La robotica si sta sempre più integrando in tantissimi aspetti della società e tecnologici. Il miglioramento continuo degli algoritmi e i processori sempre più potenti consentono ai robot di ultima generazione di diventare sempre più efficienti e intelligenti nello svolgimento delle attività. Di conseguenza, molti lavori umani estenuanti, monotoni o addirittura pericolosi possono essere facilmente sostituiti da macchine robotiche. Analog Devices ha presentato all'evento globale Electronica 2022 sull'elettronica industriale a 360 gradi, tenutosi a Monaco di Baviera dal 15 al 18 Novembre 2022, una serie di soluzioni efficienti che semplificano la robotica industriale, dando un importante impulso alla crescita di questo settore delle tecnologie emergenti.
Introduzione
La robotica continua ad evolversi in modo importante e, grazie alla sua continua evoluzione, guida rilevanti cambiamenti tecnologici. Nello specifico, la robotica industriale rappresenta una tecnologia basata su dispositivi meccanici programmabili, nello specifico macchine intelligenti che possono integrare sistemi sensoristici avanzati, dispositivi di controllo, movimentazione e software di ultima generazione. Ormai i progressi nella robotica industriale consentono di reperire molte marche e tipologie diverse di robot. Il mercato della robotica offre, inoltre, un set diversificato di robot, in base al contesto e all'applicazione cui sono destinati: si va dai robot cartesiani (noti anche come robot lineari) che utilizzano il sistema di coordinate cartesiane e lavorano su 3 assi lineari, si muovono quindi in linea retta su 3 assi diversi; si tratta di robot molto flessibili in termini di operazioni eseguite e vengono spesso utilizzati per la stampa 3D e le macchine CNC. Un altro robot molto popolare e diffuso nella produzione è il robot articolato; la sua configurazione e i movimenti meccanici ricordano molto le braccia umane. I robot articolati eseguono la saldatura, la movimentazione dei materiali, l'imballaggio, l'asservimento delle macchine e l'assemblaggio di componenti. I robot SCARA funzionano su 3 assi e hanno anche capacità di movimento rotatorio, vengono tipicamente utilizzati per l'assemblaggio, la pallettizzazione e l'applicazione biomedica. Poi, ci sono i robot cilindrici, che hanno sempre un giunto rotante alla base e poi un giunto prismatico per collegare le maglie. Vengono ampiamente utilizzati in spazi di lavoro ristretti per asservimento macchine, assemblaggio semplice e applicazioni di rivestimento grazie al loro design notevolmente compatto. Concludiamo la casistica con i robot Delta, utilizzati generalmente per applicazioni rapide di prelievo e posizionamento nell'industria farmaceutica, alimentare ed elettronica; i robot Polar, che sono robot sferici, comunemente usati per lo stampaggio a iniezione, la saldatura, la pressofusione e la movimentazione dei materiali, e infine i robot collaborativi (noti anche come cobot, co-robot o collaborative robot) che possono interagire in sicurezza con gli esseri umani in uno spazio di lavoro condiviso e sono utilizzati solitamente per pallettizzazione, operazioni di pick and place, controllo qualità e asservimento macchine. I robot sono utilizzati in sostituzione degli esseri umani nel contesto industriale, dal momento che sono in grado di eseguire compiti ripetitivi o pericolosi con estrema precisione, anche in ambienti particolarmente complessi come quello industriale, appunto. La robotica industriale continuerà a diventare più popolare anno dopo anno e anche nel futuro, continuando a migliorare progressivamente. Le macchine robotiche, infatti, si stanno ritagliando importanti fette di mercato in una varietà di settori, in particolare nell'industria automobilistica e manifatturiera. I robot in ambito industriale aumentano la produttività e la qualità nelle lavorazioni, riducono gli errori e gli sprechi, e rendono i luoghi di lavoro più sicuri. Si occupano di lavori monotoni e ripetitivi, consentendo agli esseri umani di concentrarsi su altri compiti che richiedono più abilità e concentrazione, nonché nuove competenze. I robot industriali, pur essendo perfettamente integrati negli ambienti di lavoro, non vanno però interpretati come dispositivi sostitutivi del lavoro umano. Questo è un concetto profondamente sbagliato, infatti, tutti i robot possono essere realizzati per integrarsi con macchinari già esistenti in un determinato spazio di lavoro, svolgere compiti più pericolosi e rendere lo spazio di lavoro più sicuro, per consentire agli esseri umani di concentrarsi su attività operative che richiedono un altro tipo di abilità e competenze. Ad oggi, la maggior parte dei sistemi robotici industriali in uso ha ancora bisogno della supervisione umana per riparazioni e cicli di manutenzione. Nonostante i costi iniziali siano abbastanza elevati, la robotica industriale offre un ottimo ritorno sull'investimento (ROI). I robot hanno dimostrato chiaramente nel corso degli anni che è possibile risparmiare molto denaro in futuro con un utilizzo continuo, diventando anche uno strumento strategico per il business delle industrie che li adottano nelle attività produttive.
Una panoramica sul mercato della robotica industriale
Diamo ora uno sguardo all'andamento del mercato della robotica industriale attraverso i dati forniti da: International Federation of Robotics "Top 5 Robot Trends 2022", Feb 2022 e Logistics IQ Research "AGV-AMR Market (3rd Edition)" 2022 (Figura 1). La robotica industriale è caratterizzata da volumi di fatturato in crescita. L'utilizzo di robot industriali nelle industrie manifatturiere è raddoppiato negli ultimi 5 anni e si prevede un aumento di 6 volte nei prossimi 5 anni per gli Autonomous Mobile Robots (AMR). La digitalizzazione dell'impianto di produzione promuove inoltre nuovi contenuti di connettività e rilevamento intelligente.
Figura 1: Trend di mercato della robotica industriale (Fonti: International Federation of Robotics "Top 5 Robot Trends 2022", Feb 2022 e Logistics IQ Research "AGV-AMR Market (3rd Edition)" 2022)
La tecnologia di Analog Devices al servizio della robotica industriale
Analog Devices è leader nel controllo del movimento di precisione, nel rilevamento di precisione all'avanguardia, e nella tecnologia di acquisizione dati e misurazione. Propone le migliori soluzioni di connettività della categoria, e vanta un ampio portafoglio di soluzioni di alimentazione e sistemi di gestione della batteria, nonché microcontrollori sicuri a bassissimo consumo con Intelligenza Artificiale integrata, algoritmi per sicurezza, navigazione e rilevamento oggetti. La massiccia presenza di sensori, combinati all'edge processing ed alla connettività, rendono la robotica industriale una tecnologia in grado di abilitare un mondo più sostenibile. Nello specifico, l'obiettivo delle soluzioni di robotica industriale di Analog Devices è quello di facilitare la produzione flessibile grazie al rilevamento e al controllo intelligenti, ciò che si traduce concretamente nelle fasi di riconoscimento, interpretazione con sistemi AI, controllo, Pick and Place, alimentazione e connettività. Integrando la conoscenza del sistema in ogni nodo del sistema robotico, la capacità della progettazione robotica è stata portata a un livello successivo. Inoltre, l'integrazione modulare con hardware e software, abilitata dal Robotic Operating System (ROS), affronta le criticità dovute alla complessità del sistema e la scalabilità. Attraverso le sue soluzioni, ADI colma il divario tra il componente e l'applicazione finale, consentendo agli ingegneri di concentrarsi sugli sviluppi di sistemi nuovi e tecnologicamente più avanzati. Attraverso il suo valido team di ingegneri e progettisti, ADI si pone come leader nell'ingegneria dei robot intelligenti per la produzione di sistemi personalizzati. La customizzazione sta guidando la necessità di flessibilità nei sistemi e nelle linee di produzione, richiedendo una rapida riconfigurazione per tenere conto dei cambiamenti in tempo reale nel mix di prodotti, nel volume di produzione o nella sequenza dei processi. La Figura 2 mostra un robot dinamico per l'identificazione e il prelievo di oggetti con un effettore finale ottimizzato.
Figura 2: Robot dinamico per l'identificazione e il prelievo di oggetti
I punti salienti di questo sistema robotico sono:
- CMOS Sensor and Compute (ToF)
ADTF3175, ADTF3150 - Gesture Sensing and Dynamic safety fence
MAX78000 (for audio and simple video enhancements) - Gripper system
TMCM-1617-GRIP - RF Transceivers
ADMV9611 and ADMV9621
Il modulo ToF ADTF3175 (Figura 3) facilita l'integrazione del sistema. Illuminando attivamente un oggetto con una sorgente di luce modulata, ad esempio un laser, e un sensore sensibile alla lunghezza d'onda del laser per registrare la luce riflessa, una fotocamera ToF può stimare efficacemente la distanza.
Figura 3
Il rilevamento dei gesti (Gesture Sensing) è possibile grazie all'apprendimento automatico audio e visivo (Audio & Visual Machine Learning). In questo ambito sono due i componenti principali:
- L'acceleratore di reti neurali MAX78000: si tratta di un System-on-chip che abilita l'IA nei dispositivi alimentati a batteria. E' dotato di un'architettura unica per migliorare l'energia ed è altamente ottimizzato per reti neurali convoluzionali (Convolutional Neural Networks, CNN). Non è richiesta nessuna memoria esterna.
- Il Microcontrollore Low Power MAX32666: si tratta di un microcontrollore ad alta efficienza e DSP audio, con Bluetooth 5 radio a basso consumo energetico. La gestione dell'alimentazione massimizza il tempo di funzionamento della batteria nelle più svariate applicazioni.
Figura 4
Analog Devices ha predisposto anche sistemi avanzati per le funzionalità di presa ottimizzata. In tal senso, un componente strategico è il TMCM1617 Motor Control / Driver Power Management Evaluation Board. Questo abilita il controllo di un motore BLDC tramite EtherCAT®, IO Link® o RS-485 utilizzando il protocollo TMCL (Trinamic Motion Control Language) di ADI Trinamic ed offre un retrofit della soluzione di presa per effettori robotici di estremità senza dover eseguire una progettazione completa dell'hardware. Non è richiesto nessuno sviluppo software, è di facile implementazione utilizzando TMCL-IDE ed ha un fattore di forma ridotto (da montare in una flangia ISO 9409-1-50-4-M6).
Figura 5
Lato comunicazioni wireless a 60 GHz, l'accoppiatore NearFi trasmette senza contatto in tempo reale i dati Ethernet e garantisce alimentazione senza contatto su un'intercapedine d'aria di un centimetro. L'energia viene trasferita induttivamente dall'accoppiatore di base all'accoppiatore remoto. Tra la base e il remoto, la trasmissione Ethernet a 100 Mbps in tempo reale è bidirezionale, indipendente dal protocollo e priva di latenza. I Transceivers RF ADMV9611 e ADMV9621 sono la soluzione di sistema di collegamento dati wireless end-to-end per giunti robotici e meccanici. Il sistema include antenna mmWave, trasmettitore e ricevitore, interconnessione, gestione dell'alimentazione e circuiti integrati di interfaccia in banda base.
Figura 6
Considerazioni conclusive
L'enorme quantità di crescita e diffusione della robotica industriale nelle linee di produzione è principalmente dovuta all'impegno dei players del settore. Analog Devices (ADI) sta guidando la rivoluzione della robotica industriale in aree strategiche quali il controllo del movimento, la sicurezza funzionale, il rilevamento avanzato e la progettazione a livello di sistema. I punti chiave della sua tecnologia abilitante e il know-how di sistema di ADI includono il rilevamento della profondità ad alta precisione, l'elaborazione e la mappatura intelligenti dell'IA, le comunicazioni ottimizzate, i sistemi di gestione della batteria. Analog Devices lavora costantemente per fornire un ambiente di lavoro più sicuro e protetto per gli esseri umani, e orientato all'incremento dell'efficienza produttiva in linea con gli obiettivi di business.
