Un touchscreen installato sul corpo della nuova pinza Co-act JL1di SCHUNK permette all’operatore una comunicazione diretta.
La collaborazione uomo-robot richiede pinze intelligenti e sicure. Gli ultimi studi tecnologici presentati da SCHUNK, risultato di attenti test e approfondimenti scientifici in materia, delineano le nozioni fondamentali della robotica collaborativa, i requisiti minimi che devono essere soddisfatti e cosa è possibile realizzare oggi. In particolare, con Co-act Gripper JL1, lo specialista nei sistemi di presa stabilisce un nuovo standard per le pinze collaborative del futuro. La nuova famiglia di pinze risponde, infatti, ai rigidi requisiti della collaborazione sicura uomo-robot: non devono mai perdere un oggetto dalla presa, devono sempre rilevare il contatto con gli umani e non devono mai provocare urti mentre la funzione di presa è attivata. Non solo, grazie a svariati sensori, il processo di presa è regolato in tempo reale.
di Luigi Ortese
Quando SCHUNK (www.it.schunk.com) presentò al mercato mondiale i primi moduli di presa Safety certificati, due anni fa, era chiaro che con tale approccio il leader di competenza della tecnica di serraggio e dei sistemi di presa avrebbe riscosso un grande successo. In quel momento, infatti, Ralf Steinmann, Direttore Gripping System di SCHUNK, aveva appena ridisegnato lo scenario del futuro, la collaborazione uomo-robot priva di protezioni. A soli 24 mesi di distanza, gli ingegneri della Ricerca e Sviluppo del centro ricerche SCHUNK, superando le aspettative, hanno messo a punto uno studio tecnologico sulle pinze collaborative. Questi studi hanno tutto il potenziale per catapultare i sistemi di presa in una nuova dimensione.
A sinistra: con una forza sotto ai 140 N/cm2 e una copertura ergonomica, la pinza SCHUNK EGP per piccolo componenti soddisfa tutti i requisiti nella collaborazione uomo-robot. La pinza è disponibile fin da ora come soluzione speciale SCHUNK. A destra: guscio morbido e cuore intelligente contraddistinguono la nuova pinza SCHUNK Co-act JL1progettata per la collaborazione uomo-robot.
PINZE “COLLABORATIVE”
Grazie a questi sviluppi SCHUNK rimane fedele al concetto dei sistemi di presa modulari, che ha riscosso negli anni un notevole successo. Gli utenti, infatti, devono essere messi nelle condizioni di ottenere soluzioni personalizzate partendo da moduli standard, senza che ciò possa condurre a ingegnerizzazioni costose. Le pinze collaborative dovrebbero essere capaci di operare in aree di lavorazione separate, dove le pinze pneumatiche sono state installate per anni.
Componenti testati come il best seller PGN-plus sono continuamente soggetti ad aggiornamenti tecnologici. Le nuove pinze SCHUNK PGN-plus, immesse sul mercato qualche mese fa, permettono di applicare momenti maggiori e, conseguentemente, consentono l’utilizzo di dita più lunghe, grazie alle aumentate dimensioni di supporto tra i sei spallamenti portanti della guida di scorrimento dentata. Inoltre, delle tasche passanti per il lubrificante garantiscono una lubrificazione permanente della guida di scorrimento e rendono del tutto superflue le operazioni di manutenzione in condizioni normali e in ambienti puliti. Infine, grazie alla superficie più larga del pistone, è possibile aumentare la forza di presa e, di conseguenza, manipolare pezzi più grandi in rapporto alla dimensione della pinza.
Non contenta, SCHUNK ha trasferito poi tutte queste caratteristiche altamente performanti della pinza universale pneumatica al corrispondente meccatronico PGN-plus Electric.
Usando un complesso sistema di sensori, la pinza SCHUNK Co-act JL1 riconosce costantemente l’ambiente circostante.
DIVERSI GRADI DI SICUREZZA
Le situazioni dove operatori e robot possono interagire sono sempre più frequenti. Ad esempio: quando gli operatori devono accedere a un sistema completamente automatizzato per eliminare i pezzi difettosi, caricare i nastri trasportatori o eliminare malfunzionamenti, i moduli di presa Safety EGN ed EZN di SCHUNK, in combinazione con il controllo ECM e il modulo di scurezza ECS safety, permettono le funzioni SLS, SOS e STO. Utilizzando poi pedane di sicurezza, door switch, barriere fotoelettriche o telecamere 3D con monitoraggio dell'area, è possibile definire zone di protezione senza interrompere completamente il processo di produzione, ricorrendo allo stop di emergenza quando la distanza uomo-macchina diventa troppo ravvicinata. Le pinze Safety sono in grado di operare a una velocità limitata di sicurezza o di effettuare un arresto di emergenza, a seconda di quale protezione viene attivata. Durante uno stop di emergenza, infatti, le pinze restano alimentate dalla corrente in modo da mantenere la presa dei pezzi. Non appena si disattiva la protezione, le pinze passando direttamente alle modalità di funzionamento normale, immediatamente e senza dover riavviare il sistema.
Nelle situazioni in cui un processo completamente automatizzato diventa la soluzione economica da preferire, ma la capacità umana rimane indispensabile per completare il processo, o per un processo collaterale o secondario, diventa indispensabile distinguere in maniera precisa i diversi compiti. In queste situazioni, dove uomini e robot sono costretti a collaborare, cobot autonomi, ovvero robot collaborativi che possono lavorare a stretto contatto con l’operatore, possono essere adibiti a funzioni ergonomicamente scomode per l’uomo o particolarmente monotone.
Possono fungere da sollevatori intelligenti o da guida al posizionamento di carichi pesanti, riducendo lo sforzo fisico dell’operatore, che può concentrarsi nelle operazioni di precisione, elevando il livello di efficienza dell’intero processo. A differenza del processo completamente automatizzato, caratterizzato da netta separazione delle aree, i processi del futuro possono essere concepiti con uomini e robot che possono lavorare mano nella mano. Secondo gli specialisti di SCHUNK, infatti, il numero di sistemi assistiti da robot collaborativi aumenterà rapidamente nel prossimo futuro.
INTERAZIONE E COMUNICAZIONE
Quanto più gli uomini lavorano a stretto contatto con i robot, più elevati diventano i requisiti di sicurezza richiesti. Nello stadio più basso, dove vige la separazione delle aree di lavoro, sono sufficienti gli standard enunciati dalla norma DIN EN ISO 12100. Nelle aree dove è ammessa la funzione Safety, invece, la certificazione di sicurezza delle macchine deve adempiere agli standard della norma DIN EN ISO 13849. Quando poi è necessaria la collaborazione diretta uomo-robot i principi di protezione enunciati dalle norme DIN EN ISO 10218-1/-2 e DIN EN ISO/TS 15066 devono necessariamente essere presi in considerazione.
Questo è precisamente quello che SCHUNK ha realizzato con l’implementazione della famiglia Co-act. Seppure ai minimi livelli, le nuove pinze collaborative SCHUNK soddisfano i rigidi requisiti della collaborazione sicura uomo-robot: non devono mai perdere un oggetto dalla presa, devono sempre rilevare il contatto con gli umani e non devono mai provocare urti mentre la funzione di presa è attivata.
Grazie a svariati sensori, il processo di presa è regolato in tempo reale. I diversi sensi vengono utilizzati per registrare, valutare e comunicare condizioni contingenti, ambientali e operative. In tal modo, le futuristiche pinze Co-act di SCHUNK possono trasmettere tutti i dati più rilevanti relativi al processo e all’ambiente circostante al controllo e all’intero sistema di produzione. Il focus viene posto sul flusso intelligente e sulla documentazione continua attinente l’ottimizzazione del processo e dei materiali. Un tipico plus di SCHUNK: i moduli della serie Co-act sono standard e possono essere usati su tutti i tipi di robot collaborativi.
La pinza Co-act JL1 delinea le direzioni della ricerca e dello sviluppo condotte da SCHUNK. È di fatto la prima pinza collaborativa intelligente che interagisce e comunica direttamente con gli uomini. SCHUNK ha scelto di proposito le iniziali dell’ambasciatore del marchio, Jens Lehmann, per il primo esemplare. Il noto portiere, fuoriclasse di fama mondiale, è infatti un simbolo indiscusso di presa precisa e tenuta sicura. Cinque, nella pratica, sono le particolarità che caratterizzano la JL1: un drive di sicurezza che svolge la funzione di garantire diversi range della forza di presa, assicurando, al contempo, tutta la sicurezza necessaria. Il drive consente quindi che le parti afferrate vengano costantemente mantenute dalla pinza anche se il processo dovesse interrompersi; sensori che rilevano le condizioni dell’ambiente circostante; un software che valuta ed elabora i segnali dei sensori; un sistema che permette la limitazione della forza di presa, che viene regolata immediatamente quanto urta involontariamente un umano; un design esterno arrotondato e morbido, senza spigoli o bordi contundenti.
Attraverso un sistema di sensori capacitivi, la pinza SCHUNK Co-act JL1 rileva il contatto umano e automaticamente attiva lo stop d’emergenza.
SENSORI PER “ELABORARE” OGNI SITUAZIONE
Un rivestimento morbido, il design arrotondato, la protezione dalla perdita del pezzo e un pannello LED integrato nella pinza: ecco, in estrema sintesi, quali sono i principi fondamentali della una pinza collaborativa Co-act JL1 di SCHUNK. Grazie a una tecnica di presa appositamente studiata e a dita di presa dotate di regolazione della forza delle griffe, la pinza può adattare il proprio comportamento in tempo reale, a seconda che stia interagendo con un uomo o con un pezzo. E, data l’elevata forza di presa che potenzialmente può essere applicata, non è questa una decisione insignificante. Meccanicamente la pinza funziona sia per una presa parallela che per una presa centrica: ciò significa che una sola pinza è capace di afferrare diversi oggetti. Adattabile a diverse applicazioni, “costringe” i progettisti e gli utilizzatori a confrontarsi con funzioni complesse derivanti dall’interazione tra sensori e meccanismi di sicurezza. La misurazione della forza e il monitoraggio visivo vengono effettuati attraverso telecamere incorporate e sensori tattili, capacitivi o che si regolano in base alla forza da attuare.
Così come gli umani, che combinano diversi sensi per valutare una situazione, il sistema di sensori percepisce l’ambiente circostante alla JL1 attraverso i singoli sensori e, tramite uno speciale software, elabora le corrette informazioni. Inoltre, attraverso un’interfaccia OPC UA, la pinza è capace di comunicare sia con il robot che con i più avanzati controlli di sistema.
In tal modo, la pinza crea un prerequisito per modellare i processi in maniera flessibile, così come enunciato dai principi dell’Industria 4.0. Al contempo, opera come un mezzo di comunicazione diretta tra il controllo dell’impianto e l’operatore: utilizzando luci LED e un relativo sistema di codifica a colori, fornisce informazioni sullo stato del sistema, comunicando, ad esempio, se è pronto per operare, oppure se il pezzo corretto è stato afferrato. A seconda dell’applicazione, i componenti possono essere identificati usando aree predefinite, RFID o codici visivi. La comunicazione diretta viene infine assicurata grazie a un touchscreen, grazie al quale si può passare alle diverse modalità operative.
COMPETENZE SPECIFICHE
A partire dal primo esemplare tecnologico, SCHUNK opera al fine di perfezionare lo sviluppo della famiglia Co-act. Finché il programma standard non sarà immesso sul mercato, SCHUNK è in gradi di fornire pinze collaborative per diverse applicazioni attraverso soluzioni personalizzate.
SCHUNK ha per tale ragione istituito un team interdisciplinare specifico, il Co-act team, formato da specialisti nei campi del design, del product management, dell’assemblaggio e della distribuzione. Il Co-act team assicura una competenza unica ed esclusiva nel settore dei sistemi di presa, e, in particolare, in quello della robotica collaborativa. Non solo, permette una realizzazione tecnica veloce e orientata a soddisfare le esigenze del cliente, fornendo un supporto specifico nella valutazione dei rischi.
Il Team Co-act di SCHUNK è capace di realizzare pinze collaborative fin da ora, con soluzioni personalizzate. Ad esempio, la pinza WSG con regolazione della forza può essere implementata per l’ispezione di parti in ghisa.
