Automazione collaborativa del pick and place

Il pick and place è una delle applicazioni industriali più comuni e diffuse può essere efficacemente automatizzata con l’ausilio di robot collaborativi.

Per un neofita dell'automazione robotica, il pick and place rappresenta la casistica applicativa tipica da cui cominciare un percorso di robotizzazione aziendale. L'attività di pick and place può essere implementata in un periodo molto breve, soprattutto quando si utilizza la vasta gamma di accessori plug and play disponibili nello showroom UR+. Il sistema robotico collaborativo offre un'esperienza molto più gratificante e un ambiente di lavoro più attraente per il nuovo personale.

Le applicazioni di manipolazione sono fra le più comuni e diffuse in ambito produttivo. In particolare, quelle che prevedono il prelievo e posizionamento di un componente, o il suo diverso orientamento rispetto all’originale, includono alcune complesse sfide di programmazione e automazione.  

Le casistiche applicative sono molte e presentano diversi livelli di complessità. 

Nei casi più semplici i prodotti saranno presentati al robot in un vassoio/pallet a layout uniforme o su un trasportatore in una posizione prevedibile. 

Nei casi più complessi, al contrario, può essere necessario un sistema di visione per determinare l'orientamento del prodotto e di conseguenza il movimento che è necessario il robot compia per afferrarlo. 

Uno dei motivi per cui la manipolazione e movimentazione dei componenti è fra le attività più frequentemente automatizzate, sta anche nella scarsa ergonomicità della fase.  Le attività di prelievo e posizionamento manuali sono infatti spesso le attività più ripetitive e banali in un ambiente di produzione: la natura noiosa dell'attività porta a errori o a una riduzione dell'efficienza se i lavoratori non vengono ruotati frequentemente. Questi sono generalmente alcuni dei compiti meno divertenti che possono anche comportare il rischio di sforzi ripetuti o altre lesioni se l'oggetto è di peso considerevole. 

Quando si seleziona la prima attività per l'automazione cobot, un'attività pick and place è una scelta eccellente poiché la natura altamente ripetitiva e i movimenti semplici che contraddistinguono la fase, la rendono un task molto facile da configurare.

Configurare un’applicazione di pick and place con un robot collaborativo comporta il definire alcuni parametri operativi, il cui valore determinerà la scelta del cobot da utilizzare così come dei componenti accessori quali gripper ed end effector, sistemi di visione. 

La scelta del cobot per il pick and place

La scelta del modello cobot da utilizzare è guidata essenzialmente dal peso del componente da manipolare e dall’area di lavoro da coprire. La gamma cobot UR copre un range di payload che spazia dai 3 ai 16 kg e un’area operativa che si estende da 1 a 2,6 metri di diametro. È necessario però sempre calcolare il peso dell’end effector che si installa e sottrarlo alla capacità di carico del cobot, poiché parte integrante del peso che il cobot stesso dovrà spostare. 

È quindi possibile implementare i cobot UR sia nella movimentazione di componenti molto minuti e dal peso contenuto, come semilavorati del peso di pochi grammi in uscita da un tornio e posizionabili su tray metallici nell’area di lavoro, sia nella manipolazione di componente di peso rilevante e su un’ampia area operativa, ad esempio da un conveyor a un pallet o a una scaffalatura, posti nelle vicinanze. 

I modelli cobot della gamma Universal Robots sono 4, ciascuno caratterizzato da diversa capacità di carico e area operativa e accomunati dalle medesime (17 per la precisione) safety native, che li rendono automazioni estremamente sicure e personalizzabili nei parametri operativi.

• UR3e: il modello più piccolo della gamma. Un vero e proprio utensile da banco capace di automatizzare la movimentazione di componenti fino a 3 kg di peso su un diametro operativo di 1 metro e con una ripetibilità – garantita alla massima velocità e alla massima estensione – di +/- 0,03 mm.
• UR5e: il modello mediano della gamma. 5 kg di payload e 1,7 metri di diametro operativo. Si tratta di una soluzione estremamente flessibile, capace di abbinare elevata ripetibilità di posizionamento (al pari dell’UR3e +/- 0,03 mm) ad una maggiore capacità di carico.
• UR10e: il cobot più grande della gamma UR, con la maggiore area operativa (2,6 metri di diametro d’azione) per 12,5 kg di payload. È tipicamente utilizzato in quella particolare casistica di pick&place che è rappresentata dalle attività di manipolazione nel fine linea, come packaging e soprattutto pallettizing. Garantisce una ripetibilità di posizionamento di +/- 0,05 mm.
• UR16e: il modello più potente della gamma UR, con un payload di 16 kg e un reach di 900 mm (1,8 metri di diametro). Viene tipicamente impiegato nella movimentazione di componenti di peso rilevante e grazie alla sua superiore capacità di carico, offre numerosi vantaggi. Ad esempio la possibilità di integrare gripper multipresa (per movimentare più componenti alla volta) e ridurre quindi il tempo ciclo dell’applicazione. UR16e garantisce una ripetibilità di posizionamento di +/- 0,05 mm, il che lo rende il cobot al tempo stesso più potente e preciso della sua classe di reach.

La scelta dell’end-effector

Nella scelta dell’end effector entrano in gioco altri criteri da prendere in considerazione, principalmente legati alla natura del componente da manipolare: il suo peso, dimensione, forma, materiale costitutivo, etc etc. A seconda delle dimensioni e della forma del pezzo da lavorare, potrebbe essere adatta una soluzione basata su ventose oppure una pinza. Se ha una superficie superiore liscia e piatta e verrà posizionato nello stesso orientamento in cui è stato raccolto, una soluzione di presa basata su un gripper a vuoto è una buona scelta. Se non offre una superficie piana, o deve essere posizionato con un orientamento diverso da quello in cui è stato raccolto, potrebbe essere necessaria una pinza adattiva. Se poi la superficie è irregolare e la geometria complessa (come in alcuni componenti per motori), la pinza adattiva rappresenta nuovamente una scelta valida. Se il materiale costitutivo è particolarmente delicato (come alcuni componenti utilizzati nell’industria ottica o elettronica) e non può sostenere segni e “ditate”, allora potrebbe essere utile installare un end effector che utilizzi tecniche adesive ad azione intermolecolare.

Qui è possibile visionare alcuni EOAT presenti all’interno di Universal Robots +, l’ecosistema online che racchiude oltre 250 soluzioni testate per un uso plug&play con i cobot Universal Robots.

Integrare un sistema di visione

Se i prodotti in arrivo per il prelievo del robot si trovano in una posizione/orientamento non standard, potrebbe essere necessario integrare un semplice sistema di visione per rilevare l'orientamento del pezzo. È il caso di alcuni processi in cui i componenti vengono proposti al cobot in ordine casuale e il cobot deve afferrarli con precisione e posizionarli secondo un orientamento standard.  

Ecco alcuni dei sistemi di visione disponibili in UR+, implementabili a seconda della necessità

Proteggere il cobot con un rivestimento

Se il processo di lavorazione o l’ambiente operativo sono particolarmente umidi e sporchi, potrebbe essere necessaria una protezione aggiuntiva per il robot, sotto forma di una tuta protettiva. Diverse soluzioni sono disponibili all’interno dell’ecosistema Universal Robots+ (o UR+).

Infine qui alcuni degli accessori protettivi che è possibile integrare a un cobot impiegato in ambienti di lavoro particolarmente sfidanti, umidi o polverosi. 

I vantaggi dell’integrazione plug and produce nel pick&place

L'implementazione di un cobot UR in un'applicazione pick and place può essere eseguita con costi minimi e scarse o nulle interruzioni della produzione, poiché spesso può essere implementato direttamente in una configurazione esistente, senza modifiche al layout (come ad esempio l’introduzione di barriere e recinzioni).

I vantaggi che derivano da questa implementazione plug and produce sono diversi. 

• Minori costi infrastrutturali (le safety native rendono superflue in oltre l’80% dei casi l’installazione di recinzioni). 
• Flessibilità: i cobot, piccoli, maneggevoli e facili da programmare, possono venir dislocati e reimpiegati con facilità. Quindi un cobot inserito in un processo di manipolazione può essere spostato – con minimi aggiustamenti alla programmazione e con un cambio tool – su altri processi: machine tending, testing, packaging, ecc ecc. 
• Produttività: i cobot possono venire impiegati nella manipolazione anche in ritmi 24/7, consentendo alle aziende di operare su tre turni anche a luci spente. 
• Ergonomia: il già citato vantaggio ergonomico offerto dai cobot si riflette anche sulla qualità del prodotto finale. Le aziende sono infatti costrette a ruotare con frequenza gli operatori applicati su un compito di prelievo e posizionamento così monotono da comportare cali di precisione. In media ogni due ore è necessario operare una rotazione del personale, in concomitanza con il calo di produzione e qualità. Un cobot consente invece di mantenere invariati i tassi di produttività su più turni.

Esempi applicativi

Molte aziende si sono rivolte a Universal Robots per implementare soluzioni di automazione per la fase di prelievo e posizionamento dei componenti, in moltissimi settori industriali diversi (come ad esempio quello alimentare). Trattandosi di una fase di processo molto comune, il pick&place è presente trasversalmente in moltissimi contesti diversi. 

PRONTI PER INIZIARE?

I robot collaborativi facilitano l'automazione anche per le piccole e medie imprese. Sono efficienti anche dal punto di vista dei costi, sicuri e flessibili.