I robot industriali sono ovunque intorno a noi: producono i beni che consumiamo e i veicoli che guidiamo. Per molti, queste tecnologie sono spesso considerate semplicistiche. Dopotutto, pur essendo in grado di produrre rapidamente e con un elevato livello di qualità, operano entro un raggio di movimento limitato. Quindi, quanto è complesso programmare un robot industriale?

In realtà, sebbene la robotica industriale vari notevolmente in termini di complessità, anche l'applicazione più semplice di un robot industriale è ben lontana dalla funzionalità "plug and play". In altre parole, un braccio robotico che necessita di movimenti limitati lungo gli assi X, Y e Z per svolgere il suo compito giorno dopo giorno richiede ben più di poche righe di codice. Con il progredire della robotica industriale e la trasformazione delle fabbriche tradizionali in fabbriche intelligenti, la quantità di lavoro e di competenze necessarie per addestrare questi robot aumenterà di conseguenza. Analizziamo alcuni dei metodi di programmazione dei robot moderni.

Ciondolo Teach

Il termine "robot" può evocare immagini molto diverse. Mentre il pubblico in generale potrebbe associare un robot a qualcosa visto in un film o in televisione, nella maggior parte dei settori un robot è costituito da un braccio robotico programmato per completare un compito di varia complessità con un livello di qualità accettabile.

A volte, durante la produzione è possibile individuare delle ottimizzazioni e apportare piccole modifiche ai movimenti del robot. Interrompere la produzione per riprogrammare l'apparecchiatura sarebbe un'operazione costosa e impraticabile; la saggezza popolare suggerisce che ogni variazione di questi movimenti debba essere meticolosamente programmata in un computer, riga per riga; ma niente potrebbe essere più lontano dalla verità.

Una teach box, o più comunemente chiamata teach pendant o teach gun, è un robusto dispositivo portatile di tipo industriale che consente all'operatore di controllare il robot in tempo reale, immettere comandi logici e registrare le informazioni nel computer del robot.

I robot industriali tendono a operare a velocità che mettono a dura prova la vista umana, ma un operatore che utilizza un pannello di programmazione può rallentare l'apparecchiatura per pianificare i movimenti del robot e adattarli alla modifica della procedura. Questo processo può sembrare semplice a chiunque abbia mai usato un controller per videogiochi, ma in realtà è molto più complesso del semplice inserimento di input. L'operatore, ad esempio, deve essere in grado di visualizzare il percorso più efficiente che il robot seguirà, in modo che i movimenti siano rigorosamente limitati a quelli necessari. Movimenti superflui o aumenti di tempo, per quanto apparentemente minimi, possono avere un effetto a catena sulla capacità produttiva di una linea di produzione. Estrapolando nel tempo, un percorso inefficiente programmato per un robot potrebbe comportare perdite finanziarie significative per il produttore.

Naturalmente, è necessario considerare anche la velocità di ogni movimento, in modo che il robot possa eseguire i movimenti delle articolazioni il più spesso possibile. Questi movimenti sono più efficienti dal punto di vista del movimento, a patto che il programmatore abbia l'esperienza necessaria per implementarli. In effetti, questo tipo di programmazione può sembrare semplice a chi osserva il processo dall'esterno, ma in realtà richiede anni per essere padroneggiato. I pannelli di controllo (teach pendant) esistono da anni e continuano a essere un elemento fondamentale nel mondo della programmazione robotica.

Simulazioni offline

Uno dei maggiori rischi legati alla programmazione di un robot industriale in fabbrica è rappresentato dai conseguenti tempi di inattività. Un programmatore deve interfacciarsi con la macchina, apportare modifiche al codice e testare il movimento dell'apparecchiatura nel contesto della produzione prima che le operazioni possano riprendere. Fortunatamente, è possibile utilizzare un software di simulazione offline per approssimare le modifiche al codice che l'operatore intende implementare, correggere i bug prima che l'aggiornamento del programma venga rilasciato e tutto ciò senza interrompere le operazioni. L'esecuzione di simulazioni offline non comporta svantaggi economici né pericoli per l'operatore, poiché le simulazioni possono essere eseguite su un PC situato lontano dall'area di produzione.

Esistono molti tipi diversi di programmi che offrono funzionalità di simulazione offline, ma il principio è lo stesso: creare un ambiente virtuale rappresentativo del processo produttivo e programmare i movimenti utilizzando un sofisticato modello 3D.

Va notato che nessun programma è intrinsecamente migliore degli altri, ma uno può risultare preferibile a seconda della complessità dell'applicazione. L'aspetto interessante di questo tipo di programmazione è che consente al programmatore non solo di programmare i movimenti del robot, ma anche di implementare e visualizzare i risultati delle funzionalità di rilevamento di collisioni e quasi-collisioni, nonché di registrare i tempi di ciclo.

Poiché il programma viene creato indipendentemente dal dispositivo su un computer esterno (e non manualmente, come avviene per l'apprendimento tramite teach pendant), consente ai produttori di sfruttare al meglio la produzione di piccole serie, automatizzando rapidamente un processo senza interrompere le normali operazioni.

Sebbene l'insegnamento della programmazione dei pannelli di controllo offra un approccio molto articolato alle regolazioni robotiche in fabbrica, è innegabile che la possibilità di eseguire aggiornamenti di programmazione in un ambiente di test prima di aggiornare il codice nell'apparecchiatura fisica offra vantaggi ancora maggiori.

Programmazione tramite dimostrazione

Questo metodo è sostanzialmente simile al processo con il teach pendant. Ad esempio, come con il teach pendant, l'operatore ha la possibilità di "mostrare" al robot, con un elevato grado di precisione, una serie di nuovi movimenti e memorizzare queste informazioni nel computer del robot. Tuttavia, esistono alcuni vantaggi che differenziano i due metodi. Ad esempio, il teach pendant è un dispositivo portatile sofisticato che contiene numerosi comandi e funzionalità. La programmazione tramite dimostrazione, invece, richiede generalmente all'operatore di guidare il braccio robotico con un joystick (anziché con una tastiera). Questo rende il processo di programmazione molto più semplice e veloce, due fattori che si traducono in minori tempi di inattività.

Questo tipo di programmazione robotica richiede inoltre meno tempo affinché un operatore acquisisca competenza, poiché il compito stesso viene programmato in modo molto simile a come lo completerebbe un operatore umano.

Il futuro della programmazione robotica

Tutti questi metodi di programmazione hanno un loro ruolo nel mondo della robotica industriale, ma nessuno di essi è perfetto. A modo loro, lo sviluppo e l'implementazione di ciascuno possono ostacolare la produzione e aumentare i costi per il produttore. Sarà necessario del tempo per insegnare al robot come svolgere il compito. In molti casi, l'abilità dell'operatore o del tecnico può variare notevolmente da un'applicazione all'altra.

Immaginate, tuttavia, se un robot industriale avesse solo bisogno di "vedere" un'attività completata per eseguirla in modo impeccabile più e più volte. I costi e i tempi associati alla programmazione della robotica industriale si ridurrebbero drasticamente.

Se sembra troppo bello per essere vero, forse è il caso di dare un'occhiata più da vicino al settore della robotica; questo tipo di addestramento robotico è già al centro dell'attenzione dei progettisti di robot industriali. La teoria alla base della tecnologia è solida: un operatore mostra al robot come eseguire un compito specifico e il robot analizza queste informazioni per determinare la sequenza di movimenti più efficiente necessaria per replicare il compito. Man mano che il robot apprende il compito, ha l'opportunità di scoprire nuovi modi per migliorare l'esecuzione dello stesso.

Programmare robot più complessi

Con la crescente transizione delle fabbriche verso il modello di fabbrica intelligente e l'installazione di apparecchiature autonome, i compiti assegnati ai robot diventeranno sempre più complessi. Di conseguenza, i metodi attualmente utilizzati per programmare questi robot dovranno evolversi. Sebbene le tecniche di programmazione contemporanee siano ancora valide, non c'è dubbio che l'intelligenza artificiale giocherà un ruolo fondamentale nel modo in cui i robot apprendono.