La robotica pneumatica incontra l'intelligenza artificiale
Che si tratti di afferrare, tenere o girare, toccare, digitare o premere, nella vita di tutti i giorni usiamo le mani per i compiti più diversi. A questo proposito, la mano umana, con la sua combinazione unica di potenza, destrezza e capacità motorie, è un miracoloso strumento della natura. Cosa potrebbe esserci di più naturale che dotare i robot, negli spazi di lavoro collaborativi, di una pinza ispirata a questo modello della natura, che risolva vari compiti imparando attraverso l'intelligenza artificiale? Festo mostra la mano robotica pneumatica BionicSoftHand alla Fiera di Hannover 2019. In combinazione con il BionicSoftArm, un robot pneumatico leggero, i Future Concepts sono adatti alla collaborazione uomo-robot.
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Il BionicSoftHand è azionato pneumaticamente, così che possa interagire sicuramente e direttamente con le persone. A differenza della mano umana, BionicSoftHand non ha ossa. Le sue dita sono costituite da strutture a soffietto flessibili con camere d'aria. I soffietti sono racchiusi nelle dita da uno speciale rivestimento tessile 3D, realizzato con fili elastici ad alta resistenza. Grazie al tessuto, è possibile determinare esattamente dove la struttura si espande generando potenza e dove viene impedita l'espansione. Questo lo rende leggero, flessibile, adattabile e sensibile, ma capace di esercitare notevoli forze.
Intelligenza artificialeI metodi di apprendimento delle macchine sono paragonabili a quelli degli umani: in positivo o in negativo, richiedono un feedback dopo le loro azioni, al fine di classificarle e imparare da esse. BionicSoftHand utilizza il metodo dell'apprendimento per rinforzo.
Ciò significa: invece di imitare un'azione specifica, alla mano viene semplicemente assegnato un obiettivo. Utilizzerà il metodo per tentativi ed errori per raggiungerlo. Sulla base del feedback ricevuto, ottimizza gradualmente le sue azioni fino a quando l'attività non viene finalmente risolta con successo.
In particolare, BionicSoftHand dovrebbe ruotare un cubo di 12 lati così che un lato, precedentemente definito, punti alla fine verso l'alto. La strategia di movimento necessaria viene insegnata in un ambiente virtuale, con l'aiuto di un gemello digitale, creato tramite i dati di una telecamera di rilevamento della profondità per mezzo della visione artificiale e gli algoritmi dell'intelligenza artificiale.
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Valvole piezo proporzionali per un controllo preciso
Per ridurre al minimo lo sforzo del tubo di BionicSoftHand, gli sviluppatori hanno appositamente progettato una piccola unità di valvole a controllo digitale, che viene montata direttamente sulla mano. Ciò significa che i tubi per il controllo delle dita della pinza non devono essere tirati attraverso l'intero braccio del robot. Pertanto, BionicSoftHand può essere collegato e utilizzato, rapidamente e facilmente, con un solo tubo, ciascuno per l'aria di mandata e l'aria di scarico. Utilizzando le valvole piezo proporzionali, i movimenti delle dita possono essere controllati con precisione.
BionicSoftArm: un braccio robotico, tante possibili varianti
Va sempre più assottigliandosi la rigida separazione tra il lavoro manuale dell'operaio e le azioni automatizzate del robot. I loro ambiti di lavoro si sovrappongono e si fondono in uno spazio di lavoro collaborativo. In questo modo, in futuro, uomo e macchina potranno lavorare insieme, contemporaneamente, sullo stesso pezzo o componente, senza dover essere schermati l'uno dall'altro per motivi di sicurezza.
Il BionicSoftArm è un ulteriore sviluppo compatto del BionicMotionRobot di Festo, la cui gamma di applicazioni è stata notevolmente ampliata. Ciò è reso possibile dal suo design modulare: può essere combinato con un massimo di sette segmenti di soffietti pneumatici e azionamenti rotanti. Ciò garantisce la massima flessibilità in termini di portata e mobilità, consentendo così di aggirare gli ostacoli anche negli spazi più ristretti, se necessario. Allo stesso tempo, è completamente flessibile e può lavorare in sicurezza con le persone. La collaborazione diretta uomo-robot è garantita con BionicSoftArm, così come il suo utilizzo nelle classiche applicazioni SCARA, ad esempio per le attività pick-and-place.
Possibilità di applicazione flessibile
Il braccio robotico modulare può essere utilizzato per un'ampia varietà di applicazioni, a seconda del design e della pinza montata. Grazie alla sua cinematica flessibile, il BionicSoftArm può interagire direttamente e in sicurezza con l'uomo. Allo stesso tempo, la cinematica facilita l'adattamento a diversi compiti, in diverse posizioni, negli ambienti di produzione: l'eliminazione di costosi dispositivi di sicurezza, come gabbie e barriere fotoelettriche, riduce i tempi di conversione e consente quindi un uso flessibile - completamente in accordo con la produzione adattativa ed economica.
BionicFinWave: Robot subacqueo con motore a pinna unico
La natura ci insegna in modo impressionante come dovrebbero essere i sistemi di azionamento ottimali per determinati movimenti di nuoto. Per andare avanti, la planaria marina e la seppia creano un'onda continua con le loro pinne, che avanza per tutta la loro lunghezza. Per il BionicFinWave, il team di bionica si è ispirato a questo movimento ondulato delle pinne. L'ondulazione spinge l'acqua all'indietro, creando una spinta in avanti. Questo principio consente a BionicFinWave di manovrare in avanti o indietro attraverso un sistema di tubi in acrilico.
Le sue due alette laterali sono completamente fuse in silicone e non richiedono puntoni o altri elementi di supporto. Le due alette sono fissate a sinistra e a destra con nove piccoli bracci di leva, a loro volta alimentati da due servomotori. Due alberi a gomiti adiacenti trasmettono la forza alle leve in modo che le due alette possano essere spostate individualmente, per generare diversi modelli di albero. Sono particolarmente adatti per una locomozione lenta e precisa, facendo gorgogliare meno acqua rispetto, ad esempio, a un azionamento a vite. Un giunto cardanico si trova tra ciascun segmento di leva per garantire che gli alberi a gomiti siano flessibili. A tale scopo, gli alberi motore, compresi i giunti e la biella, sono realizzati in plastica in un unico pezzo mediante il processo di stampa 3D.
Interazione intelligente di un'ampia varietà di componenti
Anche gli elementi rimanenti nel corpo di BionicFinWave sono stampati in 3D, questo consente le sue complesse geometrie. Con le loro cavità, fungono da unità di galleggiamento. Allo stesso tempo, l'intera tecnologia di controllo e regolazione è a tenuta stagna, installata in modo sicuro e sincronizzata in uno spazio molto ristretto.
Nuovi impulsi e approcci per l'industria di processo
Con il vettore della tecnologia bionica, il nostro Bionic Learning Network fornisce ancora una volta un impulso per il lavoro futuro, con robot autonomi e nuove tecnologie di trasmissione in mezzi liquidi. Sarebbe possibile sviluppare ulteriormente concetti come il BionicFinWave per compiti di ispezione, serie di misurazioni o raccolte di dati, ad esempio per la tecnologia dell'acqua e delle acque reflue, o altri settori dell'industria di processo.
Festo è un attore globale e un'azienda indipendente a conduzione familiare con sede a Esslingen am Neckar, in Germania. Fin dagli inizi Festo ha stabilito degli standard nella tecnologia dell'automazione industriale e nella formazione tecnica, contribuendo così allo sviluppo sostenibile dell'ambiente, dell'economia e della società. Prodotti e servizi sono disponibili in 176 paesi del mondo. L'azienda, infatti, fornisce tecnologia di automazione pneumatica ed elettrica a 300.000 clienti di automazione di fabbrica e di processo in oltre 35 industrie. Il settore LifeTech con la tecnologia medica e l'automazione di laboratorio sta diventando sempre più importante. Con circa 20.600 dipendenti in oltre 250 filiali in circa 60 paesi in tutto il mondo, Festo ha realizzato un fatturato di circa 3,65 miliardi di euro nel 2023. Ogni anno circa il 7% di questo fatturato viene investito in ricerca e sviluppo, mentre l'1,5 % del fatturato è investito nella formazione di base e di perfezionamento. Festo Didactic SE è un fornitore leader di formazione e formazione tecnica e offre ai suoi clienti in tutto il mondo soluzioni complete di apprendimento digitale e fisico in ambiente industriale.
