Un sensore avanzato per i cobot

• 
• Tweet
• Pin It
• Condividi per email

Perché i robot collaborativi, o cobot, possano lavorare con successo fianco a fianco con gli operatori umani, la sicurezza è fondamentale: sistemi ottici e a ultrasuoni possono qui giocare un ruolo centrale

I robot collaborativi, o cobot, stanno facendo sentire la propria presenza in un numero sempre maggiore di applicazioni. Questi sistemi lavorano fianco a fianco con le persone, ovunque la produzione richieda le capacità decisionali e di discriminazione degli esseri umani e le abilità di produzione, destrezza e precisione dei robot. Dall’assemblaggio di circuiti stampati alle applicazioni sanitarie, l’attitudine dei cobot di coesistere in sicurezza con gli esseri umani nello stesso stabilimento e senza particolari barriere di protezione sta trasformando il modo in cui sono concepite la produzione e le sue possibilità di personalizzazione. Questa flessibilità, unita a numerosi altri vantaggi, ha accelerato la diffusione dei cobot, tanto che il valore del loro mercato, stimato a 0,95 miliardi di dollari nel 2023, si ritiene raggiungerà i 2,41 miliardi di dollari entro il 2028, con un Cagr del 20,5% nel periodo di previsione. Affinché i cobot possano lavorare con successo e in modo condiviso con gli operatori umani, la sicurezza è fondamentale, per evitare condizioni che potrebbero essere pericolose per le persone. I sistemi di sicurezza possono includere sensori di prossimità per il rilevamento delle collisioni, sensori di forza/coppia, sensori di velocità per garantire la sicurezza dei movimenti, nonché sensori di rilevamento degli oggetti. Questi ultimi sono particolarmente importanti; infatti, un rilevamento accurato degli oggetti, capace di posizionare gli attuatori del cobot nel punto corretto, con un’elevata precisione, è vitale per garantire la massima sicurezza operativa. La sicurezza è fondamentale anche per quanto riguarda la movimentazione delle merci, per esempio in quei prodotti che potrebbero causare il rilascio di sostanze pericolose se danneggiate. Inoltre, è necessario un rilevamento accurato per garantire che i cobot riconoscano la presenza di operatori umani e adattino di conseguenza le loro traiettorie di movimento.

Opzioni per il rilevamento degli oggetti

Le principali tecnologie di rilevamento di oggetti ed esseri umani in un ambiente sono due: i sistemi ottici e quelli a ultrasuoni. Gli ultrasuoni, sebbene utili in alcune applicazioni, presentano diversi inconvenienti, in particolare hanno caratteristiche di portata e precisione limitate, soprattutto in presenza di materiali morbidi. I sistemi ottici sono spesso basati su tecnologie LiDAR (Light Detection And Ranging, o Laser Detection And Ranging); possono essere bidimensionali o tridimensionali; sfruttando un singolo raggio di luce, che rimbalza su una superficie specifica, però, i LiDAR 2D spesso non sono in grado di rilevare gli oggetti al di fuori dell’area scansionata dal raggio laser. Esempi sono scatole o altri ostacoli sul pavimento oppure i gradini. Ciò può rappresentare un problema, se il robot è montato su un veicolo a guida autonoma (AGV-Automated Guided Vehicle) e deve attraversare un’area evitando eventuali impedimenti. Al contrario, utilizzando più fasci di luce contemporaneamente per creare un’immagine tridimensionale dell’area circostante, i LiDAR 3D offrono un range di rilevamento maggiore, ma presentano lo svantaggio di avere costi elevati. Un metodo ottico alternativo, che supera molti di questi inconvenienti, prevede il ricorso a una fotocamera in grado di rilevare il tempo di volo (time-of-flight – ToF), configurazione nota anche come ‘sensore del tempo di volo’ (sensore ToF). Si tratta di un sistema di range imaging che misura la distanza di ciascun punto dell’immagine basandosi sul tempo di andata e ritorno di un segnale luminoso artificiale. Non avendo scanner, i dispositivi ToF catturano l’intera scena con un singolo impulso di luce proveniente da un laser o da un LED. Il sistema, molto compatto, prevede una sorgente illuminante o un laser posizionati vicino all’obiettivo. Questa configurazione è paragonabile a quella dei sistemi di visione stereo, i quali necessitano di una certa linea di base minima. Un altro vantaggio rispetto ai sistemi a scansione è che i sensori ToF non prevedono parti meccaniche in movimento. Anche la potenza di calcolo necessaria è ridotta al minimo; infatti, per estrarre le informazioni sulla distanza dai segnali di uscita del sensore ToF, sono necessari dei semplici algoritmi, mentre la visione stereoscopica richiede algoritmi di correlazione complessi. Le fotocamere ToF possono misurare le distanze all’interno di una scena completa con un singolo scatto, trasformando i dati catturati in immagini 3D. Dato che le velocità possono raggiungere i 20 fotogrammi al secondo, le fotocamere ToF sono ideali in applicazioni in tempo reale e di tracciamento dei movimenti degli oggetti su tre dimensioni. I sensori ToF presentano dei vantaggi anche rispetto alle fotocamere 2D e 3D, soprattutto in determinati contesti, come per esempio gli scenari con scarsa illuminazione o con problemi cromatici, due situazioni in cui le fotocamere 3D possono avere difficoltà a distinguere i vari elementi. Un esempio è quando i colori dei vari elementi sono molto simili tra loro, come nel caso di un oggetto bianco su sfondo bianco: utilizzando una fotocamera convenzionale, i bordi e la forma dell’oggetto sono difficili da identificare. Al contrario, poiché funziona in base al tempo di volo, il sensore ToF non è influenzato dalla radiazione luminosa e per questo può dare ottimi risultati anche in caso di forte luce solare diretta. Nel complesso, i sensori ToF offrono un buon equilibrio tra prestazioni e costi rispetto ai sensori 3D.

Sensore ToF ad alta precisione di Omron

Con il sensore ToF B5L, con caratteristiche di rilevamento 3D in tempo reale della distanza e una risoluzione di 320×240 pixel, Omron offre tutti i vantaggi visti sopra, oltre a numerosi altri. Il dispositivo prevede, per esempio, un’immunità alla luce ambientale equivalente a 100.000 lux, caratteristica che garantisce prestazioni di rilevamento stabili e prive di saturazione anche in ambienti particolarmente luminosi. Progettato per una distanza di misurazione compresa tra 0,5 e 4 m, Omron B5L prevede una risoluzione di rilevamento di 0,3 gradi con una precisione del ±2%, equivalente a ±4 cm a 2 m dall’oggetto; la precisione ripetitiva è dell’1%. Il dispositivo emette inoltre segnali di uscita compensati per ridurre al minimo la necessità di elaborazione da parte del computer del robot. Il design del circuito proprietario di Omron, la configurazione del sistema di smaltimento del calore e l’adozione elementi di emissione a LED garantiscono una durata di 5 anni. Anche la tecnologia ottica Omron contribuisce alla precisione e alla qualità del rilevamento delle immagini e della misurazione della distanza. La lente utilizzata è progettata per abbinarsi alla lunghezza d’onda dei LED, mentre la particolare disposizione degli emettitori e dei ricevitori riduce al minimo l’effetto delle particelle di polvere in sospensione. Il B5L incorpora anche una tecnologia di prevenzione delle interferenze, che consente di utilizzare fino a 17 unità B5L contemporaneamente, offrendo una soluzione ideale quando più robot utilizzano il dispositivo per la misurazione della distanza. Un’altra risorsa Omron che può essere utilizzata in combinazione con B5L è il software di rilevamento dello scheletro: sulla base di punti predefiniti del corpo umano, i dati generati dal B5L vengono utilizzati per stimare la postura adottata dall’essere umano rilevato. Sebbene non strettamente di sicurezza, questa funzione può essere utilizzata per rilevare se l’operatore si sta avvicinando o allontanando dal cobot. Insieme a un pacchetto di intelligenza artificiale, i cobot possono avvalersi della funzione di rilevamento dello scheletro per apprendere le azioni tipiche compiute dalle persone con cui lavorano, contribuendo a una collaborazione più efficiente e a ottimizzare i tempi e la velocità dei movimenti. In generale, i sensori ToF offrono numerosi vantaggi rispetto ai sensori 3D standard basati su laser; in particolare, grazie alle tecnologie offerte da Omron, il B5L fissa un nuovo standard di prestazioni e precisione.

Omron Electronic Components Europe – https://industrial.omron.it/it/home

Scarica il pdf

• 
• Tweet
• Pin It
• Condividi per email