La robotica industriale si occupa della ideazione, progettazione e sviluppo di macchine robotiche da impiegare nei processi produttivi di beni e servizi ed in particolare nell’industria. I robot industriali trovano gia impiego in molti settori economici e sono tanti i fabbricanti di queste macchine tra cui anche imprese italiane. In queste applicazioni difficilmente è necessario che gli apparecchi abbiamo una forma antropomorfa, molto spesso si presentano come semplici bracci meccanici.
Associazione Italiana di Robotica e Automazione
La robotica industriale è una delle tecnologie che più hanno contribuito alla trasformazione dei moderni processi produttivi. I robot industriali permettono infatti di automatizzare operazioni ripetitive, movimentare materiali e componenti, eseguire lavorazioni con elevata precisione e svolgere attività che possono essere difficili, pericolose o poco ergonomiche per gli operatori.
Secondo la definizione basata sulla norma ISO 8373:2021, un robot industriale è un manipolatore automatico, riprogrammabile e multifunzionale, programmabile su almeno tre assi, destinato ad applicazioni di automazione in ambiente industriale.
I vantaggi della robotica industriale
L’introduzione dei robot nelle fabbriche offre numerosi vantaggi, soprattutto quando le macchine vengono impiegate nelle operazioni ripetitive o caratterizzate da elevati requisiti di precisione.
Maggiore produttività
Un robot industriale può lavorare per periodi molto lunghi e mantenere un ritmo produttivo costante. Questo permette di aumentare il numero di pezzi prodotti nell’unità di tempo e di rendere più prevedibile la capacità produttiva di una linea.
La velocità, naturalmente, dipende dal tipo di robot e dall’operazione da eseguire: un robot Delta, per esempio, è particolarmente adatto alle operazioni di pick-and-place ad alta velocità, mentre un robot articolato può essere preferibile quando sono necessari movimenti più complessi.
Elevata precisione e ripetibilità
Uno dei principali punti di forza della robotica industriale è la capacità di eseguire movimenti ripetitivi con elevata precisione e soprattutto con elevata ripetibilità. Questa caratteristica è particolarmente importante nelle operazioni di assemblaggio, saldatura, lavorazione, movimentazione e controllo qualità, dove anche piccoli errori possono compromettere il risultato finale.
Maggiore sicurezza
I robot possono essere impiegati per svolgere attività pericolose per gli esseri umani: movimentazione di materiali pesanti, esposizione a temperature elevate, operazioni in presenza di sostanze o ambienti potenzialmente nocivi, saldatura e alcune lavorazioni industriali. In questo modo l’operatore può essere allontanato dalla zona più pericolosa e dedicarsi alle attività di supervisione, programmazione, manutenzione e controllo.
Riduzione degli errori
L’automazione consente di standardizzare molte operazioni produttive. Un robot correttamente programmato esegue la stessa sequenza di movimenti senza essere influenzato dalla fatica o dalla ripetitività dell’attività. Questo può contribuire a ridurre gli errori nelle operazioni standardizzate e a rendere più uniforme la qualità della produzione.
Funzionamento continuo
A differenza di un operatore umano, il robot non risente della fatica fisica e può essere utilizzato per lavorazioni su più turni, con le necessarie pause e attività di manutenzione. Questo rende particolarmente interessante la robotica industriale nelle produzioni caratterizzate da elevati volumi e dalla necessità di mantenere attivi gli impianti per molte ore al giorno.
Flessibilità e riprogrammazione
Molti robot industriali possono essere riprogrammati per eseguire lavorazioni differenti. Questa caratteristica è particolarmente importante nelle fabbriche moderne, dove aumenta la necessità di produrre serie più brevi e un numero maggiore di varianti dello stesso prodotto.
Migliore ergonomia
La robotica può sostituire l’uomo nelle attività caratterizzate da movimenti ripetitivi, sollevamento di carichi, posture scomode o operazioni prolungate. L’obiettivo non è quindi soltanto aumentare la produttività, ma anche rendere più sostenibile il lavoro umano all’interno dello stabilimento.
Gli svantaggi della robotica industriale
Nonostante i numerosi vantaggi, l’introduzione della robotica industriale comporta anche alcuni svantaggi e investimenti che devono essere attentamente valutati.
Elevato investimento iniziale
L’acquisto del robot rappresenta soltanto una parte dell’investimento. Una cella robotizzata può richiedere sistemi di sicurezza, sensori, visione artificiale, nastri trasportatori, utensili, software, programmazione e attività di integrazione. Per questo motivo il costo iniziale può essere significativo, soprattutto per le piccole imprese.
Costi di manutenzione e gestione
I robot industriali sono macchine complesse e richiedono manutenzione programmata e, in caso di guasto, personale specializzato. Un fermo macchina può inoltre provocare l’interruzione di una parte della produzione.
Necessità di personale qualificato
La robotizzazione aumenta la richiesta di competenze specifiche. Programmazione, manutenzione, integrazione dei sistemi, sicurezza e gestione dei dati richiedono personale adeguatamente formato.
Non tutte le attività sono facilmente automatizzabili
Un robot funziona particolarmente bene quando il processo è strutturato e prevedibile. Operazioni che richiedono elevata capacità di adattamento, manipolazione di oggetti molto variabili o decisioni complesse possono essere più difficili da automatizzare. Per questo motivo la scelta del robot deve essere effettuata considerando attentamente il processo produttivo e non soltanto le caratteristiche della macchina.
Principali tipi di robot industriali
I robot industriali possono essere classificati in base alla loro struttura meccanica, alla cinematica e al tipo di movimento consentito. Tra le configurazioni più importanti troviamo robot articolati, SCARA, cartesiani, Delta e altre architetture specializzate.
1. Robot articolati
I robot articolati sono probabilmente la tipologia più riconoscibile di robot industriale. Sono costituiti da una serie di bracci collegati mediante giunti rotativi e possono avere diversi gradi di libertà. I modelli a sei assi sono particolarmente diffusi perché permettono di orientare l’utensile nello spazio con grande libertà di movimento.
La loro versatilità li rende adatti a numerose applicazioni: saldatura, assemblaggio, movimentazione, verniciatura, lavorazione meccanica, pallettizzazione e molte altre operazioni. Sono molto utilizzati anche nell’industria automobilistica, dove la possibilità di raggiungere punti diversi con angolazioni differenti rappresenta un importante vantaggio.
2. Robot SCARA
I robot SCARA, acronimo di Selective Compliance Assembly Robot Arm, sono progettati principalmente per operazioni rapide di assemblaggio e movimentazione sul piano orizzontale. La loro struttura compatta e la velocità di movimento li rendono particolarmente indicati per il pick-and-place, l’assemblaggio di piccoli componenti e alcune operazioni nell’industria elettronica e farmaceutica.
Rispetto a un robot articolato hanno una libertà di movimento più limitata, ma proprio questa semplicità permette di ottenere velocità elevate e una buona efficienza nelle applicazioni per cui sono stati progettati.
3. Robot cartesiani
I robot cartesiani utilizzano generalmente tre assi lineari per muovere l’organo terminale secondo le coordinate X, Y e Z. La struttura è relativamente semplice e consente di ottenere movimenti lineari facilmente programmabili. Sono utilizzati in numerose applicazioni di movimentazione, assemblaggio, lavorazione e automazione delle macchine utensili.
Uno dei loro vantaggi è la possibilità di realizzare sistemi di dimensioni molto diverse, adattandoli allo spazio e alle esigenze della linea produttiva. Lo svantaggio principale è rappresentato dalla minore flessibilità rispetto ai robot articolati.
4. Robot Delta
I robot Delta sono caratterizzati da una particolare struttura parallela composta da più bracci collegati a una base fissa. La loro principale caratteristica è l’elevatissima velocità. Per questo vengono utilizzati soprattutto quando occorre prelevare, spostare e posizionare rapidamente numerosi oggetti. Sono particolarmente diffusi nel packaging, nell’industria alimentare, farmaceutica ed elettronica, dove possono eseguire rapidamente operazioni di pick-and-place.
5. Robot cilindrici
I robot cilindrici utilizzano una combinazione di movimenti rotativi e lineari che genera uno spazio operativo caratterizzato da una geometria cilindrica. Sono stati impiegati in diverse applicazioni industriali, soprattutto nella movimentazione e nell’assemblaggio. Oggi sono meno diffusi rispetto ai robot articolati, SCARA e cartesiani, ma rappresentano una delle principali configurazioni storiche della robotica industriale.
6. Robot polari o sferici
I robot polari, chiamati anche sferici, utilizzano assi rotativi e un asse lineare e possono operare all’interno di uno spazio di lavoro approssimativamente sferico. Questa configurazione ha avuto un ruolo importante nello sviluppo della robotica industriale, ma oggi è meno comune rispetto alle architetture più moderne.
7. Robot paralleli
I robot paralleli sono manipolatori nei quali l’organo terminale è collegato alla base attraverso più catene cinematiche. La configurazione Delta appartiene a questa famiglia. I robot paralleli possono offrire elevata velocità e rigidità, caratteristiche utili in applicazioni specifiche, anche se la loro progettazione e programmazione possono essere più complesse.
8. Robot collaborativi
Un’importante evoluzione della robotica industriale è rappresentata dai robot collaborativi, o cobot. A differenza dei tradizionali robot industriali, progettati generalmente per lavorare all’interno di celle delimitate e protette, i cobot sono concepiti per applicazioni nelle quali uomo e robot possono condividere più direttamente lo spazio di lavoro, quando la valutazione dei rischi e la progettazione della cella lo consentono.
I cobot sono particolarmente interessanti per le piccole e medie imprese perché possono essere utilizzati in attività di assemblaggio, movimentazione, controllo qualità e asservimento delle macchine. La collaborazione uomo-robot richiede tuttavia un’attenta progettazione della sicurezza: non è sufficiente che una macchina venga semplicemente definita “collaborativa” per poter operare senza protezioni o valutazione dei rischi.
In quali settori vengono utilizzati i robot industriali?
La robotica industriale è ormai presente in un numero molto elevato di comparti produttivi. Le applicazioni comprendono, tra le altre, saldatura, verniciatura, assemblaggio, movimentazione, pallettizzazione, confezionamento, ispezione e controllo qualità.
Industria automobilistica
L’industria automobilistica è uno dei settori che storicamente ha fatto maggiore uso della robotica industriale. I robot vengono impiegati per saldatura a punti, saldatura ad arco, verniciatura, movimentazione delle parti, assemblaggio e applicazione di adesivi e sigillanti. L’elevato numero di operazioni ripetitive e la necessità di mantenere elevati standard qualitativi rendono questo settore particolarmente adatto all’automazione.
Industria metalmeccanica
Nella metalmeccanica i robot possono essere utilizzati per saldatura, asservimento di macchine utensili, movimentazione dei pezzi, molatura, sbavatura, pallettizzazione e lavorazioni automatizzate. In questo ambito la robotica permette anche di affidare alle macchine attività caratterizzate da polveri, scintille, rumore o condizioni ergonomiche difficili.
Industria elettronica
La produzione di componenti elettronici richiede precisione e rapidità. Robot SCARA, Delta e altre soluzioni compatte possono essere utilizzati per assemblaggio, movimentazione, posizionamento e controllo dei componenti. In questo settore sono particolarmente importanti la precisione, la ripetibilità e la capacità di manipolare oggetti di piccole dimensioni.
Industria alimentare
Nell’industria alimentare i robot sono impiegati soprattutto per movimentazione, confezionamento, pallettizzazione, depallettizzazione e selezione dei prodotti. I robot Delta sono particolarmente adatti alle operazioni rapide di pick-and-place, mentre i robot articolati possono essere utilizzati per attività di movimentazione e pallettizzazione. Un impiego tipico in questo settore è il confezionamento dell’acqua minerale.
Industria farmaceutica
Il settore farmaceutico richiede elevati livelli di precisione, tracciabilità e controllo delle condizioni produttive. I robot possono essere utilizzati per movimentare confezioni, manipolare prodotti, eseguire operazioni di packaging e automatizzare attività ripetitive all’interno delle linee produttive.
Packaging
Il packaging è uno dei settori nei quali la robotica industriale trova un impiego particolarmente esteso. I robot possono prelevare prodotti da un nastro trasportatore, inserirli nelle confezioni, raggrupparli, orientare gli imballaggi e infine collocarli sui pallet. La rapidità dei robot Delta li rende particolarmente interessanti per le operazioni di pick-and-place ad alta frequenza.
Logistica e movimentazione
Nei moderni stabilimenti industriali i robot vengono utilizzati anche per la movimentazione interna delle merci. I robot industriali possono prelevare e depositare componenti, caricare e scaricare macchinari, pallettizzare prodotti e gestire alcune operazioni di fine linea. A questi sistemi si affiancano robot mobili, AGV e AMR, che appartengono a una categoria distinta ma sempre più integrata nei sistemi di automazione industriale.
Plastica e gomma
Nel settore della plastica i robot vengono utilizzati, tra l’altro, per l’asservimento delle presse a iniezione, la movimentazione dei pezzi, la rifilatura, il controllo e il confezionamento. L’automazione permette di sincronizzare il robot con le macchine di produzione e di ridurre i tempi di movimentazione.
Legno e arredamento
Anche l’industria del legno e dell’arredamento utilizza sempre più sistemi robotizzati per movimentazione, levigatura, verniciatura, lavorazioni meccaniche, assemblaggio e pallettizzazione. La possibilità di programmare il robot per eseguire percorsi differenti è particolarmente interessante nelle produzioni caratterizzate da numerosi modelli e varianti.
Edilizia e materiali da costruzione
La robotica industriale trova applicazioni anche nella produzione di materiali e componenti per l’edilizia. I robot possono movimentare laterizi, pannelli, piastrelle e altri prodotti, oltre a occuparsi di pallettizzazione e confezionamento.
Controllo qualità e ispezione
Grazie all’integrazione con sistemi di visione artificiale, i robot possono essere utilizzati anche per controllare automaticamente i prodotti. Telecamere e sensori permettono di individuare difetti, verificare dimensioni, riconoscere componenti e controllare la corretta esecuzione di determinate operazioni. Questa combinazione tra robotica, sensori e software rappresenta uno degli sviluppi più importanti della moderna automazione industriale.