di Nicola Penna ♦ A seguire il primo apparecchio industriale collaborativo a due bracci, la multinazionale svizzero-svedese presenta un nuovo modello a un braccio, di ingombro ridotto, funzionale a impieghi estesi dal settore dell’elettronica a quello dell’orologeria
Il palcoscenico prescelto è quello della International Robotics Exhibition (iREX) 2017 di Tokio. Qui ABB presenterà in anteprima il nuovo robot collaborativo a un braccio che verrà lanciato ufficialmente nel 2018. Come indica la definizione stessa, i robot collaborativi sono progettati per lavorare fianco a fianco con gli esseri umani, aumentando la produttività e favorendo la transizione alla personalizzazione di massa.
Come il predecessore YuMi®, introdotto nel 2015 per l’assemblaggio e manipolazione di piccoli pezzi, il nuovo robot ha una portata di 500 grammi e, grazie alla sua compattezza, può essere facilmente integrato in linee di montaggio esistenti, aumentandone la produttività. Può essere programmato con la metodologia “lead-through”, cioè mostrandogli direttamente i movimenti che deve compiere, senza quindi richiedere competenze specifiche da parte degli operatori.
«Il successo di YuMi® è andato oltre le aspettative. Originariamente è stato progettato per l’assemblaggio di piccoli pezzi, ma si è dimostrato incredibilmente versatile: può preparare il sushi, risolvere il cubo di Rubik, impacchettare regali e dirigere un’orchestra (vedi Industria Italiana). Ci aspettiamo un’accoglienza altrettanto entusiastica per il nuovo modello a un braccio, soprattutto perché è stato sviluppato su richiesta dei clienti,» ha dichiarato Sami Atiya, Presidente della divisione Robotics and Motion di ABB.
«Stiamo ampliando costantemente la nostra famiglia di robot collaborativi,» dice Per Vegard Nerseth, Managing Director, ABB Robotics. «L’ultimo modello è molto atteso dalla fabbrica del futuro, che consentirà ai nostri clienti di crescere e prosperare nell’era della personalizzazione di massa. Grazie alla combinazione di questo robot con le nostre soluzioni digitali ABB Ability™, i nostri clienti potranno raggiungere nuovi livelli di efficienza e affidabilità nelle loro fabbriche.”»
Su misura per la fabbrica del futuro
Secondo ABB, uno dei caratteri distintivi della fabbrica del futuro sarà il modo in cui i dispositivi intelligenti come robot e unità per controllare i sistemi e i servizi cloud si legheranno ai processi produttivi. La produzione si sta spostando dal fare grandi quantità dello stesso prodotto in un lungo periodo, a fare lotti più piccoli, con più varietà, in cicli più brevi. La flessibilità sarà l’unico modo per tenere il passo con il mercato e con le esigenze manifatturiere, già normalmente gravate dalle usuali pressioni sui costi e sulla produttività.
Man mano che i processi di produzione diventano più complessi e dispersi, le soluzioni di automazione tradizionali diventano troppo rigide o semplicemente non riescono a tenere il passo: il futuro è l’era dell’automazione collaborativa caratterizzata da modi completamente nuovi di lavorare per persone e robot. Ad esempio, il software SafeMove2 di ABB consente alle persone di lavorare fianco a fianco con i robot senza la necessità di arrestare la produzione per motivi di sicurezza, migliorando la flessibilità, la produttività e la sicurezza. La collaborazione può anche significare rendere i robot più facili da installare, programmare e operare.
L’ ultima aggiunta alla famiglia YuMi® sembra rappresentare al meglio questi modelli emergenti. Come YuMi, il modello a un braccio può funzionare in sicurezza con le persone, mentre il suo ingombro ridotto semplifica l’aggiunta alle linee di produzione esistenti. E con la programmazione lead-through, non è necessario alcun addestramento specializzato per gestirlo. L’utilizzazione si può allargare a tutti i tipi di impiego – dal settore dell’elettronica e dell’orologeria, a una serie di altri settori con prodotti che richiedono assemblaggi di piccole parti.
YuMi® il capofamiglia
L’ormai affermato YuMi® è stato introdotto sul mercato nell’aprile 2015, in una fiera di comparto, la Hannover Messe. Due braccia, telecamere, mani sensibili, è una visione del futuro, che sta modificando il nostro modo di pensare l’automazione nell’assemblaggio. È la robotica collaborativa, inserita nelle linee in presenza di personale con il quale interagisce: tra le diverse possibili applicazioni il controllo della qualità. Verifica che il prodotto sia realizzato secondo le specifiche di prodotto e del cliente. In sostanza, è stato progettato in vista di una nuova era in cui persone e robot lavorano fianco a fianco, dedicandosi agli stessi compiti.
In un contesto di sicurezza dinamica, il robot percepisce l’ambiente. Come ha spiagato a Industria Italiana il Production Manager dello stabilimento ABB di Frosinone Giorgio Parente «Il robot integra in modo rivoluzionario velocità, agilità e vantaggi sensoriali, garantendo la sicurezza dei colleghi umani nelle linee di produzione e nelle celle della fabbrica. Ci sono algoritmi che lavorano in tempo reale per evitare “collisioni”. Se il robot incontra un oggetto inatteso, nel contesto della sua attività, si mette in pausa in alcuni millesimi di secondo; il movimento può essere riavviato facilmente, premendo play su un telecomando.»
«Ogni braccio si flette su sette assi, imitando così i movimenti umani con grande efficienza spaziale. D’altra parte YuMi® è stato progettato per soddisfare le esigenze di produzione flessibili e agili, quelle richieste dal settore dell’elettronica di consumo. In definitiva, è davvero preciso e veloce, ritornando allo stesso punto nello spazio più e più volte con una precisione pari a 0,02 mm, muovendosi ad una velocità massima di 1.500 millimetri al secondo. Con questo robot, peraltro, non serve progettare altri strumenti che gli portino i pezzi; li riconosce da sé, anche in contenitori dove siano mescolati con altri alla rinfusa».
La workstation collaborativa per la produzione di prese elettriche
Un esempio dell’ utilizzo del robot collaborativo viene da Praga. Progettato per l’utilizzo nell’assemblaggio di piccole parti, YuMi® lavora fianco a fianco con una controparte umana nello stabilimento ABB Elektro-Praga sulla linea di assemblaggio di coperchi della prese elettriche. La workstation collaborativa per la produzione di prese elettriche è composta da YuMi®, un operatore umano, dispositivi di sensori, trasportatori, alimentatori di vibrazioni e un sistema di estrazione a molla. YuMi® gestisce molle, sicure e coperchi di blocco per la salvaguardia dei bambini. Il processo di assemblaggio viene attivato dall’operatore umano che posiziona due coperchi delle prese e due coperchi del blocco bambini davanti al robot.
Ilrobot usa le ventose di aspirazione per afferrare le sicure-bambini che poi inserisce nei coperchi pronti delle prese preparati. Quindi preleva le molle dall’alimentatore (due pezzi per ogni presa) e le inserisce nello spazio tra il blocco bambini e il coperchio della presa. Il robot afferra quindi il coperchio della sicura per bambini con la pinza e lo posiziona sul coperchio della presa dotato di blocco per bambini e molla. Il gruppo prese viene completato spingendo il coperchio blocco bambini nel coperchio della presa. L’operatore inserisce una vite nel coperchio e invia la presa completata per l’imballaggio. Oltre alla gestione delle parti, l’operatore umano è responsabile della supervisione del processo complessivo di assemblaggio.
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La genesi di YuMi
Con un gioco di parole, YuMi® sta per “you and me”, “tu e io”, che insieme creiamo un futuro automatizzato. Questa soluzione rivoluzionaria è il risultato di anni di ricerca e sviluppo e inaugura la nuova era dei “colleghi robot”, macchine in grado di lavorare fianco a fianco con operatori in carne e ossa, svolgendo le stesse mansioni in piena sicurezza. L’assemblaggio di componenti di piccole dimensioni vive una fase di grande evoluzione come pochi altri ambiti produttivi. In particolare, nell’industria elettronica la domanda di prodotti ha ampiamente superato la disponibilità di manodopera qualificata. Con la progressiva perdita di valore aggiunto dei metodi di assemblaggio tradizionali, le aziende produttrici hanno capito l’importanza strategica ed economica di investire in nuove soluzioni.
YuMi® è stato progettato specificamente per le esigenze di flessibilità e agilità in produzione dell’industria elettronica di largo consumo, ma può essere impiegato in qualsiasi processo di assemblaggio di piccoli componenti, grazie ai due bracci, alle “mani” flessibili, al sistema universale per l’alimentazione dei componenti, alla telecamera per l’individuazione dei pezzi, alla programmazione lead-through e al controllo di movimento avanzato ad alta precisione. La sicurezza fa parte del DNA di questo robot: come l’uomo ha un braccio costituito da ossa ricoperte di muscoli e tessuti morbidi, così YuMi® ha uno scheletro di magnesio leggero ma estremamente rigido, avvolto in un involucro di plastica con imbottiture. Questa struttura ammortizza in larghissima misura la forza d’urto in caso di collisioni impreviste.
E come il braccio umano, YuMi® non ha punti di aggancio, in modo che nessun oggetto o parte sensibile possa restare schiacciato quando gli assi del robot si aprono e si chiudono. È compatto, con dimensioni simili a un uomo, e i due bracci con sette assi di movimento conferiscono al robot grande destrezza e precisione in uno spazio di lavoro ristretto commisurato a un essere umano. YuMi® pesa solo 38 kg, ha un sistema di controllo integrato, cablaggi interni per svariati comandi in entrata e in uscita (ad esempio impianti pneumatici e comandi digitali), può essere alimentato dalla rete elettrica domestica disponibile in tutto il mondo, ed è completamente trasportabile e riutilizzabile a discrezione dell’utilizzatore.
Quando si imbatte in un ostacolo imprevisto, ad esempio il contatto con un operatore, si arresta nel giro di pochi millisecondi, dopodiché il suo funzionamento può essere ripristinato facilmente premendo un pulsante sul telecomando. Insieme all’imbottitura esterna, questo sistema garantisce la massima sicurezza per gli addetti. Pur con queste caratteristiche di sicurezza intrinseca, YuMi® è preciso e veloce: può tornare più e più volte nella stessa posizione con una precisione di 0,02 mm e si può muovere a una velocità massima di 1.500 mm al secondo. Per gestire tutta la gamma di componenti che si trovano oggi nei reparti di assemblaggio, YuMi® è dotato di “mani” integrate estremamente flessibili che possono essere fornite in diverse configurazioni, con servopinze, doppie ventose e sistemi di visione. Nelle diverse varianti, le mani di YuMi® consentono di personalizzare il robot per svolgere la maggior parte delle attività di assemblaggio.
I complessi problemi operativi che si incontrano nell’assemblaggio di piccoli componenti non si risolvono soltanto con la flessibilità delle mani: anche l’alimentazione dei pezzi necessari per una determinata attività è fondamentale ai fini dell’efficienza. A questo scopo ABB ha sviluppato il sistema di alimentazione FlexFeeder™. FlexFeeder raccoglie una grande quantità di parti, di dimensioni comprese fra 3 e 30 mm, in un contenitore. Prelevare i pezzi direttamente dal contenitore sarebbe un’applicazione tridimensionale molto complicata, che FlexFeeder trasforma in un’operazione di prelievo bidimensionale molto più semplice, estraendo le parti in piccole quantità e posizionandole su una superficie piana. Le telecamere integrate di YuMi® sono così in grado di individuare facilmente le parti e guidare le pinze per prelevarle.
Infine, per programmare YuMi® con la stessa facilità con cui si impartiscono istruzioni a una persona, ABB ha messo a punto un sistema di programmazione utilizzabile da chiunque, tanto che il termine “programmazione” è addirittura poco appropriato. È un processo più simile all’insegnamento, una cosa che tutti sanno fare istintivamente. Basta afferrare e guidare i bracci e le mani del robot, facendo compiere loro una serie di movimenti e registrando alcuni punti di riferimento (waypoint) e i movimenti delle pinze tramite un tablet sul quale è installata l’app di YuMi®. In tempo reale, il software tradurrà quei movimenti nel codice necessario per il funzionamento di YuMi®. In questo modo YuMi ®richiede molte meno risorse tecniche per eseguire attività molto complicate. Questa modalità di programmazione, detta “lead-through”, riduce molte ore di noiosa programmazione a pochi minuti di facile lavoro. Per attività troppo complesse per la programmazione lead-through, l’operatore può ricorrere in qualsiasi momento alla programmazione tradizionale con il linguaggio RAPID di ABB.
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