07/03/2016. Robot collaborativi per la fabbrica 4.0. Obiettivi del seminario. Lo scenario: la fabbrica 4.0

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Enrico Bucci
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possibilità di fare lavorare in stretto contatto il robot con l'operatore umano, sfruttando le moderne tecnologie elettroniche ed informatiche (Industria 4.

1 ARSControl Automation, Robotics and System Control lab Robot collaborativi per la fabbrica 4.0 Cristian Secchi, Cesare Fantuzzi ARSControl Lab, University of Modena and Reggio Emilia, Italy LA ROBOTICA COLLABORATIVA IN AZIENDA Obiettivi del seminario Robotica collaborativa, cioè della possibilità di fare lavorare in stretto contatto il robot con l'operatore umano, sfruttando le moderne tecnologie elettroniche ed informatiche (Industria 4.0) per garantire la sicurezza anche in assenza di barriere fisiche. Industria 4.0: portare l elettronica a livello del singolo componente, aprendo scenari di tracciamento e sviluppo di servizi a valore aggiunto per il cliente. Esempio di interazione uomo robot: apprendimento di cicli di lavoro tramite insegnamento diretto, dove l'operatore mostra al robot le operazioni da compiere spostando l'organo di presa con la propria mano (teach by demonstration). Demo su prototipo di laboratorio. 2 Lo scenario: la fabbrica 4.0 Meccanizzazione forza vapore, forza idraulica. Produzione di massa, linea di assemblaggio, potenza elettrica. Automazione e informatica. = il sistema è controllato da un computer. Sistemi «cyberphysical» = il componente/ prodottoè controllato da un computer. 3 1

Internet delle cose Il termine "Internet delle cose" è accreditato a Kevin Ashton che lo coniò nel 1999 mentre era dipendente della Procter & Gamble.

) per poi utilizzarle per ottenere una funzione o valore aggiunto.

a differenza di quanto si intende oggi in cui la maggior parte dei dati su Internet viene prodotta e consumata da persone (testo, audio, video.

2 Internet delle cose Il termine "Internet delle cose" è accreditato a Kevin Ashton che lo coniò nel 1999 mentre era dipendente della Procter & Gamble. A livello intuito per "Internet delle cose" si intende un dispositivo in grado di rilevare ed elaborare grandezze nel mondo reale (temperatura, illuminazione, umidità, etc.) per poi utilizzarle per ottenere una funzione o valore aggiunto. Il termine "Internet" significa che l oggetto raggiunge la propria funzione attraverso la condivisione di tali informazioni con altri dispositivi o macchine. a differenza di quanto si intende oggi in cui la maggior parte dei dati su Internet viene prodotta e consumata da persone (testo, audio, video. 4 Alcune applicazioni I negozianti possono rilevare le modalità d acquisto dei propri clienti I sensori installati all'interno apparecchiatura controllano le tolleranze dei componenti, inviando automaticamente un report se sono rilevati malfunzionamenti. Sistema che notifica lo stato di blocco, scadenza o rimozione di un estintore. 5 ENERGIA Catena del prodotto (Tradizionale) Nella fabbrica tradizionale, il ciclo del prodotto è «one-way» MATERIALE GREZZO FABBRICA Macchine e Servizi MAGAZZINI/ DISTRIBUTORI CLIENTE MATERIALE DI IMBALLO 6 2

nelle varie fasi del ciclo di vita di prodotto per fornire un feedback sui processi produttivi, di stoccaggio e di

ENERGIA MATERIALE GREZZO FABBRICA Macchine e Servizi MAGAZZINI/ DISTRIBUTORI CLIENTE MATERIALE DI IMBALLO 7

3 07/03/2016 Catena del prodotto (4.0) Con la tencologia «Internet delle Cose» (IoT), è possibile introdurre una retroazione che misura le performance nelle varie fasi del ciclo di vita di prodotto per fornire un feedback sui processi produttivi, di stoccaggio e di consumo. ENERGIA MATERIALE GREZZO FABBRICA Macchine e Servizi MAGAZZINI/ DISTRIBUTORI CLIENTE MATERIALE DI IMBALLO 7 Industria 4.0: collaborazione uomo-robot Separazione Coesistenza Divisione del lavoro Condivisione del lavoro 8 Robot collaborativi Progetto Tyrebot. Progetto Assemblaggio Cooperativo Progetto Programmazione-per-dimostrazione (demo di laboratorio a seguire). Nuove normative di sicurezza per la robotica cooperaiva. 9 3

4 07/03/2016 Progetto TIREBOT A Tire-Workshop Robotic Assistant Durata 18 mesi (Mag 2015 Ott 2016) Budget 501 k (299 k finanziamento EC) 10 TIREBOT Il Mercato Milioni di automobili e camion in Europa Milioni di pneumatici necessitano sostituzione SOLO PER ADERIRE ALLE NORMATIVE EUROPEE!!! 11 TIREBOT Il Mercato Piccole e Medie Imprese (PMI) Densamente distribuite in Europa Alcune operazioni sono già automatizzate È però necessario molto lavoro manuale 12 4

07/03/2016 Un giorno dal gommista 12 80 kg 13 Un giorno dal gommista PRO Capacità cognitive di alto

utente è coinvolto in operazioni di basso livello Sollevamento di ruote e pneumatici Trasporto e

5 07/03/2016 Un giorno dal gommista kg 13 Un giorno dal gommista PRO Capacità cognitive di alto livello dell utente per: Svitare viti Smontare ruote dal veicolo Utilizzare macchinari specifici CONTRO L utente è coinvolto in operazioni di basso livello Sollevamento di ruote e pneumatici Trasporto e movimentazione Mentre l utente attende, non viene svolta alcuna operazione! 14 Un giorno dal gommista con TIREBOT 15 5

Divisione del lavoro Basso livello e faticose TIREBOT Alto livello e agevoli Gommista Uomo e robot collaborano per il cambio della ruota Riduzione tempo/ruota Riduzione sforzo gommista Il lavoro

16 Divisione del lavoro TIREBOT deve essere in grado di: eseguire il lavoro in autonomia (trasporto) Sistema di navigazione autonoma Sistema di collision detection and avoidance Pianificazione

6 Divisione del lavoro Basso livello e faticose TIREBOT Alto livello e agevoli Gommista Uomo e robot collaborano per il cambio della ruota Riduzione tempo/ruota Riduzione sforzo gommista Il lavoro deve essere formalizzato e suddiviso. TIREBOT e il gommista si devono sincronizzare. 16 Divisione del lavoro TIREBOT deve essere in grado di: eseguire il lavoro in autonomia (trasporto) Sistema di navigazione autonoma Sistema di collision detection and avoidance Pianificazione Riconoscimento oggetti lavorare a stretto contatto con il gommista (posizionamento ruota) Riconoscimento gommista collaborazione uomo robot sicurezza e prestazioni 17 Sicurezza dinamica Il tipo di sicurezza dipende dalla situazione in cui si trova il robot La suddivisione del lavoro definisce la sicurezza 18 6

Divisione del lavoro: La lezione di TIREBOT Uomo e robot possono

coesistenza è necessario suddividere il lavoro e il robot deve capire lo

tipo di comportamento sicuro 19 Progetto Assemblaggio Cooperativo TASK 3

Assemblaggio cooperativo L operatore insegna il task al robot Vincoli

interferenze 20 Uomo e robot Spazio di lavoro condiviso (coesistenza)

7 Divisione del lavoro: La lezione di TIREBOT Uomo e robot possono co-esistere e collaborare per lo svolgimento di un lavoro Oltre alla coesistenza è necessario suddividere il lavoro e il robot deve capire lo stato del lavoro Sicurezza dinamica: il compito da eseguire influenza il tipo di comportamento sicuro 19 Progetto Assemblaggio Cooperativo TASK 3 Livelli di priorità 2 aree operative: alimentazione, montaggio Assemblaggio cooperativo L operatore insegna il task al robot Vincoli Sicurezza fisica per l operatore Prestazioni: alte velocità e evitare interferenze 20 Uomo e robot Spazio di lavoro condiviso (coesistenza) Spazio di lavoro limitato (collisioni) Eseguono in modo concorrente il lavoro (condivisione del lavoro) 21 7

Percezione Presenza dell operatore Stato dell assemblaggio 22 Sicurezza

Percezione, azione e sicurezza Il robot pianifica in continuazione il proprio

presenza dell essere umano e se incontra un ostacolo cambia la sua rigidezza

8 Percezione Presenza dell operatore Stato dell assemblaggio 22 Sicurezza Controllo di impedenza con: limitazione forza limitazione energia scambiata 23 Percezione, azione e sicurezza Il robot pianifica in continuazione il proprio movimento in base a: il compito di assemblaggio lo stato dell assemblaggio la presenza dell essere umano e se incontra un ostacolo cambia la sua rigidezza per assicurare la sicurezza limitando l energia scambiata limitando la forza scambiata 24 8

Assemblaggio Cooperativo 25 Condivisione del lavoro: la lezione dell assemblaggio cooperativo

gestire in modo sicuro l interazione fisica.

lavoro e ripianificare continuamente l azione da eseguire e il movimento da fare Se il robot può

9 Assemblaggio Cooperativo 25 Condivisione del lavoro: la lezione dell assemblaggio cooperativo Durante la co-esistenza e l esecuzione concorrente di un lavoro in uno spazio limitato è necessario gestire in modo sicuro l interazione fisica. Per un esecuzione efficiente del lavoro, il robot deve essere in grado di monitorare lo stato del lavoro e ripianificare continuamente l azione da eseguire e il movimento da fare Se il robot può prevedere cosa farà l operatore, allora è possibile rendere il sistema più efficiente. 26 Programmazione per dimostrazione - Demo a seguire in laboratorio

Requisiti di sicurezza per robot collaborativi Specifiche di sicurezza

modalità collaborativa: Per rispettare le Limitazione di Forza e

10 Requisiti di sicurezza per robot collaborativi Specifiche di sicurezza per le applicazioni di robot industriali: ISO , ISO Relativi standards e direttive. Nuovo standard di sicurezza per robot collaborativi ISO/TS modalità collaborativa: Per rispettare le Limitazione di Forza e Potenza, sono necessari sistemi di controllo in grado di monitorare a livello ISO PLd, cat.3, o IEC SIL 2 un valore di energia trasmessa dalla macchina all esterno. 28 Tipi di operazioni collaborative 29 Robot Collaborativi per la fabbrica /03/

11 Robot Collaborativi per la fabbrica /03/ Robot Collaborativi per la fabbrica /03/ Robot Collaborativi per la fabbrica /03/

12 Conclusioni 1/2 Diversi livelli di collaborare con un robot coesistenza, divisione, condivisione Percepire lo spazio di lavoro è fondamentale per garantire la sicurezza e le prestazioni ripianificazione La sicurezza: può dipendere dalla fase di lavorazione divisione del lavoro, condivisione del lavoro può essere garantita tramite distanze di sicurezza co-esistenza, divisione lavoro può essere garantita tramite controllo di interazione condivisione lavoro 34 Conclusioni 2/2 La robotica cooperativa è la prossima rivoluzione della robotica La complessità di un lavoro può essere dominata dall accoppiamento sinergico delle capacità complementari di uomo e robot. La sicurezza è necessaria ma non sufficiente per garantire una collaborazione prestante 35 ARSControl Automation, Robotics and System Control lab Robot collaborativi per la fabbrica 4.0 Cristian Secchi, Cesare Fantuzzi ARSControl Lab, University of Modena and Reggio Emilia, Italy 12

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