tecnologie e sistemi di controllo per la gestione intelligente dei macchinari industriali e delle linee di produzione. Quindi l’utilizzo di macchine fisiche e sistemi di controllo per automatizzare le attività all’interno di un processo industriale.
Macchine per l’automazione industriale e impianti robotizzati per processi di automazione industriale, dove partire.
La robotica industriale è una branca dell’automazione industriale applicabile in molti dei processi industriali ripetitivi, pericolosi e a basso valore come: sbavatura, smerigliatura, marcatura, molatura, asservimento, assemblamento, ecc.
Un robot invece è una macchina multifunzione programmabile e riprogrammabile, autonoma o semi autonoma, capace di svolgere una serie di task in sostituzione o al fianco di un addetto ad un ritmo costante e frenetico. Un robot, o meglio un sistema robotico, è quindi un sistema complesso che può essere rappresentato come una serie di sottosistemi interconnessi tra loro.
Il sistema meccanico (coincide con l’apparato di manipolazione e locomozione), il sistema di attuazione (i muscoli del robot) che permette la manipolazione o locomozione, il sistema sensoriale capace di acquisire dati sullo stato interno del sistema meccanico e sullo stato esterno dell’ambiente e il sistema di controllo con capacità di connettere percezione e azione in modo intelligente.
Nella robotica industriale il sistema di controllo risiede nell’unità di controllo che attraverso un dispositivo di interfaccia uomo-macchina permette la programmazione. Il braccio del robot è costituito da una serie di corpi rigidi interconnessi da articolazioni meccaniche (i giunti), in fondo al braccio c’è l’organo terminale che si chiama end-effector montato sopra la flangia. All’end-effector possono essere montati una pinza (gripper) oppure uno strumento di lavoro (tool).
L’articolazione meccanica tra i due link può essere realizzata mediante due tipi di giunti prismatici o rotoidali che ne determinano i gradi di libertà. Ogni giunto conferisce un singolo grado di libertà.
Il concetto di grado di libertà è fondamentale nella robotica industriale poiché il compito che può essere eseguito da un manipolatore è strettamente legato al numero di gradi di libertà.
La maggior parte dei robot industriali presenta 6 giunti e 6 link per poter essere performante in ogni tipologia di situazione.
Lo spazio di lavoro (workspace), infine, rappresenta quella porzione di ambiente accessibile dall’end-effector del manipolatore.
Quali robot scegliere?
Nell’automazione industriale e robotica il tipo e la sequenza dei gradi di libertà permettono di individuare delle strutture meccaniche ricorrenti per i manipolatori robotici industriali. Le tipologie di robot industriale sono differenti:
Robot cartesiani
Con solo tre punti prismatici permettono il posizionamento ma non l’orientamento di un oggetto con molta precisione.
Robot SCARA
Con due giunti rotoidali e un giunto prismatico ha una rigidezza variabile e solitamente è utilizzato per l’assemblaggio verticale.
Robot antropomorfi
Con sei giunti rotoidali è il più utilizzato in ambito di manipolatori robotici industriali.
Robot Delta
I robot Delta eseguono movimenti di ordinamento e pick & place a velocità e frequenze elevate, di centinaia di parti al minuto.
Robot collaborativi: leggeri, ultraleggeri e a doppio braccio
Ridondanza cinematica e sicurezza intrinseca della struttura meccanica nei confronti di un operatore sono le due caratteristiche dei manipolatori robotici collaborativi. Adatta all’esecuzione di operazioni di assemblaggio. Sono stati concepiti per interagire in modo sicuro con un operatore. Questa interazione può avvenire attraverso modalità indirette (comando vocale, gestualità, espressione facciale) o dirette (interazione fisica, o physical Human-Robot Interaction, pHRI). In questa interazione, essere umano e robot condividono lo spazio di lavoro fino a giungere al contatto diretto l’uno con l’altro.
AMR (Industrial Mobile Robot, IMR)
Robot industriali che hanno una base semovente che permette al robot di spostarsi liberamente nell’ambiente in cui deve operare.
La robotica industriale
La robotizzazione dei processi è una strategia di automazione, che applica tecnologie che consentono gestione e controllo del processo, standardizzando le lavorazioni e ottenendo aumenti di produzione, costi inferiori e maggiore affidabilità e controllo.
Le applicazioni sono differenti. I robot industriali possono essere impiegati sia in sistemi di automazione rigida (produzione in serie con caratteristiche costanti), sia in sistemi di automazione flessibile (prodotti variabili): robotizzazione industriale.
I vantaggi che ne derivano sono molteplici in base a dove e quando i robot sono stati impiegati all’interno del processo produttivo (smerigliatura, sbavatura, lucidatura, taglio, molatura, asservimento, ecc.):
aumento della produttività: grazie all’utilizzo costante e instancabile dell’automazione e robotica industriali si accorciano i tempi di produzione e si evitano sviste ed errori. Questo permette di ottimizzare i costi, la reddittività e la qualità di produzione;
sicurezza dell’ambiente di lavoro: lo spostamento di oggetti o materiale particolarmente pesante o tossico può essere affidato ai robot e ai processi automatizzati per evitare il contatto, per esempio, tra componenti elettriche e materiali dannosi;
competitività aumentata: l’utilizzo di robot porta ad una significativa riduzione dei costi di produzione e una maggiore efficienza che permettono di avere un vantaggio competitivo importante da utilizzare in un mercato sempre più competitivo dove la concorrenza dei mercati con costi del lavoro contenuti vince;
aumento del valore del capitale umano: lo spostamento del personale ad attività di maggior valore aggiunto permette anche la possibilità di reimpiego in posizioni differenti di maggior controllo. Le persone potranno sfruttare l’occasione di riformulare le proprie competenze richieste ai lavoratori. L’acquisizione di nuove competenze permette ai dipendenti di accedere a ruoli più gratificanti e ad alto valore aggiunto e allo stesso tempo questo processo di reskilling migliora la forza lavoro dell’azienda e consolida la propria posizione di competitività sul mercato.
Sistemi di automazione robotici per l’industria
Con l’avvento dell’industria 4.0, i robot industriali possono lavorare quasi del tutto in maniera autonoma, usando sistemi di machine learning per diventare sempre più prestazionali e in grado di prendere decisioni in maniera indipendente. Si parla di smart manufacturing, un approccio avanzato con la perfetta integrazione tra il mondo fisico e quello digitale.
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La robotica nel manifatturiero
In tutto il globo prosegue la diffusione della robotica nel settore industriale e secondo il rapporto “World Robotics 2023” di Ifr non è mai stata così alta e soprattutto nell’ambito del manufatturiero.
L’Unione Europea è la porzione di mondo con la maggiore densità di robot. Di fatto 208 unità ogni 10 mila dipendenti. Paesi come Germania, Svezia e Svizzera si collocano nella top ten mondiale dei Paesi per automazione industriale robotica.
Per quanto riguarda invece il nostro Paese, l’Italia è il secondo mercato europeo dei robot dopo la Germania. Nel 2022 è stato installato un massimo storico di quasi 12mila unità (+10%). Si tratta di una quota del 16% delle installazioni totali dell’UE.
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