Cos’è la Robotica Collaborativa e Quali i Suoi Vantaggi

La robotica collaborativa consente alla macchina di lavorare insieme all’uomo, senza la necessità di introdurre barriere o altre misure di sicurezza. Questo dettaglio, probabilmente marginale per i non addetti ai lavori, risulta assolutamente decisivo nel descrivere il potenziale che questa straordinaria tecnologia sta concretizzando, giorno dopo giorno, in moltissimi ambiti della produzione e della logistica, secondo le logiche dell’Industria 4.0. Vediamo cos’è la robotica collaborativa, come funzionano i cobot e quali vantaggi comportano per le aziende che le implementano nei loro processi.

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Cos’è la robotica collaborativa

La robotica collaborativa vede in azione i cosiddetti cobot (collaborative robot), robot capaci di apprendere ed eseguire una straordinaria varietà di compiti per assistere l’uomo nelle lavorazioni. In questo frangente, non ci sarebbe nulla di rivoluzionario rispetto ad un robot tradizionale. La caratteristica distintiva risiede infatti nello specifico della collaborazione.

Mentre un robot autonomo tradizionale viene programmato per eseguire sempre gli stessi compiti, nello stesso modo, alla ricerca del maggior livello di efficienza possibile, il cobot viene programmato con una logica molto più dinamica, per collaborare con altri sistemi o con gli operatori umani, adattandosi a condizioni di contesto capaci di variare in continuazione.

Il cobot è quindi il risultato di vari contributi tecnologici, come la visione artificiale, il cognitive computing e la sensoristica IIoT, che hanno consentito di introdurre macchine di piccole dimensioni, che possono essere continuamente riposizionate, oltre a richiedere un moderato dispendio di energia.

I cobot sono dei preziosi assistenti, intelligenti e capaci di riconoscere il contesto entro cui sono chiamati ad operare e migliorare progressivamente la loro efficienza grazie a sistemi software basati su tecniche di Machine Learning, che possono renderli più o meno autonomi, a seconda delle esigenze di ciascuna linea di produzione.

Rispetto alla robotica autonoma tradizionale, che richiedeva spesso spazi esclusivi, la robotica collaborativa è concepita nativamente per lavorare insieme all’uomo, in una condizione di totale confidenza operativa, che elimina il concetto di barriera di sicurezza. I cobot sono infatti dotati di una sensoristica in grado di rilevare in anticipo la possibile collisione con organismi terzi, tra cui rientrano il personale umano e gli altri oggetti e impianti presenti sul piano di fabbrica.

La robotica collaborativa non rende obsoleta la robotica industriale tradizionale, in quanto la sua concezione è assolutamente complementare, programmata per integrarsi con i sistemi e gli impianti esistenti, ai fini di incrementare la produttività, ridurre i costi e il time-to-market dei prodotti, oltre a garantire condizioni di maggior sicurezza sui luoghi di lavoro.

Come molti altri sistemi robotici, il cobot non mira a sostituire l’uomo, ma ad assisterlo nello svolgimento delle operazioni più gravose e ripetitive, ai fini di migliorare l’efficienza complessiva del suo operato. Nella sua configurazione più diffusa, il cobot è un braccio meccanico che offre ai lavoratori umani la proverbiale mano in più.

Grazie alla loro versatilità e alla loro economicità rispetto ai sistemi tradizionali, i cobot si stanno diffondendo con grande rapidità di moltissimi settori verticali, dove vengono implementati in produzione, nella gestione della supply chain e nelle varie procedure di assistenza. Il novero dei produttori di cobot oggi è molto ampio e comprende, tra gli altri, marchi come Universal Robots, KUKA, Franka, Comau, Rethink Robotics, Franka, ABB, Omron, Staubli, Yaskawa, Mitsubishi Electric, Cobots Solutions, Dobots, Android Technics, Indeva e Franka.

Oltre a risolvere un’ampia gamma di esigenze operative sul piano di fabbrica, le ragioni del successo dei cobot vanno ricercate nella capacità intrinseca di integrarsi nei processi esistenti generando valore aggunto. La flessibilità e l’adattabilità dei cobot è enfatizzata dalla possibilità di essere programmati sulla base di piattaforme moderne, con ambienti low code dotati di preset che corrispondono alle situazioni di utilizzo più diffuse, a loro volta personalizzabili per rispondere in maniera puntuale a qualsiasi esigenza reale.

Grazie alle loro moderne interfacce di controllo, i cobot sono molto semplici da gestire sul campo anche da addetti che non godono di conoscenze ingegneristiche avanzate a livello di robotica. Qualità come praticità, flessibilità, configurabilità, accessibilità e semplicità d’uso fanno della robotica collaborativa una disciplina di innovazione sempre più diffusa nei vari ambiti applicativi dell’industria 4.0.

Quali vantaggi comporta la robotica collaborativa

L’utilizzo della robotica collaborativa consente alle aziende di ottimizzare moltissimi aspetti della loro organizzazione, ed avvalersi di vantaggi sostanziali in moltissimi ambiti.

Incremento della produttività

I cobot possono contribuire in vari modi ad incrementare la produttività sul piano di fabbrica, intervenendo i vari step della supply chain, dalla movimentazione delle merci fino alle fasi di assemblaggio, garantendo oltretutto un’elevata precisione e il rispetto dei tempi di ogni ciclo, fondamentale ad esempio quando si lavorano materiali soggetti a modifiche morfologiche. Un’implementazione consapevole dei cobot nei processi produttivi può generare un incremento in termini di quantità complessiva realizzata molto importante. I cobot sono oltretutto molto veloci da implementare nella supply chain, per cui gli effetti di questi vantaggi diventano immediatamente tangibili.

Riduzione degli errori e incremento della qualità dei prodotti

L’introduzione dei cobot nelle linee di produzione consente innanzitutto di sollevare il personale umano dalle operazioni più pesanti e ripetitive, in modo che possa concentrarsi sui compiti di supervisione e nella gestione delle eccezioni per cui non conviene configurazione ad hoc una macchina. La precisione della robotica e l’esperienza nel caso reale del lavoratore umano possono generare una sinergia molto preziosa, che si riflette nella riduzione degli errori e in una maggior qualità dei prodotti, minimizzando oltretutto gli sprechi. L’elevato livello di accuratezza che i cobot apportano nelle lavorazioni consente di gestire in maniera ottimale le tolleranze, in modo da risultare conformi ai requisiti di qualità previsti dalle normative specifiche.

Ottimizzazione del layout di fabbrica

Grazie alla robotica collaborativa, le aziende possono riconfigurare in maniera molto più efficiente i layout delle linee di produzione, sfruttando molto meglio gli spazi a disposizione. Rispetto ai layout tradizionali, il movimento e la capacità di programmazione dei cobot consente infatti di utilizzare lo stesso spazio per svolgere più operazioni. Il cobot può ad esempio intervenire fisicamente soltanto quando si attiva una determinata condizione, liberando lo spazio per altre operazioni, quando ha svolto l’istruzione ricevuta.

Ottimizzazione delle condizioni di picco dei carichi di lavoro

Se configurati ed implementati in maniera opportuna, i cobot riescono ad integrarsi con i tradizionali sistemi CNC, coadiuvandoli per incrementare la produttività, sia a regime ordinario, come abbiamo analizzato in precedenza, che per quanto concerne le condizioni di picco. Non è raro assistere ad incrementi molto importanti, nell’ordine di oltre un terzo del volume prodotto, il che consente in molti casi di soddisfare quelle condizioni di domanda eccezionale che possono verificarsi anche con un preavviso molto ridotto.

Ottimizzazione della forza lavoro umana

La robotica collaborativa nasce per collaborare con l’uomo, ma spesso offre il meglio di sé quando, proprio sulla base di una programmazione su base collaborativa, finisce per garantire un livello di efficienza nelle operazioni superiore rispetto ai tradizionali robot industriali. In varie circostanze, ciò accade per una ragione molto semplice. Mentre i sistemi robotici tradizionali seguono molto spesso procedure arcaiche e resistenti al cambiamento, i cobot, anche in virtù della loro rapida implementazione, consentono di sperimentare e innovare molto, per essere programmati senza pregiudizi rispetto i processi consolidati.

Non è infatti raro visitare una linea di produzione e rendersi conto che, accanto ad un robot tradizionale dismesso, opera un piccolo cobot in grado di produrre di più, consumando meno energia e richiedendo un livello di supervisione umano nettamente inferiore. Tale aspetto consente alle aziende di ricollocare le risorse umane laddove il loro operato risulta strategicamente più funzionale per il raggiungimento degli obiettivi di business.

Maggior flessibilità negli adattamenti delle linee di produzione

Capita spesso di dover modificare una linea in base all’esigenza di produrre una nuova variante di prodotto. Con i sistemi robotici tradizionali, un’eventualità di questo genere può richiedere modifiche piuttosto esose in termini di tempo, mentre i cobot sono spesso nativamente dotati di componenti e funzioni in grado di integrare nel giro di pochi minuti gli accorgimenti necessari per adattare la produzione. Un caso frequente in cui ciò si verifica è dato da quei prodotti che richiedono frequenti sostituzioni di end effector e continue esecuzione di programmi differenti.

Aumento della sicurezza nelle fasi di lavorazione

La robotica collaborativa introduce la classica win-win situation in merito alla sicurezza sui luoghi di lavoro. I cobot sono progettati per collaborare con l’uomo. In caso di una possibile interferenza tra uomo e macchina, opportuni sensori rilevano preventivamente la potenziale collisione, arrestando o variando il movimento dei componenti robotici. Oltre alla riduzione dei rischi di infortunio dovuti al contatto accidentale con gli impianti produttivi, i cobot consentono di risparmiare all’uomo operazioni potenzialmente critiche, come l’impiego di taglierini o altri utensili potenzialmente lesivi. Tale aspetto consente pertanto di incrementare non solo la sicurezza sui luoghi di lavoro, ma anche il livello di ergonomia delle lavorazioni.

Riduzione dello skill gap

La robotica collaborativa consente di rendere più omogenei ed uniformi gli step legati alle lavorazioni sulle linee di produzione. Questo genera una progressiva standardizzazione, che facilita l’inserimento di nuovi lavoratori, digiuni di esperienza, accelerando il loro onboarding in produzione.

Analogamente a quanto accade con il supporto di altre tecnologie emergenti, il cobot può oltretutto guidare passo per passo il lavoratore nello svolgimento delle operazioni che vanno necessariamente condotte manualmente, ad esempio durante le fasi di assemblaggio, in quelle circostanze particolari per cui non risulta conveniente implementare integralmente una lavorazione robotica. 

I campi applicativi della robotica collaborativa

Oggi i cobot sono sempre più diffusi, al punto che diventa sempre più frequente ritrovarli in azione nelle fabbriche e nei laboratori di varie realtà applicative.

Università e ricerca scientifica

Nel corso degli ultimi anni le tecnologie basate sulla robotica, oltre diffondersi, sono diventare sempre più rilevanti nel contesto delle applicazioni scientifiche, soprattutto nel mondo della ricerca. I cobot sono molto più accessibili rispetto a molti sistemi robotici tradizionali. Inoltre sono caratterizzati da dimensioni ridotte e soprattutto sono molto più semplici da programmare e da utilizzare.

I cobot vengono utilizzati come assistenti nello sviluppo e nell’esecuzione di test e analisi, per raccogliere informazioni su base oggettiva. Il cobot assiste il personale di ricerca soprattutto sollevandolo dai compiti più pesanti e/o ripetitivi, oltre a garantire l’operatività nei cosiddetti ambienti ostili, riducendo l’esposizione ai rischi per le risorse umane.

Questo accade ad esempio in quei contesti di laboratorio in cui sono presenti sostanze tossiche o pericolose, ad esempio per l’elevato rischio di esplosione. I cobot commercializzati dai principali brand godono ovviamente di tutte le certificazioni per operare in sicurezza in questi contesti, ai fini di soddisfare tutte le condizioni normative richieste.

Industria Automotive

Come è spesso accaduto nell’ambito delle tecnologie emergenti, l’industria dell’auto è stata pioniera anche per quanto concerne la robotica collaborativa, nel pieno spirito del paradigma 4.0 su cui sono basati i processi produttivi. La supply chain di una fabbrica che produce e assembla componenti per automobili godono di un livello di automatizzazione incredibilmente elevato, che vanta pochi eguali nelle altre applicazioni industriali.

La robotica collaborativa risulta funzionale alla produzione del settore auto in virtù della sua straordinaria flessibilità, indispensabile per abilitare la transizione tecnologica dalla tradizionale produzione di massa alla mass customization, che prevede la continua personalizzazione del prodotto sulla base della domanda proveniente dal mercato.

Industria elettronica

La produzione di componenti e sistemi elettronici è da sempre caratterizzata da requisiti piuttosto stringenti, soprattutto per quanto riguarda la precisione richiesta durante le lavorazioni sulle schede PCB. Un cobot può operare con tolleranze dell’ordine del centesimo di millimetro per adattarsi in maniera molto veloce a qualsiasi operazione richiesta.

La flessibilità che i cobot garantiscono nel variare i dettagli della produzione, consente alle aziende che realizzano componenti elettronici di soddisfare con profitto alle continue variazioni della domanda che provengono dalle richieste di fornitura.

Le fasi automatizzate della produzione hanno infatti l’esigenza di essere riprogrammate in maniera semplice e soprattutto rapida, per essere applicate su task che variano in continuazione. I cobot, oltre a soddisfare facilmente questo requisito, possono essere facilmente spostati nel contesto di varie applicazioni, senza dover intervenire drasticamente sul layout complessivo della linea di produzione.

Industria metallurgica

Il settore metallurgico associa lavorazioni molto pesanti a processi caratterizzati da una precisione estrema, con applicazioni su lotti corti e lotti lunghi che prevedono sia lavorazioni varie che ripetitive. A questa condizione eclettica occorre considerare il fatto di dover realizzare grandi volumi di produzione. Condizioni che richiedono la flessibilità e l’efficienza tipiche della robotica collaborativa, capace di assicurare una grande adattabilità a situazioni che variano in continuazione, capace di resistere a condizioni di stress molto elevato e garantire livelli di precisione pressoché assoluti nel contesto di qualsiasi lavorazione.

I cobot vengono infatti utilizzati in tantissime fasi del processo di lavorazione dei prodotti metallurgici, come supporto alle macchine utensili tradizionali, per fresare e o forare con maggior rapidità e precisione i lavorati. I cobot vengono inoltre impiegati nelle operazioni di finitura superficiale e in una notevole varietà di operazioni speciali, che prevedono il raggiungimento di un risultato che esula dalla configurazione dei sistemi tradizionali.

Industria materiali polimerici e lavorazioni plastiche

I cobot vengono impiegati con profitto anche nell’ambito delle lavorazioni plastiche, dove si rivelano preziosi in moltissime circostanze. La loro precisione consente di svolgere con successo anche le lavorazioni più complesse, nel contesto di materiali piuttosto ostici da trattare, per via della loro natura termosensibile.

I cobot consentono infatti di limitare l’esposizione dell’uomo in ambienti caratterizzati dalla presenza di materiali in stato di tossicità, che richiedono tempistiche di intervento decisamente ridotte prima di indurirsi o perdere le caratteristiche fisico-meccaniche ideale per completare la lavorazione prevista.

Anche in questo caso, i cobot sono utilizzati molto spesso accanto ai sistemi di produzione tradizionali, per ottimizzare la loro resa in funzione di ottimizzare le quantità realizzate, oltre a garantire una maggior qualità nelle lavorazioni e nei prodotti.

Industria chimica e farmaceutica

I cobot sono diventati ben presto validi e insostituibili alleati delle aziende operanti nell’ambito della produzione chimica e farmaceutica, grazie alla capacità di soddisfare in maniera molto efficiente due requisiti fondamentali, rispettando gli stringenti requisiti normativi in materia di standard di sicurezza, adattandosi inoltre all’operatività nelle clean room che vengono adoperate per ridurre al minimo i rischi derivanti dalle potenziali contaminazioni.

Industria agro-alimentare

La produzione alimentare si avvale sempre più spesso della robotica collaborativa lungo tutta la supply chain, dove i cobot sono coinvolti nelle lavorazioni e nella distribuzione dei prodotti. I cobot risultano innanzitutto conformi alle stringenti normative richieste per garantire la qualità e la sicurezza del prodotto alimentare, a cominciare da quelle caratteristiche fisico-meccaniche che li vedono resistenti all’accumulo di sporco o residui di lavorazione che potrebbero pericolosamente contaminare gli alimenti successivi.

Il cobot, oltre alla condizione standard che lo vede esonerare l’uomo dai compiti più gravosi e ripetitivi, nel contesto dell’industria agro-alimentare, spesso consente di limitare la sua esposizione ad ambienti particolarmente logoranti, dove ad esempio si riscontrano condizioni termiche estreme.

Industria del mobile

L’industria del mobile è caratterizzata da un elevato numero di lavorazioni meccaniche, in cui la robotica collaborativa può garantire un contributo essenziale in termini di qualità, contribuendo sensibilmente a migliorare le caratteristiche fisiche ed estetiche del prodotto finale. Il cobot è in grado di lavorare con un elevato livello di precisione, garantendo finiture omogenee per qualsiasi componente assemblato.

L’industria del mobile è una di quelle che tuttora conserva una forte connotazione di tipo artigianale, con molte operazioni che vengono svolte manualmente dai falegnami. Il cobot si inserisce in questo contesto in maniera agile e rispettosa, consentendo di aumentare l’efficienza della produzione, di ridurre gli errori, senza negare all’occhio e alla mano esperta dell’artigiano quel tocco in grado di differenziare il prodotto secondo le linee guida tipiche di ciascun brand.

Il cobot risulta pertanto la soluzione vincente sia quando viene richiesta una produzione assolutamente omogenea, sia in quei contesti industriali dove viene conservata l’anima artigianale. In questi frangenti il cobot può limitarsi ad assistere il falegname nelle operazioni più gravose, come quelle che prevedono il sollevamento di carichi importanti.