Assemblare con i cobot: i vantaggi del Design for Collaborative Assembly (DFCA)

Tra le differenze tra robot collaborativi e industriali c‘è sicuramente le modalità con cui vengono usati questi robot nelle applicazioni di assemblaggio. Il principio di base è che un prodotto che deve essere assemblato da una persona e da un cobot dovrebbe comportare un’interazione sicura, ergonomica ed efficiente attraverso (anche) delle soluzioni stabilite in fase di progettazione prodotto.

Cobot e assemblaggio: Cosa è il “Design for Collaborative Assembly” (DFCA)?

In considerazione di questi fattori, viene proposta una riconsiderazione del concetto di DFA adattandolo alle esigenze specifiche della robotica collaborativa industriale, introducendo la definizione di “Design for Collaborative Assembly” (DFCA):

“Il DFCA (Design for Collaborative Assembly) è definito come il processo di progettazione di prodotti destinati all’assemblaggio, integrando i requisiti dell’interazione uomo-robot industriale in termini di sicurezza, ergonomia ed efficienza produttiva per tutte le attività condivise di assemblaggio o disassemblaggio coinvolte durante il ciclo vita complessivo del prodotto”.  (Definizione introdotta per la prima volta in: Gualtieri, L., Monizza, G. P., Rauch, E., Vidoni, R., & Matt, D. T. (2020). From Design for Assembly to Design for Collaborative Assembly-Product Design Principles for Enhancing Safety, Ergonomics and Efficiency in Human-Robot Collaboration. Procedia CIRP, 91, 546-552.)

Applicando un approccio di tipo DFCA sarà possibile valutare gli effetti della progettazione di prodotto sul ciclo di assemblaggio e sui sistemi di produzione collaborativi, considerando i requisiti in termini di sicurezza, ergonomia ed efficienza produttiva sia dal punto di vista dell’operatore (assemblaggio manuale) che del robot (assemblaggio automatico). Questi dovranno essere soddisfatti attraverso un approccio di tipo CE integrando tutti gli elementi che costituiscono il concetto di DFCA. In particolare, sarà necessario considerare i seguenti aspetti: sicurezza (in particolar modo da un punto di vista del rischio meccanico), ergonomia fisica, ergonomia cognitiva, efficienza di assemblaggio manuale ed automatico.

Progettare per una robotica collaborativa sicura

Il concetto di DFCA è ancora confinato in ambito di ricerca ma vuole anticipare parte di quelle che saranno le esigenze delle aziende manifatturiere rispetto alla tecnologia della robotica collaborativa attraverso una serie di linee guida per la definizione delle caratteristiche di prodotto. Per fare un esempio dell’applicabilità del metodo, si pensi ad un prodotto da assemblare in modo collaborativo che presenti delle geometrie esteriori con tratti spigolosi o acuminati. È chiaro che per garantire l’incolumità fisica del lavoratore impiegato in questo assemblaggio, qualsiasi contatto involontario e inaspettato con il sistema robotico (compreso il pezzo eventualmente manipolato) non deve arrecare in alcun modo danno alla persona. Questo significa garantire una condizione di salvaguardia dal rischio meccanico relativo ai contatti uomo-robot. Considerando i principi del DFCA riferiti agli aspetti di sicurezza, una misura consigliata sarà quella di evitare o ridurre quanto più possibile la presenza di tali elementi di pericolo, ad esempio, arrotondando (ove possibile) le geometrie sopracitate. Tale misura garantirà una riduzione della gravità di un eventuale collisione attraverso un incremento della superficie di scambio (minor forza e pressione di contatto). Questo permetterà, tra l’altro, di non dover ricorrere necessariamente a una marcata riduzione della velocità del robot (uno tra i principali sistemi di sicurezza e anticollisione dei cobot) per garantire la sicurezza del lavoratore durante l’assemblaggio, con ovvi benefici da un punto di vista della produttività (minor rischio a parità di velocità del robot). Chiaramente l’adozione di tali misure dovrà essere ulteriormente valutata anche da un punto di vista della fattibilità tecnico/economica rispetto alle esigenze e alle capacità dell’azienda.