Manualità robotica evoluta
“Svolgere attività [...] di supporto nell'attuazione di progetti di innovazione, ricerca industriale e sviluppo sperimentale finalizzati alla realizzazione o all’ottimizzazione di prodotti, processi o servizi tramite tecnologie avanzate in ambito Industria 4.0”. Così vengono (in parte) descritte le finalità dei Centri di Competenza ad alta specializzazione sul sito del Mise. Ma questo è un obiettivo fortemente sentito anche da Yaskawa. Da questa constatazione è nata la collaborazione tra l’azienda ed il Centro di competenza ARTES 4.0, che ha portato già ad un interessante progetto in ambito di telemanipolazione.
Chi è ARTES 4.0
Il Centro di Competenza ARTES 4.0 è una rete ad alta specializzazione che opera nelle aree della robotica avanzata e delle tecnologie digitali abilitanti definite dal Piano Nazionale Industria 4.0.
Il Centro di Competenza include Università, Centri di Ricerca, Enti Pubblici, Digital Innovation Hub (DIH), e PMI e Grandi Imprese di altissimo livello Nazionale e si prefigge lo scopo di aiutare, supportare e guidare le PMI e Grandi Imprese Italiane ad incrementare il loro potenziale utilizzando le tecnologie abilitanti dell'Industria 4.0
Il progetto
Yaskawa Italia e ARTES 4.0 hanno avviato nell’estate 2021 una partnership finalizzata alla realizzazione di attività di promozione, progettazione e implementazione di progetti di innovazione tecnologica, ricerca e sviluppo e 4.0 in ambito industriale. Una partnership fortemente voluta da entrambe le realtà, che condividono la consapevolezza di come, molto spesso, progetti di questo genere siano fondamentali per il progresso tecnologico in quanto permettono di sviluppare soluzioni applicative e affrontare tematiche per cui il mercato non è ancora maturo e che stenterebbero altrimenti a trovare i necessari investimenti da parte delle aziende.
Il primo frutto di questa partnership è un interessante prototipo applicativo. "Si tratta di un dimostratore di telemanipolazione. Con esso, l’operatore è in grado di muovere da remoto un robot bimanuale per svolgere dei compiti di destrezza”, spiega il prof. Antonio Frisoli, presidente di ARTES 4.0 e docente di Robotica alla Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, dove dirige l'area di Interazione Uomo-Robot presso il laboratorio Percro.
Dal lato hardware, il sistema è basato su di un robot Motoman SDA a doppio braccio e 15 assi dotato di mani robotiche con capacità manipolative fini, in grado di afferrare e movimentare oggetti in modo simile a quello dell'essere umano. I bracci possono lavorare in modo sincrono oppure eseguire operazioni diverse contemporaneamente. Un operatore può comandare un sistema di interfacciamento studiato ad hoc. La soluzione si completa poi con un sistema di visione.
- Applicazioni
- Assembly
- Material Handling
- Prodotti
- Serie SDA
Issue di rilievo
Il progetto di ricerca ha presentato due aspetti particolarmente sfidanti: da un lato un aspetto più software, legato al middleware e all’ integrazione di sistemi, dall’altro una questione più direttamente connessa ai sistemi di interfacciamento uomo-robot necessari per poter realizzare la telemanipolazione delle parti.
Sul primo fronte è stato necessario predisporre un layer intermedio in grado di garantire l'affidabilità e la sicurezza della comunicazione.
“Con il contributo degli esperti embedded interni ad ARTES 4.0 abbiamo sviluppato un elemento intermedio che ci consente da un lato di comunicare in modo coerente con il robot attraverso le librerie API Yaskawa e dall'altro lato di interfacciarci con tutte le periferiche gestendo uno scheduling in real-time dedicato. In questo modo siamo riusciti a garantire l’affidabilità, la safety e la prestazione del robot, ma al contempo anche la corretta interazione ad esempio con il sistema di visione, che svolge un'elaborazione delle immagini con algoritmi di AI” approfondisce Frisoli.
Per quanto riguarda l'interfaccia uomo-robot, la scelta è stata quella di usare delle interfacce con un ritorno di forza che si caratterizzano per l’ingombro molto contenuto e l’intuitività di utilizzo. Le interfacce prescelte consentono il movimento dei robot nello spazio in tre gradi di libertà e sono dotate di una manopola dedicata ad azionare la presa e gestirla in modo che si adatti all'oggetto da afferrare.
Movimenti quasi umani
“Per ottenere elevate performance di presa abbiamo adottato due mani diverse, entrambe sviluppate dall'Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant'Anna, che è uno dei membri di ARTES 4.0” prosegue Frisoli.
Un braccio è stato infatti dotato di una mano sottoattuata, in grado di adattare la sua forma all'oggetto che deve essere afferrato e distribuire la forza sulle varie falangi, per fornire la massima qualità della presa. L'altro invece è provvisto di una mano protesica, ottimizzata per garantire la stabilità della presa con basso consumo di energia. La combinazione delle due offre all'operatore la possibilità di avere una mano che meglio si adatta alla presa e una che invece assicura una maggior affidabilità della presa stessa nel tempo.
Con la sua flessibilità di movimento quasi umana, la serie Motoman SDA ha rappresentato un adeguato strumento per realizzare il progetto di ricerca di ARTES 4.0. “Stavamo lavorando sulla telemanipolazione bimanuale e ci piaceva molto l’idea di poter avere un robot che disponesse delle capacità necessarie a replicare compiti complessi bimanuali, motivo per cui ci siamo orientati su un dimostratore di questa tipologia” ricorda Frisoli.
Potenzialità aperte
L’adozione di un sistema intelligente di visione può inoltre fornire all’applicazione un ulteriore grado di autonomia. Il sistema può infatti funzionare in modalità completamente assistita dall'operatore, ma anche in modo autonomo o semiautonomo. “Le possibilità sono diverse: il sistema può identificare dei potenziali oggetti idonei alla presa e segnalarli all’operatore che poi effettua la scelta finale, ma può anche gestire la fase iniziale del task e lasciare all’operatore solo la parte fine di presa, scaricandolo dall’onere della movimentazione del robot fino al punto di presa.
Ovviamente, nel caso in cui sia prevista un'interazione tra le due mani, la complessità aumenta e il ruolo dell’operatore è chiaramente più rilevante: a lui spetta un compito di coordinamento e assemblaggio” spiega Frisoli, illustrando come una modalità ibrida sia particolarmente utile per gestire un compito che ha delle fasi più standard e altre più articolate più complesse.
“Nella realtà le sfide sono molto diverse a seconda del compito che si va a svolgere - un assemblaggio è estremamente differente da un compito di cucito piuttosto che una visita medica a distanza” conclude Frisoli. La soluzione rappresenta però già una base efficace da poter poi personalizzare in base alle specifiche d’impiego, in grado di evidenziare possibilità e vantaggi dell’impiego di soluzioni di manipolazione avanzata in panorami applicativi estremamente vari.