Cobots

Che cosa sono i cobot?

Un robot collaborativo (cobot) consente all’uomo di lavorare con il robot attraverso un’interazione diretta senza le tradizionali barriere di sicurezza. I benefici di un’interazione umana diretta con i cobot consentono:

  • L’esecuzione di attività complesse in condizioni di sicurezza
  • Una produzione di alta qualità
  • Un addestramento e una programmazione dei cobot facili e intuitivi

Il concetto di cobot, o “dispositivi di assistenza intelligenti”, è nato da progetti di ricerca e aziende nel settore automobilistico, in cui i cobot fornivano la potenza necessaria per spostare oggetti pesanti sotto il controllo umano attraverso interfacce dirette. Questi sistemi garantivano un uso sicuro delle funzioni assistive dei cobot. Nel corso degli anni, i cobot sono stati sviluppati per eseguire attività quali:

Cobot intelligente che preleva oggetti da un contenitore con MATLAB.

Screenshot di YOLO che rileva le scatole nere in un contenitore.

Rilevamento oggetti con YOLO.

Screenshot di sei grafici di scatole in cui è riportata la stima della posa.

Stima della posa degli oggetti.

Perché utilizzare i cobot?

Nel settore dell’automazione convenzionale, i robot devono essere tenuti lontani dal contatto fisico dell’uomo per garantire una funzionalità affidabile senza causare danni fisici agli operatori. In questi sistemi, i robot operano in zone senza la presenza dell’uomo o all’interno di gabbie.

Automazione flessibile

Relegare i robot all’interno di gabbie limita le loro funzionalità. I mercati attuali richiedono tempi di consegna ridotti e personalizzazione di massa. Queste richieste hanno stimolato l’interesse per sistemi di produzione flessibili e polivalenti attraverso collaborazioni uomo-robot che non mettono in pericolo gli operai. Nell’automazione flessibile e collaborativa, i cobot aumentano e potenziano le capacità umane con forza, precisione e funzioni di analisi dei dati che rappresentano un valore aggiunto per gli utenti finali dei cobot. Lo sviluppo dei cobot si prepone i seguenti obiettivi:

  • Coesistenza: area di lavoro condivisa con gli operai umani per ottimizzare un processo
  • Collaborazione: automazione flessibile per diverse attività con l’interazione umana

Sistemi di sicurezza

Le barriere di sicurezza rappresentano un ostacolo tecnologico all’adozione dei robot su più larga scala. I cobot sono progettati per soddisfare i requisiti di sicurezza con progetti di sicurezza intrinseca che consentono un’interazione sicura tra il cobot e gli oggetti che si trovano nella sua area di lavoro (ad esempio, norma ISO® 10218-1). I cobot riducono l’inerzia quando sono esposti a potenziali collisioni e contengono componenti conformi come sensori di coppia combinati per assorbire l’energia di eventuali impatti indesiderati. Inoltre, gli sviluppatori di cobot utilizzano un’ampia gamma di sensori esterni (ad esempio, fotocamere, laser, profondità, ecc.) e fondono i dati acquisiti per garantire un riconoscimento affidabile della prossimità uomo-robot e dei relativi movimenti.

Programmazione dei cobot con algoritmi avanzati e l’IA

La piena distribuzione dei cobot è ostacolata dalla presenza di gap tecnologici e applicativi. I cobot necessitano di algoritmi avanzati per poter raggiungere il loro grande potenziale di produzione in ambienti ad elevata diversificazione e volumi ridotti. I cobot devono essere in grado di funzionare in situazioni inconsuete senza istruzioni chiare, tramite la percezione dell’ambiente circostante con il Deep Learning. Il pianificatore di movimento consente al cobot di raggiungere una posizione desiderata, mentre gli algoritmi di prevenzione delle collisioni assicurano un comportamento reattivo del cobot in ambienti dinamici sulla base della conoscenza del luogo fornita dai sensori durante il suo spostamento.

Un cobot appoggia una confezione di cartone su un nastro trasportatore.

Supporto per i cobot di Universal Robots in MATLAB

Progettazione, simulazione, test e distribuzione di applicazioni cobot di UR

Progettazione di cobot con MATLAB e Simulink

MATLAB® e Simulink® mettono a disposizione una serie completa di strumenti che consentono di:

  • Utilizzare modelli di sensori, come fotocamere, LIDAR e IMU, per prototipare la modalità di rilevamento dell’ambiente da parte del cobot.
  • Percepire l’ambiente per le applicazioni cobot con il Deep Learning e la visione artificiale.
  • Insegnare i movimenti al cobot con Inverse Kinematics Designer e la pianificazione del movimento.
  • Progettare, iterare e ottimizzare i controller del movimento per un’interazione sicura con i cobot.
  • Modellare la logica di controllo dei sistemi e valutare gli algoritmi autonomi per le applicazioni cobot.
  • Collegare e controllare i cobot di Kinova® e Universal Robots con MATLAB.
  • Generare automaticamente il codice di produzione da distribuire ai controller del cobot e ai computer di bordo.

Riferimenti software


Video

Vedere anche: MATLAB e Simulink per la robotica, MATLAB e Simulink per robot manipolatori, Robotics System Toolbox™, Navigation Toolbox™, ROS Toolbox, Simscape Multibody™, Deep Learning Toolbox™, programmazione di robot

“L’integrazione di MATLAB, Simulink e di Deep Learning Toolbox ci ha dato la sicurezza per procedere con il progetto di gemello digitale basato su MBSE.”

Prof. T. John Koo, ASTRI