La rivoluzione silenziosa dei robot pesanti nell'ingegneria meccanica: perché l'intelligenza artificiale sta facendo la differenza per i robot più forti

### Dimenticate le fabbriche: questi robot giganti stanno conquistando cantieri edili e parchi eolici ### Niente più gabbie: come i robot pesanti stanno diventando compagni di squadra sicuri per gli umani ### La risposta alla carenza di competenze? Questi robot stanno svolgendo i lavori più difficili del mondo ### Scontro tra Titani: non è la potenza, ma il software a decidere chi costruisce il robot migliore ###

L'evoluzione della forza: ultimi sviluppi nei robot ad alte prestazioni per impieghi gravosi

Il settore della robotica pesante sta attraversando una profonda trasformazione che va ben oltre il semplice aumento di carico utile e portata. I recenti sviluppi dimostrano un cambio di paradigma verso un approccio olistico che enfatizza intelligenza, adattabilità, usabilità e lo sviluppo di nuove aree applicative. Software, intelligenza artificiale (IA) e meccatronica avanzata sono diventati i principali driver di valore, consentendo a queste potenti macchine di svolgere compiti complessi in ambienti dinamici, spesso in collaborazione diretta con i lavoratori umani. Tra le tendenze chiave figurano la crescente sfumatura dei confini tra robot industriali tradizionali e sistemi collaborativi (cobot), l'espansione in settori come l'edilizia e le energie rinnovabili e la crescente importanza del costo totale di proprietà (TCO) e della sostenibilità. Questi sviluppi definiscono la prossima generazione di robot pesanti, che non sono solo più robusti ma, soprattutto, più intelligenti, più flessibili e più accessibili.

La nuova generazione di robot per impieghi gravosi: ridefinire potenza e precisione

Il mercato dei robot per impieghi gravosi si sta evolvendo da una pura competizione per il massimo carico utile a un panorama diversificato in cui prestazioni ed efficienza specifiche per ogni applicazione sono fondamentali. I principali produttori differenziano i loro prodotti attraverso una combinazione di potenza, velocità, compattezza e design intelligente.

Definire la moderna classe dei veicoli pesanti: più che semplice potenza bruta

I robot per impieghi gravosi sono progettati per movimentare carichi a partire da 250 kg e/o con uno sbraccio di oltre 4 metri. Costituiscono la spina dorsale di settori come la produzione automobilistica, l'ingegneria meccanica, le fonderie e, sempre più, anche l'edilizia, dove spostano componenti di grandi dimensioni come blocchi motore, travi in acciaio e intere carrozzerie di veicoli. La gamma di carichi utili è enorme, da diverse centinaia di chilogrammi all'attuale picco di 2.300 kg.

Tuttavia, la valutazione dei moderni robot per impieghi gravosi si è evoluta. Sebbene il carico utile massimo rimanga un criterio chiave, parametri di efficienza olistici stanno diventando sempre più importanti. Questi includono il rapporto carico utile/peso, l'ingombro richiesto, il consumo energetico e la capacità di gestire carichi con elevati momenti di inerzia in modo preciso e dinamico. Questi criteri riflettono una comprensione più approfondita del costo totale di proprietà e dei requisiti degli ambienti di produzione moderni e flessibili.

Panorama competitivo e modelli di punta (2024-2026)

Il mercato è dominato da attori affermati come KUKA, Fanuc, ABB e Yaskawa, mentre nuovi concorrenti come la cinese Estun stanno acquisendo sempre più importanza. Le strategie di queste aziende mostrano una notevole divergenza che va oltre la semplice massimizzazione del carico utile.

Fanuc si conferma leader indiscusso nel segmento ultra-pesante con la serie M-2000iA. Con una portata di 2,3 tonnellate, il modello M-2000iA/2300 è il robot a braccio articolato a 6 assi più potente al mondo ed è ideale per compiti che richiedono la massima forza, come il sollevamento di interi telai di veicoli.

KUKA persegue una strategia di prestazioni ottimizzate. La serie KR FORTEC ultra offre carichi utili fino a 800 kg, ma è caratterizzata da un rapporto peso/carico eccezionalmente buono e da un design compatto. Questo risultato è ottenuto grazie a caratteristiche costruttive innovative, come il sistema a doppio braccio che aumenta la rigidità senza appesantire eccessivamente. Per le applicazioni di pallettizzazione, la serie KR 1000 titan offre modelli con carichi utili fino a 1.300 kg.

ABB posiziona il suo robot di punta IRB 8700 come il più veloce della sua categoria. Con un carico utile fino a 800 kg (o 1.000 kg con il polso inclinato), raggiunge tempi di ciclo più rapidi del 25% rispetto a modelli comparabili. ABB punta inoltre sull'affidabilità attraverso un design meccanico semplificato con un solo motore e riduttore per asse, riducendo la manutenzione e il costo totale di proprietà.

Yaskawa offre un'ampia gamma di prodotti, tra cui il Motoman MH600 con una portata di 600 kg. Il suo design a giunto parallelo garantisce elevata stabilità e rigidità, particolarmente vantaggiose quando si movimentano pezzi con un elevato momento di inerzia. La serie GP è progettata per applicazioni ad alta velocità.

Anche concorrenti emergenti come Estun e Kawasaki stanno entrando nel mercato. Estun, il più grande produttore cinese di robot industriali, prevede di lanciare in Europa modelli come l'ER 13300 con una portata utile di 1.000 kg. Kawasaki sta ampliando il suo portfolio con l'MXP710L (710 kg) e la Serie M, in grado di gestire carichi fino a 1.500 kg.

Questi diversi approcci dimostrano che il mercato dei robot per impieghi gravosi si è evoluto da una corsa unidimensionale per il carico utile più elevato a un panorama competitivo più differenziato. I produttori ora competono su caratteristiche prestazionali specializzate, personalizzate in base alle specifiche esigenze dei clienti – si tratti di massima potenza, efficienza in spazi ristretti o massima velocità. Ciò consente agli utenti di scegliere una soluzione ottimizzata per le proprie condizioni di produzione, anziché optare semplicemente per il modello più potente disponibile.

Giganti robotici: i robot industriali più potenti a confronto

Giganti robotici: i robot industriali più potenti a confronto – Immagine: Xpert.Digital

Nel mondo dei robot industriali, ci sono alcuni colossi impressionanti che si distinguono per le loro enormi capacità di carico e le specifiche tecniche. I produttori Fanuc, KUKA, ABB, Kawasaki, Estun e Yaskawa si contendono il primato in questo segmento di mercato.

Il Fanuc M-2000iA/2300 si distingue per l'eccezionale portata di 2300 kg e presenta un polso con grado di protezione IP67. KUKA presenta il KR 1000 1300 titan PA, un robot con portata di 1300 kg ideale per applicazioni di pallettizzazione e design compatto a 6 assi. L'ABB IRB 8700 si distingue per una velocità superiore del 25% rispetto a modelli simili e un design semplificato per la massima affidabilità.

Con l'MG15HL, Kawasaki si affida a un meccanismo di leveraggio ibrido che consente coppie e carichi utili elevati senza contrappesi aggiuntivi. Lo Yaskawa Motoman MH600 colpisce per il suo design a leveraggio parallelo, che garantisce stabilità anche con carichi con elevati momenti di inerzia.

Un'interessante novità è l'Estun ER 13300, un robot per impieghi gravosi che punta a conquistare il mercato europeo. Questi robot dimostrano in modo impressionante lo sviluppo tecnologico nell'automazione industriale e la costante innovazione dei principali produttori.

Il motore dell'intelligenza: intelligenza artificiale e software come fattori differenzianti chiave

I progressi più significativi nei robot per impieghi gravosi non sono più di natura puramente meccanica. È piuttosto la fusione della robotica con l'intelligenza artificiale e software avanzati che amplia radicalmente le capacità di queste macchine e ne rivoluziona il funzionamento.

Dall'automazione all'autonomia: l'impatto dell'intelligenza artificiale e dell'apprendimento automatico

L'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico (ML) stanno trasformando i robot industriali da strumenti rigidi e pre-programmati a sistemi adattivi e intelligenti in grado di percepire, decidere e apprendere. Questo cambiamento è fondamentale per gestire la variabilità e la complessità nei moderni processi produttivi e logistici.

Percezione avanzata (gli “Occhi”)

I robot moderni non operano più alla cieca. Sono dotati di sofisticati sistemi di sensori, tra cui sistemi di visione 2D e 3D, LiDAR e telecamere stereoscopiche, che forniscono loro una comprensione completa dell'ambiente circostante. Questa capacità percettiva è supportata da algoritmi di deep learning per il rilevamento, la localizzazione e la segmentazione degli oggetti, rendendone possibile l'utilizzo in ambienti non strutturati.

Caso d'uso – prelievo da contenitori: sistemi come KUKA.SmartBinPicking utilizzano l'elaborazione avanzata delle immagini per identificare oggetti disposti casualmente in un contenitore, determinare i loro punti di presa e rimuoverli in sicurezza – un compito praticamente impossibile con la programmazione tradizionale basata su regole.

Caso d'uso – Riconoscimento in cantiere: la ricerca sta sviluppando attivamente modelli di riconoscimento degli oggetti basati su YOLO (You Only Look Once). Questi consentono ai robot di identificare lavoratori, veicoli e strutture edilizie in cantieri dinamici, un prerequisito per il funzionamento autonomo in ambienti così complessi.

Gestione intelligente delle attività (il “cervello”)

L'intelligenza artificiale non serve solo a vedere, ma anche ad agire. I modelli di apprendimento automatico consentono ai robot di adattare le proprie azioni alle mutevoli condizioni in tempo reale.

Caso d'uso – depallettizzazione assistita da intelligenza artificiale: FANUC utilizza sistemi di visione basati sull'intelligenza artificiale per consentire ai robot di scaricare autonomamente pallet misti con dimensioni e posizioni di cartone variabili. Tali sistemi possono processare oltre nove cartoni al minuto, sostituendo il lavoro manuale estremamente impegnativo.

Caso d'uso – saldatura assistita da intelligenza artificiale: i sistemi di nuova generazione, come NovAI™, sfruttano la visione artificiale e l'intelligenza artificiale per una saldatura adattiva in tempo reale. Possono tracciare le saldature, correggere fessure e punti di saldatura e correggere dinamicamente i parametri di saldatura. Ciò automatizza processi precedentemente considerati troppo incoerenti per la robotica a causa delle tolleranze dei componenti e rappresenta un progresso fondamentale per le costruzioni pesanti in settori come la cantieristica navale.

La rivoluzione dell'usabilità: semplificare la complessità con software avanzati

Tradizionalmente, la programmazione di robot industriali era un compito altamente specializzato che richiedeva una conoscenza approfondita di linguaggi di programmazione proprietari come KRL (Kuka) o RAPID (ABB). Ciò rappresentava un'elevata barriera all'ingresso e rallentava l'implementazione di soluzioni di automazione.

Sistemi operativi di nuova generazione

I principali produttori stanno rispondendo a questo collo di bottiglia sviluppando nuovi sistemi operativi intuitivi, progettati per democratizzare il funzionamento dei robot.

KUKA iiQKA.OS: un moderno sistema operativo basato su Linux con un'interfaccia utente web (iiQKA.UI) progettata per essere facile da usare come uno smartphone. Supporta la programmazione basata su istruzioni, consente la messa in servizio virtuale ed è progettato per promuovere un intero ecosistema di app e hardware di terze parti (la "Repubblica Robotica").

FANUC iHMI: l'"Intelligent Human Machine Interface" è un'interfaccia utente grafica touchscreen progettata per ridurre drasticamente i tempi di configurazione e formazione. Integra strumenti di pianificazione, modifica e miglioramento, come la stima dei tempi di ciclo e la gestione della manutenzione, in un'unica interfaccia intuitiva.

Democratizzazione della programmazione

La tendenza si sta chiaramente spostando verso un'interazione senza codice o a basso contenuto di codice. Gli ambienti di programmazione visuale con funzionalità drag-and-drop ed editor grafici per il flusso di lavoro stanno diventando standard. I metodi di "insegnamento tramite dimostrazione", in cui un operatore guida manualmente il braccio robotico attraverso un movimento (guida manuale) o utilizza strumenti esterni come Tracepen di Wandelbot per "mostrare" al robot un compito, stanno ulteriormente riducendo gli ostacoli alla programmazione.

Il potere della simulazione (gemelli digitali)

Software di programmazione e simulazione offline come KUKA.Sim o ABB RobotStudio sono diventati uno strumento indispensabile. Consentono alle aziende di progettare, testare e ottimizzare virtualmente intere celle robotiche prima ancora che l'hardware fisico venga ordinato. Questa "messa in servizio virtuale" riduce significativamente i tempi di configurazione reali, minimizza i rischi grazie al rilevamento tempestivo di collisioni o problemi di accessibilità e consente di eseguire la programmazione parallelamente all'approvvigionamento dell'hardware.

Questi sviluppi indicano un cambiamento fondamentale nella robotica. I produttori non si limitano più a vendere un braccio robotico con un controller, ma stanno costruendo intere piattaforme digitali. Queste includono sistemi operativi, app store, reti di partner e connessioni cloud. KUKA sta promuovendo attivamente un ecosistema di partner ("Robotic Republic") per iiQKA con interfacce aperte per fornitori terzi. Allo stesso tempo, piattaforme come ctrlX AUTOMATION di Bosch Rexroth consentono il controllo di robot di diversi marchi (ABB, KUKA, FANUC) tramite un'interfaccia unificata. Questo sviluppo riflette il cambiamento nel mercato degli smartphone, dove il valore di un dispositivo è in gran parte determinato dal suo ecosistema di app. Il campo di battaglia della concorrenza si sta quindi spostando dalle pure specifiche hardware alla forza e all'apertura dell'ecosistema software. Per gli utenti, ciò significa una minore dipendenza da un singolo produttore, un'innovazione più rapida e l'accesso a una gamma più ampia di soluzioni specializzate. Il robot diventa la piattaforma hardware su cui si basa una soluzione di automazione software-defined.

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Meccatronica avanzata: l'evoluzione fisica della potenza

Parallelamente ai rapidi progressi nel software e nell'intelligenza artificiale, anche la forma fisica dei robot pesanti si sta evolvendo. Le innovazioni nella progettazione, nella scienza dei materiali e nella tecnologia degli end-effector sono fondamentali per tradurre questa maggiore intelligenza in prestazioni meccaniche.

Innovazioni nel design e nei materiali: più prestazioni con meno massa

Una tendenza chiave è lo sviluppo di robot più leggeri e compatti, pur offrendo lo stesso carico utile o un carico maggiore. Il KUKA KR Fortec, ad esempio, è fino a 700 kg più leggero del suo predecessore, mentre la serie KR FORTEC ultra vanta un rapporto peso/carico utile ai vertici della categoria. Questa riduzione di peso riduce i requisiti per le fondamenta, riduce il consumo energetico e ne consente l'impiego in impianti di produzione più densamente popolati e con vincoli spaziali.

Ciò è reso possibile da concetti cinematici avanzati. Il sistema a doppio braccio di KUKA e il design dei bracci altamente rigidi di Fanuc migliorano la precisione e riducono le vibrazioni ad alte velocità e con carichi pesanti. Il meccanismo di collegamento ibrido di Kawasaki elimina la necessità di ingombranti contrappesi, aumentando lo spazio di lavoro del robot.

Un altro aspetto importante è la modularità. Le serie di robot come quelle di KUKA (KR Quantec, Fortec, Fortec ultra) condividono sempre più componenti comuni, come le mani centrali. Questo semplifica la manutenzione e riduce i costi di inventario dei ricambi per i clienti che gestiscono una flotta di robot diversificata.

Per l'impiego in ambienti estremi, varianti specializzate come le versioni "Foundry" o "Hygienic" sono ora standard. Questi modelli sono dotati di polsi e corpi con grado di protezione IP67, rivestimenti resistenti al calore e alla corrosione e lubrificanti adatti al contatto con gli alimenti, che ne consentono l'utilizzo in fonderie, forge o industrie di trasformazione alimentare.

End effector di nuova generazione: le mani del robot

Le pinze all'estremità del braccio robotico, chiamate end effector, si stanno evolvendo da semplici pinze pneumatiche a complessi sistemi meccatronici. Sono sempre più dotate di sensori avanzati che conferiscono loro funzionalità adattive. Sebbene siano ancora prevalentemente utilizzate in applicazioni con carichi utili inferiori, i principi della robotica morbida e della bionica stanno influenzando la tecnologia delle pinze. L'obiettivo è gestire una più ampia varietà di forme e materiali di oggetti con maggiore affidabilità e meno sforzo. Per oggetti pesanti e complessi, si stanno sviluppando meccanismi multiasse completamente azionati che consentono una manipolazione precisa.

I sensori di forza-coppia montati sul polso conferiscono al robot un "senso del tatto". Gli consentono di eseguire compiti delicati, come unire componenti con precisione, applicare una forza definita durante la rettifica o reagire in sicurezza a collisioni impreviste.

L'ecosistema dei sensori: la base per la percezione e la sicurezza

I moderni robot per impieghi gravosi si basano su un ricco ecosistema di sensori interni ed esterni. I sensori interni, come gli encoder dei motori e i sensori di coppia nei giunti, sono essenziali per un controllo preciso del movimento. I sensori esterni, come telecamere 3D, LiDAR e sensori a ultrasuoni, forniscono i dati necessari per la consapevolezza ambientale e la realizzazione di una collaborazione sicura tra uomo e robot. I sistemi integrati di protezione da collisione e sovraccarico possono attivare un arresto di emergenza in caso di collisione o carico eccessivo, proteggendo così sia il robot che il pezzo in lavorazione. Questi sistemi stanno diventando sempre più sofisticati e offrono, ad esempio, soglie di attivazione regolabili pneumaticamente.

Sostenibilità ed efficienza: l'attenzione al costo totale di proprietà (TCO)

L'efficienza energetica è diventata un obiettivo progettuale fondamentale. Grazie a strutture leggere, percorsi di movimento ottimizzati tramite software e modalità standby a risparmio energetico, i produttori stanno riducendo il consumo energetico dei loro robot. Ciò non solo riduce i costi operativi, ma migliora anche l'impatto ambientale della soluzione di automazione. Progetti meccanici semplificati, come quelli adottati da ABB con un solo motore per asse, e la costruzione modulare garantiscono una maggiore affidabilità (tempo medio tra guasti, MTBF) e tempi di riparazione più rapidi (tempo medio di riparazione, MTTR), riducendo ulteriormente il costo totale di proprietà.

I progressi nella meccatronica interagiscono strettamente con gli sviluppi del software e dell'intelligenza artificiale. Un design del braccio più rigido e meno vibrante (miglioramento hardware) è un prerequisito per un software di controllo del movimento avanzato (miglioramento software) che consenta di muovere il robot in modo più rapido e preciso. Gli algoritmi di pianificazione del percorso basati sull'intelligenza artificiale possono quindi calcolare la traiettoria più efficiente dal punto di vista energetico per queste cinematiche. I sensori di forza-coppia integrati, a loro volta, forniscono un feedback in tempo reale, consentendo al software di controllo di reagire a forze impreviste e rendere il processo più robusto. Le prestazioni di un moderno robot per impieghi gravosi sono quindi una proprietà emergente dell'intero sistema, in cui meccanica, sensori e software sono indissolubilmente legati.

Orizzonti ampliati: nuovi campi di applicazione per la robotica pesante

I progressi tecnologici nell'intelligenza artificiale, nel software e nella meccatronica stanno consentendo l'impiego di robot per impieghi gravosi in settori che in precedenza si basavano sul lavoro manuale o su un'automazione rigida. I robot stanno abbandonando i reparti di fabbrica controllati e conquistando ambienti dinamici e non strutturati.

Il cantiere automatizzato

Il settore edile si trova ad affrontare enormi sfide dovute alla carenza di manodopera qualificata, agli elevati rischi per la sicurezza e alla crescente pressione sulla produttività. Di conseguenza, l'81% delle imprese edili prevede di introdurre robot nei prossimi dieci anni.

Applicazioni: I robot per impieghi gravosi manipolano componenti di grandi dimensioni come profili in acciaio, elementi prefabbricati in calcestruzzo e unità abitative modulari. Vengono utilizzati per la produzione automatizzata, ad esempio per forare, rivettare e fissare componenti di grandi dimensioni. Un esempio specifico è il Fischer BauBot, sviluppato appositamente per lavori di foratura e tassellatura in grandi cantieri edili. I robot possono anche essere dotati di utensili da taglio per lavorare componenti in calcestruzzo e acciaio in loco con elevata precisione.

Tecnologie chiave: il successo in questo ambiente non strutturato dipende in modo cruciale dal riconoscimento degli oggetti basato sull'intelligenza artificiale per identificare materiali e ostacoli, nonché da piattaforme mobili robuste.

Energia per il futuro: automazione nella produzione di energie rinnovabili

La massiccia espansione delle energie rinnovabili richiede una produzione e un'installazione più rapide e convenienti di componenti di grandi dimensioni, come pale di turbine eoliche e pannelli solari.

Energia eolica: nella produzione di pale eoliche, i robot vengono utilizzati per la post-lavorazione (rifilatura, levigatura, stuccatura), migliorando la qualità e liberando gli operatori da compiti dannosi per la salute. Nel posizionamento automatico delle fibre (AFP), i bracci robotici posizionano con precisione strisce di fibra di carbonio o di vetro per produrre pale del rotore più leggere e stabili. Speciali sistemi robotizzati lavorano la radice della pala (segatura, fresatura, foratura) e riducono i tempi di ciclo fino al 50% rispetto alle macchine convenzionali.

Energia solare: aziende come Charge Robotics e Terabase stanno sviluppando "fabbriche" mobili che automatizzano il pre-assemblaggio e l'installazione di intere sezioni di moduli solari direttamente nei cantieri di costruzione di parchi solari, raddoppiando potenzialmente la produttività. Il robot "Maximo" di AES utilizza intelligenza artificiale, LiDAR e visione artificiale per automatizzare il sollevamento di carichi pesanti e l'installazione di pannelli solari, riducendo tempi e costi fino al 50%. Il sistema Hyperflex di Comau è una fabbrica mobile su un semirimorchio che assembla e installa inseguitori solari direttamente sul campo.

Modernizzazione dell'industria pesante: cantieristica navale e aerospaziale

Cantieristica navale: questo settore tradizionalmente poco automatizzato sta iniziando ad adottare robot mobili per impieghi gravosi. Sviluppato da Comau in collaborazione con il cantiere navale Fincantieri, MR4Weld è un robot di saldatura mobile autonomo in grado di muoversi nell'ambiente non strutturato di un cantiere navale per eseguire lavori di saldatura su grandi sezioni dello scafo. Questo porta nuovi livelli di flessibilità ed efficienza nell'assemblaggio di gigantesche strutture in acciaio.

Aerospaziale: i robot per impieghi gravosi ad alta precisione vengono utilizzati per forare, rivettare e unire componenti di aeromobili di grandi dimensioni, come ali e sezioni di fusoliera, dove sono richiesti i massimi livelli di accuratezza e ripetibilità.

Chiudere il cerchio: il ruolo nell'economia circolare

Gli obiettivi di sostenibilità e le normative UE stanno determinando la necessità di un riciclaggio e di una rigenerazione efficienti di prodotti complessi.

Smontaggio automatizzato: i robot per impieghi gravosi sono ideali per smontare prodotti grandi e pesanti.

Batterie per veicoli elettrici: a causa del loro peso elevato e dei potenziali rischi (elettrici e chimici), lo smontaggio robotizzato delle batterie per veicoli elettrici è fondamentale per un riciclaggio sicuro ed economico. Progetti di ricerca stanno sviluppando celle robotizzate che separano automaticamente i moduli e le celle delle batterie.

Elettronica e motori su larga scala: il Fraunhofer Institute sta lavorando a sistemi robotici che utilizzano l'intelligenza artificiale e la visione artificiale per smontare automaticamente PC, lavatrici e motori elettrici, recuperando materiali preziosi come rame e magneti in terre rare. Si tratta di un passo importante verso l'istituzione di un "mining urbano".

Questi nuovi ambiti applicativi hanno una cosa in comune: spostano il robot dall'ambiente altamente strutturato e prevedibile di una fabbrica a un "campo" dinamico, non strutturato e spesso ostile. Questo cambiamento di ambiente è il motore principale degli sviluppi tecnologici nell'intelligenza artificiale, nella sensoristica e nella meccatronica. La sfida tecnica si sta spostando dall'ottimizzazione dei movimenti ripetitivi alla gestione dell'incertezza. Il successo futuro dipenderà meno da miglioramenti incrementali in termini di velocità o precisione e più da innovazioni nella percezione ambientale, nella navigazione autonoma e nella pianificazione adattiva delle attività.

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La frontiera della collaborazione: interazione sicura tra uomo e robot con carichi utili elevati

Una tendenza emergente e, a prima vista, contraddittoria è l'applicazione di principi collaborativi a robot capaci di esercitare forze potenzialmente letali. Questo sviluppo sta trasformando i robot pesanti da macchine isolate a potenti compagni di squadra.

Oltre la gabbia: lo spettro della collaborazione

Il tradizionale concetto di sicurezza, che prevede l'utilizzo di robot pesanti all'interno di recinzioni protettive, è inefficiente e crea una rigida separazione tra compiti umani e compiti meccanici. Tuttavia, la moderna collaborazione uomo-robot (HRC) non è un concetto univoco, bensì uno spettro che spazia dalla semplice coesistenza (il robot si ferma quando un essere umano entra nel suo spazio di lavoro) alla stretta collaborazione (uomo e robot lavorano simultaneamente sullo stesso pezzo).

Il vantaggio principale di questo approccio è che, a differenza dei tradizionali cobot leggeri, i robot industriali compatibili con HRC non sono soggetti a limitazioni in termini di carico utile, velocità o precisione. Offrono quindi il meglio di entrambi i mondi: le prestazioni di un robot industriale e la flessibilità di un'applicazione collaborativa.

Tecnologie chiave per la sicurezza dei veicoli pesanti HRC

L'HRC sicuro con robot per impieghi gravosi è reso possibile dalla combinazione di una tecnologia di sensori avanzata e di funzioni di controllo intelligenti.

Rilevamento di sicurezza avanzato: il fondamento di un HRC sicuro è la capacità del sistema di rilevare la presenza e le intenzioni umane. Questo risultato è ottenuto tramite scanner laser certificati, telecamere 3D e persino pavimenti sensibili alla pressione che generano campi protettivi dinamici e multilivello attorno al robot.

Monitoraggio della velocità e della separazione (SSM): si tratta di un metodo collaborativo fondamentale in cui la velocità del robot è inversamente proporzionale alla sua distanza dall'uomo. Se un essere umano si avvicina, il robot rallenta. Se l'uomo si avvicina troppo, il robot entra in una fase di arresto monitorata in sicurezza. Ciò consente un'interazione fluida ed efficiente senza barriere fisiche.

Limitazione di potenza e forza (PFL): sebbene questa funzionalità sia complessa a causa dell'elevata inerzia dei robot per impieghi gravosi, sistemi di controllo avanzati e sensori di coppia in ogni giunto consentono anche ai robot di grandi dimensioni di operare in modalità a forza limitata per compiti specifici. Si arrestano immediatamente in caso di contatto imprevisto. Questa funzionalità viene spesso utilizzata nelle attività di guida manuale o di passaggio di consegne.

Standardizzazione e valutazione del rischio: l'implementazione di applicazioni HRC sicure è regolamentata da norme come la EN ISO 10218 e la specifica tecnica ISO/TS 15066. Un prerequisito fondamentale è sempre un'attenta valutazione del rischio dell'intera applicazione – robot, pinza, pezzo in lavorazione e ambiente circostante. Anche un robot intrinsecamente sicuro può azionare un utensile pericoloso.

Questi sviluppi stanno portando a una ridefinizione del termine "cobot". Tradizionalmente, questo termine era sinonimo di bracci robotici piccoli, leggeri e intrinsecamente sicuri. L'integrazione di funzionalità collaborative nei robot industriali per impieghi gravosi sta rompendo questo paradigma. "Collaborativo" si sta evolvendo da sostantivo (un tipo di robot, "un cobot") a aggettivo o a un insieme di funzionalità ("un'applicazione robotica collaborativa"). Il futuro non risiede nella scelta binaria tra "cobot" e "robot industriale", ma nella selezione di un robot industriale con il carico utile e le prestazioni appropriati, che sia poi dotato delle funzionalità di sicurezza collaborativa richieste per l'applicazione specifica. Questo amplia notevolmente il potenziale dell'HRC ad aree precedentemente inaccessibili alla stretta collaborazione uomo-macchina, come l'assemblaggio di carichi pesanti o la logistica.

RaaS spiegato: come le aziende abbassano la barriera all'ingresso per i robot

Il mercato della robotica pesante è destinato a una crescita sostenuta, trainata dalle innovazioni tecnologiche e dall'espansione in nuovi settori. Tuttavia, per un'implementazione di successo, le aziende devono prendere decisioni strategiche che vadano oltre la mera valutazione tecnologica.

Dimensione del mercato e previsioni di crescita

Il mercato globale della robotica industriale è un settore significativo e in crescita. Le previsioni sulle dimensioni del mercato variano a seconda dell'ambito e della metodologia dell'analisi, ma mostrano costantemente un trend positivo:

• Un'analisi prevede una crescita da 33,9 miliardi di dollari nel 2024 a 60,5 miliardi di dollari entro il 2030, corrispondente a un tasso di crescita annuo composto (CAGR) del 9,9%.
• Un altro studio prevede una crescita da 16,9 miliardi di dollari (2024) a 29,4 miliardi di dollari entro il 2029 (CAGR 11,7%).
• Una terza previsione prevede una crescita da 19,9 miliardi di dollari (2024) a 55,5 miliardi di dollari entro il 2032 (CAGR 14,2%).

Il mercato specifico delle piattaforme robotiche per impieghi gravosi è stato stimato in 333,5 milioni di dollari entro il 2024, con una previsione di 446,0 milioni di dollari entro il 2030 (CAGR 5,0%). La discrepanza con i dati complessivi evidenzia che i robot per impieghi gravosi rappresentano un segmento di mercato ad alto valore, ma con volumi più ridotti.

Secondo la Federazione Internazionale di Robotica (IFR), il parco robot industriale operativo a livello globale ha raggiunto il livello record di 4,28 milioni di unità nel 2023, con un aumento del 10% rispetto all'anno precedente. Sebbene il 2024 abbia registrato una temporanea contrazione del mercato, si prevede che il trend di crescita a lungo termine riprenderà nel 2025. L'Asia, in particolare la Cina, rimane il mercato più grande e in più rapida crescita, rappresentando il 70% delle nuove installazioni.

Principali fattori di crescita e ostacoli

Fattori di crescita:

• Carenza di manodopera qualificata e cambiamento demografico: in molti paesi industrializzati, la carenza di lavoratori qualificati sta determinando l'automazione di compiti fisicamente impegnativi e ripetitivi.
• Industria 4.0 e Smart Manufacturing: la messa in rete e la digitalizzazione della produzione richiedono robot intelligenti e flessibili come componenti centrali.
• Sviluppo di nuovi settori: la crescita è sempre più trainata dall'adozione in settori diversi da quello automobilistico, come la logistica, l'edilizia e le energie rinnovabili.
• Sostenibilità e reshoring: i robot migliorano l'efficienza dei materiali, riducono gli sprechi e consentono una produzione nazionale efficiente in termini di costi.

Ostacoli:

• Elevati investimenti iniziali: i costi del robot, della sua integrazione e delle periferiche necessarie rappresentano un ostacolo significativo, soprattutto per le piccole e medie imprese (PMI).
• Complessità di integrazione: nonostante interfacce più intuitive, integrare i robot nei sistemi legacy esistenti e garantire l'interoperabilità può rimanere una sfida.

Imperativi strategici per l'implementazione

Per le aziende che prendono in considerazione l'impiego di robot per impieghi gravosi, le seguenti considerazioni strategiche sono cruciali:

• Spostare l'attenzione dalle spese in conto capitale (CAPEX) al TCO e al ROI: le decisioni di investimento non dovrebbero basarsi esclusivamente sul prezzo di acquisizione. È essenziale un'analisi olistica del costo totale di proprietà (TCO) – consumi energetici, manutenzione e disponibilità – nonché del ritorno sull'investimento (ROI) – da una maggiore produttività, una migliore qualità e una riduzione dei costi di manodopera –
• Sfruttamento di nuovi modelli di business: modelli come Robotics-as-a-Service (RaaS) abbassano la barriera dell'investimento iniziale consentendo alle aziende di noleggiare le capacità dei robot come spesa operativa anziché come investimento di capitale.
• Investire nello sviluppo della forza lavoro: semplificare la programmazione non elimina la necessità di personale qualificato. Piuttosto, sposta le competenze richieste dalla programmazione pura a compiti di livello superiore come l'ottimizzazione dei processi, il monitoraggio dei sistemi e la manutenzione. Le aziende devono investire nella formazione della propria forza lavoro per gestire e collaborare efficacemente con queste macchine intelligenti.
• Dare priorità a software ed ecosistemi: nella scelta di un robot, la piattaforma software del produttore, la sua facilità d'uso e l'ampiezza dell'ecosistema di partner dovrebbero essere criteri chiave. Un ecosistema solido offre accesso a soluzioni preintegrate e protegge l'investimento in futuro da requisiti in continua evoluzione.

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Konrad Wolfenstein

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