Se stai leggendo questo articolo, è probabile che tu abbia passato troppo tempo a risolvere i problemi di pianificazione del percorso del robot collaborativo a sei assi, guardando il tuo robot sprecare energia, perdere tempi di ciclo o intasarsi a metà attività perché il suo percorso dal punto A al punto B è più una strada tortuosa che un percorso rettilineo e intelligente. In qualità di fornitore di questi piccoli cavalli da lavoro, ho visto in prima persona quanto una cattiva pianificazione del percorso possa uccidere un progetto. Abbiamo risposto alle chiamate di produttori che ritenevano che il loro CR920 fosse poco performante, solo per rendersi conto che il suo percorso era ottimizzato per la "sicurezza" invece che per la velocità e l'efficienza. Se sei su quella barca, analizziamo come ottimizzare effettivamente la pianificazione del percorso del cobot a sei assi senza complicarla eccessivamente.
Innanzitutto, chiariamo una cosa: la pianificazione del percorso per i cobot a sei assi non consiste solo nel passare dal punto X al punto Y. Si tratta di tenere conto di ogni giunto, carico utile e variabile ambientale che rende unico il tuo cobot. A differenza dei robot industriali che vivono in gabbie, i robot collaborativi devono lavorare attorno agli esseri umani, alle parti e talvolta alle attrezzature esistenti, quindi l'ottimizzazione deve bilanciare velocità, sicurezza e consumo di energia. Direi che l'errore più grande che vedo commettere dai clienti è quello di adottare per impostazione predefinita il percorso integrato del cobot invece di modificarlo per il loro compito specifico. Ad esempio, un'attività di prelievo e posizionamento che funziona alla grande su un simulatore potrebbe trasformarsi in un disordine lento e ad alto consumo energetico in officina perché non ti sei adattato al carico utile di 5 kg delle parti che stai spostando.
Cominciamo dalle basi: regolazione dei parametri cinematici. I cobot a sei assi hanno sei giunti, ciascuno con la propria portata, limite di velocità e accelerazione. Se utilizzi semplicemente i limiti comuni predefiniti, lasci le prestazioni sul tavolo. La maggior parte dei controller dei cobot ti consente di regolare il "ridimensionamento della velocità congiunta" e il "livellamento dell'accelerazione", ma la maggior parte delle persone lo imposta e lo dimentica. Il punto è questo: una maggiore accelerazione non è sempre migliore. Se il tuo percorso presenta curve strette, un'accelerazione troppo elevata può far sobbalzare il robot, il che non solo spreca energia ma, nel tempo, affatica anche le articolazioni. Abbiamo avuto clienti che hanno ridotto il tempo di ciclo del 15% semplicemente impostando l'accelerazione per giunto invece di utilizzare un'impostazione globale. Per i cobot della serie CR (come ilRobot collaborativo CR1400), si tratta di un punto di svolta perché il loro design cinematico consente ai singoli giunti di muoversi in modo indipendente senza sacrificare la stabilità complessiva. Il telaio leggero della CR1400 è progettato per questo tipo di messa a punto, quindi non devi scendere a compromessi sulla resistenza per ottenere un migliore flusso del percorso.
Il prossimo passo: l'elusione degli ostacoli che funziona davvero (no, non l'impostazione di base). Molti dei momenti peggiori della pianificazione del percorso del cobot derivano dallo "arresto casuale" quando il bot pensa di essere vicino a un essere umano o si scontra con una parte nascosta della macchina. Gli algoritmi generici per evitare gli ostacoli sono adatti a tutti, ma se si mappa correttamente lo spazio di lavoro, è possibile ottimizzare i percorsi per evitare gli ostacoli in modo proattivo invece di reagire ad essi. Ecco come fare: utilizza il dispositivo di apprendimento del tuo cobot per registrare tutti gli ostacoli fissi (nastri trasportatori, postazioni di lavoro, persino cavi di alimentazione) nell'area di lavoro. La maggior parte dei moderni controller per cobot a sei assi consente di importare questa mappa, in modo che il pianificatore del percorso possa calcolare un percorso che eviti gli ostacoli prima che il robot inizi a muoversi. Per gli ostacoli dinamici (come un essere umano che lavora nelle vicinanze), imposta una zona di sicurezza personalizzata: invece di una bolla di 1 metro attorno all'intero bot, crea una zona più piccola vicino al punto dell'utensile dove avviene il contatto effettivo. In questo modo, il robot non rallenta per un essere umano che si trova a 2 metri di distanza, mantenendo alta l'efficienza del percorso senza compromettere la sicurezza. Abbiamo visto che questo funziona particolarmente bene con i modelli a risparmio energetico, come ilRobot collaborativo CR920 a risparmio energetico, perché evitare soste inutili riduce i consumi energetici. Il design del motore del CR920 è progettato per ridurre l'energia inattiva, quindi quando il tuo percorso evita arresti improvvisi, ottieni ancora più risparmi.
Poi c'è la pianificazione del movimento per il carico utile e gli strumenti. Questo è un punto cieco molto comune. Il percorso del tuo cobot cambia completamente a seconda dello strumento che tiene in mano e del peso del carico utile. Ad esempio, una pinza da 2 kg cambia il centro di gravità (CoG) dell'effettore finale, il che significa che le articolazioni devono lavorare di più per muoversi. Se non aggiorni il pianificatore del percorso con il nuovo CoG, otterrai movimenti irregolari, un maggiore consumo di energia e persino una precisione ridotta. La soluzione è semplice: quando cambi strumento o carico utile, esegui una rapida calibrazione CoG sul cobot. La maggior parte dei modelli a sei assi, come ilRobot collaborativo CR620 a risparmio energetico, dispone di una funzione di calibrazione con un solo tocco per questo. Abbiamo avuto un cliente che è passato da una pinza a vuoto da 3 kg a una pinza meccanica da 5 kg e ha visto il tempo di percorso aumentare del 20% fino a quando non hanno eseguito una calibrazione CoG. All'improvviso, il loro percorso si è spianato, il consumo di energia è diminuito e non hanno dovuto ripetere ogni punto del percorso. La capacità di carico utile flessibile del CR620 lo rende perfetto per questo tipo di cambi rapidi, quindi ottimizzare i percorsi per i diversi strumenti non sembra un compito ingrato.
Aspetta, parliamo di morbidezza. No, non intendo guidare su una strada liscia, intendo la traiettoria del percorso. I cobot a sei assi si muovono secondo percorsi lineari o basati su giunti, ma i percorsi lineari (che si muovono direttamente da un punto a un altro) sono molto più efficienti solo se non richiedono curve strette. I percorsi basati sulle articolazioni potrebbero sembrare casuali, ma spesso determinano movimenti più fluidi perché danno priorità al range naturale di ciascuna articolazione. I percorsi peggiori sono quelli che passano dal movimento lineare a quello articolare durante l’attività, facendo vacillare il bot. La maggior parte dei controller dispone di un'impostazione di "smussamento della traiettoria" che ti consente di regolare la precisione con cui il bot segue i waypoint. Se lo spingi troppo in alto, avrai percorsi frastagliati; troppo basso e aggiungerai una distanza non necessaria al percorso. Ti consigliamo di impostarlo su un valore compreso tra 5 e 15% per la maggior parte delle attività, ma testalo con il tuo cobot specifico. Per portate più lunghe, come ilRobot collaborativo CR1600, lo smussamento della traiettoria è estremamente importante perché il braccio più lungo è più incline a oscillare se i percorsi sono frastagliati. La portata estesa del CR1600 è progettata per mantenere la stabilità anche con percorsi fluidi e ottimizzati, quindi non devi preoccuparti della precisione quando modifichi tale impostazione.
Un altro trucco sottovalutato: usare la simulazione prima dell’implementazione. Lo so, lo so: "la simulazione richiede tempo!" Ma quanto tempo passi a sistemare un percorso che non funziona sul pavimento? La maggior parte dei fornitori di cobot a sei assi offre strumenti di simulazione che consentono di inserire spazio di lavoro, carico utile e attività, quindi testare diversi piani di percorso senza spostare una singola parte. Ciò ti consente di individuare collisioni, inefficienze o giunti sovraccarichi prima ancora di disimballare il robot. Ad esempio, se stai impostando un'attività di saldatura, la simulazione può mostrarti che un percorso specifico metterà troppa tensione sul giunto 3, quindi puoi regolare i punti di passaggio in anticipo invece di risolvere i problemi il primo giorno. Abbiamo visto clienti ridurre i tempi di implementazione del 30% semplicemente utilizzando la simulazione e, per attività ad alto volume, ciò si traduce in denaro reale. ILRobot collaborativo CR1300si integra perfettamente con i software di simulazione più comuni, così puoi modificare i percorsi direttamente dal tuo computer prima ancora che arrivi il robot.
Ora affrontiamo in modo specifico l'ottimizzazione energetica, perché questo è un grande punto di forza per i nostri cobot e la pianificazione del percorso è il modo più semplice per ridurre il consumo di energia. Abbiamo misurato che una cattiva pianificazione del percorso può far sì che un cobot a sei assi utilizzi il 30% di energia in più del necessario. Come? Fermate inutili, curve strette o movimenti articolari inefficienti. Le soluzioni di cui abbiamo parlato in precedenza (percorsi più fluidi, evitamento degli ostacoli, calibrazione CoG) riducono direttamente il consumo di energia. Ad esempio, i nostri modelli a risparmio energetico (CR920 e CR620) sono dotati di motori che si adattano al carico, quindi quando il percorso è ottimizzato, i motori non lavorano più del necessario. Ecco perché questi modelli sono particolarmente adatti per i produttori di piccole e medie dimensioni che desiderano risparmiare sia sui costi di manodopera che su quelli energetici. Se desideri ridurre i costi operativi, ottimizzare la pianificazione del percorso è il primo passo e le nostre linee a risparmio energetico lo rendono ancora più semplice.
Aspetta, diventiamo reali: che dire degli errori comuni commessi dalle persone? Ho visto clienti provare a ottimizzare manualmente i percorsi spostando ogni punto di passaggio di 1 cm e questo funziona per attività semplici, ma per quelle complesse (come l'imballaggio o l'assemblaggio) è una perdita di tempo. Un altro errore: ignorare gli algoritmi di pianificazione del percorso integrati nel cobot. No, non è necessario codificare un percorso personalizzato da zero. La maggior parte dei moderni cobot a sei assi dispongono di pianificatori di percorso avanzati in grado di adattarsi, ma è necessario fornire loro i dati giusti. Ad esempio, se non inserisci il peso effettivo del carico utile, il pianificatore del percorso utilizzerà per impostazione predefinita un'impostazione di peso inferiore, determinando un movimento inefficiente. Inoltre, non dimenticare di aggiornare la pianificazione del percorso ogni volta che cambi il flusso di lavoro. Se riorganizzi le tue postazioni di lavoro o cambi le parti che stai spostando, il vecchio percorso non funzionerà più. Ti consigliamo di eseguire un controllo del percorso ogni 3 mesi o dopo qualsiasi modifica importante allo spazio di lavoro o alle attività.
Quindi, mettendo tutto insieme: ottimizzare i parametri cinematici, mappare gli ostacoli in modo proattivo, calibrare il CoG per carico utile/strumenti, utilizzare traiettorie uniformi, testare in simulazione e ottimizzare l'uso dell'energia. Non è scienza missilistica, ma richiede attenzione ai piccoli dettagli del tuo cobot e del tuo compito specifico. Se hai ancora difficoltà o sei alla ricerca di un nuovo robot collaborativo a sei assi costruito per una facile ottimizzazione, abbiamo una gamma di modelli su misura per le diverse esigenze. Che tu abbia bisogno di un'opzione compatta e a risparmio energetico per piccoli spazi di lavoro o di un modello a lungo raggio per attività più grandi, la nostra linea di cobot a sei assi è progettata per rendere la pianificazione del percorso più semplice ed efficiente. Abbiamo dedicato anni a perfezionare questi modelli per bilanciare velocità, sicurezza e facilità d'uso, in modo che tu non debba scendere a compromessi sulle prestazioni per ottenere un cobot che funzioni per la tua azienda.
Se sei pronto a smettere di affrontare percorsi lenti e dispendiosi in termini di energia e a iniziare a ottenere il massimo dal tuo robot collaborativo a sei assi, possiamo aiutarti. Il nostro team ha collaborato con centinaia di produttori per ottimizzare la pianificazione del percorso per tutti i tipi di attività, dal pick-and-place all'assemblaggio fino all'imballaggio. Possiamo rispondere alle tue domande, guidarti attraverso le migliori impostazioni per il tuo modello specifico o persino aiutarti a scegliere il cobot giusto per le tue esigenze. Contattaci oggi per iniziare la conversazione: facciamo in modo che il tuo cobot funzioni in modo più intelligente, non più complicato.
Riferimenti
- Billard, A., Kragic, D. (2019). Tendenze e sfide nella manipolazione dei robot. Scienza Robotica, 4(34), eaau8414.
- Associazione di Robotica Collaborativa. (2022). Migliori pratiche di pianificazione del percorso per i cobot a sei assi. Rapporto tecnico del settore.
- Liu, H., et al. (2021). Pianificazione del percorso efficiente dal punto di vista energetico per i robot industriali: una revisione sistematica. Giornale di produzione intelligente, 32(5), 1345-1362.
- ABB Robotica. (2023). Ottimizzazione cinematica del robot collaborativo a sei assi. Guida tecnica del prodotto.
