Robotica intelligente nella lavorazione dei componenti per macchine a movimento terra

Grazie al nuovo sistema di visione 3D CubicVision, SIR Soluzioni Industriali Robotizzate risolve definitivamente il problema del bin picking, trasformando la tecnologia in vera e propria intelligenza artificiale.

 

L’IMPORTANZA DELLA VISIONE TRIDIMENSIONALE
La visione artificiale applicata alla robotica ha conosciuto negli ultimi anni una massiccia diffusione in ambito industriale. Tra i system integrator che hanno puntato su questa tecnologia, SIR Soluzioni Industriali Robotizzate (Modena) si è distinta sia per il notevole know-how, sia per la complessità delle applicazioni implementate in ambito 2D e 2½D. Ma mancava ancora il passo finale: una visione tridimensionale universale e multiscopo, di facile utilizzo e di ampio spettro applicativo. E’ così che è nato CubicVision, l’anello mancante per perseguire il sogno della fabbrica automatica: grazie al suo impiego, è finalmente possibile effettuare il prelievo degli elementi disposti in modo casuale all’interno di un contenitore.

 

NEL CUORE DI CUBICVISION
La soluzione proposta da SIR consiste in un sistema di visione realmente tridimensionale, in grado di guidare il robot nei corretti angoli e coordinate spaziali, permettendo una presa sicura e precisa in ogni situazione. Ma non si tratta di un semplice componente, bensì di uno strumento perfettamente integrato con il robot stesso: qualunque tipologia di manipolatore può essere interfacciata con il sistema, tramite opportuni algoritmi capaci di donare alla macchina una vera capacità decisionale. Rivoluzione ed evoluzione si fondono in un prodotto la cui sostanza può essere riassunta in una sola e semplice parola: flessibilità di utilizzo. Il sistema CubicVision, grazie alle sue caratteristiche general purpose, si presenta infatti come una struttura modulare e versatile, capace di adattarsi alle molteplici problematiche e in grado di offrire la soluzione migliore per la specifica applicazione, indipendentemente dalle forme e dalle dimensioni degli oggetti da prelevare o dai differenti scenari applicativi.

 

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L’APPLICAZIONE DI CUBICVISION ALLA PRODUZIONE DI COMPONENTI PER MACCHINE A MOVIMENTO TERRA
Tra le varie applicazioni realizzate da SIR, risultano di particolare interesse le isole di movimentazione implementate per una nota azienda produttrice di componenti per macchine a movimento terra, utilizzate sulle strade o nelle cave e nelle miniere. Gli elementi da manipolare sono i semirulli montati all’interno dei cingolati: si tratta di componenti di forma complessa, con dimensioni e pesi variabili, comunque nell’ordine di diverse decine di chili. L’applicazione consiste nell’asservimento di una saldatrice a due posizioni di carico, in cui il semirullo destro e quello sinistro devono essere saldati per ottenere l’elemento finito. Il problema dell’alimentazione in questo caso è di fondamentale importanza: nel caso di utilizzo di una soluzione tradizionale, il peso e le dimensioni degli elementi obbligano gli operatori ad un lavoro gravoso, consistente nell’estrazione degli elementi dai cassoni tramite l’utilizzo di un paranco, con conseguente carico degli stessi su nastri di alimentazione. Oltre a problemi dovuti al lavoro gravoso e alla sicurezza, la configurazione a nastri riduce di fatto l’autonomia dell’impianto.
L’utilizzo del sistema CubicVision ha permesso la risoluzione di queste problematiche, consentendo il prelievo automatico degli elementi direttamente dai cassoni destro e sinistro. Questi ultimi sono disposti su una tavola rotante, preposta a far entrare i contenitori all’interno dell’isola robotizzata. Sopra la tavola, su un basamento rialzato, troviamo il primo elemento chiave dell’applicazione: un robot con a bordo un sensore a tecnologia sheet of light, costituito da una telecamera e da un emettitore laser. Tale robot si occupa della fase di localizzazione: compiendo scansioni in diverse direzioni e a differenti altezze, il robot acquisisce delle immagini tridimensionali, costituite da nuvole di punti nello spazio, che vengono inviate a un PC centrale.
Gli algoritmi 3D ivi residenti rilevano gli oggetti nei cassoni a prescindere dalla loro disposizione: il matching prospettico può riconoscere senza indugio oggetti ruotati o ribaltati, con un ridottissimo tempo di elaborazione. Per programmare un nuovo elemento, bastano pochi secondi: è sufficiente infatti caricare il modello CAD del semirullo all’interno dell’applicativo e il programma si adatterà automaticamente al nuovo elemento da ricercare.
Una volta ricevute le immagini, il sistema calcola, tra i possibili candidati, quali sono gli oggetti afferrabili in modo sicuro, determinando questa scelta in base alle altezze relative, alla mancanza di sovrapposizione tra elementi adiacenti, agli angoli nello spazio e al rischio di collisione con componenti vicini o con i bordi del contenitore. Si generano così differenti possibilità di presa: sui fori interni, sui diametri esterni o sul codolo.
A questo punto interviene un secondo robot, che si occupa del prelievo vero e proprio: le difficoltà insite nella visione tridimensionale non risiedono solo nella localizzazione, ma anche nell’ottenimento di un afferraggio affidabile, preciso e in perfetta sicurezza. Per questo in SIR si è lavorato anche da un punto di vista meccatronico, realizzando un end-effector a comando idraulico, dotato di opportuni accorgimenti atti a prelevare semirulli parzialmente occlusi, posti in verticale sui bordi, o negli angoli del contenitore. In tal modo si riesce a risolvere il problema dello svuotamento del cassone, che è posto a sua volta su una bascula in grado di inclinarlo progressivamente verso il robot, al fine di evitare agglomerati di elementi.
Dopo aver prelevato un semirullo, occorre effettuare un posizionamento di precisione prima dell’inserimento in macchina. Il semirullo infatti, a causa del suo peso, può muoversi sulla pinza durante l’operazione di prelievo, specialmente se striscia contro un elemento adiacente o se è parzialmente occluso. Il riposizionamento avviene su un riferitore a V, che può aprirsi e chiudersi in modo da far scivolare l’elemento in una posizione nota. Tale posizione viene controllata con un sistema di visione 2D che di conseguenza informa il robot delle corrette quote di prelievo. I pezzi ricentrati vengono depositati su un parcheggio, pronti per l’inserimento nella saldatrice. Il robot effettua ora un cambio pinza, prelevando da un magazzino un end-effector pneumatico. Si prosegue quindi con lo scarico dell’elemento finito dalla macchina e con il deposito dello stesso sul nastro trasportatore di uscita. Successivamente si carica la macchina con i nuovi semirulli grezzi e si effettua il cambio pinza per presentarsi di nuovo sui cassoni, dove nel frattempo sarà avvenuta una nuova localizzazione.

 

IL SOGNO DIVIENE REALTA’
L’applicazione, di per se impressionante, permette di aprire una nuova frontiera nel campo dell’automazione robotica. CubicVision tramuta in realtà il sogno di afferrare oggetti di qualsiasi forma, dimensione e materiale posti alla rinfusa all’interno di un qualsivoglia contenitore. Tale risultato permette di accedere ad un range di applicazioni industriali fino a ieri precluse, dove la possibilità di osservare in tre dimensioni diviene una necessità imprescindibile: una grande rivoluzione tecnologia, in grado veramente di trasformare l’automazione in intelligenza.

 

Davide Passoni
R&D Department
SIR spa