Sistemi integrati, grazie a tecnologie robotiche e meccatroniche innovative del piano Industria 4.0 per migliorare le condizioni di sicurezza degli operatori nell'uso delle macchine. Non un convegno "a parole" ma una occasione per illustrare i passi in avanti condotti e le soluzioni per le realtà industriali. Se n'è parlato a Ingegneria, appena qualche giorno fa, alla presenza del rettore Marco Dell'Isola del sindaco Enzo Salera e del consigliere regionale Pasquale Ciacciarelli. A relazionare c'erano Massimo Sorli (coordinatore scientifico - Politecnico di Torino), Luciano Di Donato (Inail), Rocco Vertechy (Responsabile Scientifico - Unibo), Giorgio Figliolini (responsabile scientifico - Unicas).

Il progetto
Al centro della illustrazione il progetto di ricerca Sic-o-man il cui obiettivo è quello riguardante i punti di interazione esistenti fra uomo e macchina, con specifico riferimento alla collaborazione fra macchina automatica, quale un Cobot, e operatore, e alla definizione di processi innovativi di manutenzione, nonché all'integrazione fra queste due tematiche nell'ottica di evidenziare i rischi rilevanti cui è esposto l'operatore, sia in termini di infortuni, che di malattie professionali. Per quanto riguarda gli aspetti manutentivi, il progetto si è focalizzato sull'analisi in dettaglio delle problematiche correlate agli interventi da effettuarsi su impianti e macchinari che possono rimanere energizzati a causa di deformazioni elastiche. Il progetto di ricerca Sic-o-man si è concluso con il raggiungimento di tutti i principali obiettivi prefissati. Le unità operative di Torino, Bologna e Cassino hanno sviluppato le attività programmate operando in continua collaborazione con il gruppo di ricerca dell'Inail.

Robotica collaborativa
In particolare, sono stati sviluppati modelli che permettono di analizzare in ambienti di simulazione differenti delle applicazioni di robotica collaborativa, tra cui modelli agli elementi finiti (Fem) per il calcolo delle forze di contatto scambiate tra uomo e robot nel caso di impatto, con l'obiettivo di definire le condizioni operative da impostare per rispettare le prescrizioni di legge, in funzione del payload previsto. Inoltre, sono stati sviluppati modelli dinamici a parametri concentrati del robot collaborativo che permettono di calcolare coppie, forze ed energia cinetica nelle differenti condizioni operative, al fine di progettare l'applicazione nel rispetto puntuale delle prescrizioni tecniche richieste.

Un sensore per l'operatore
Sono stati, inoltre, studiati sensori innovativi per il rilievo della forza di contatto e per la stima della distanza tra il robot e l'operatore, ossia è stato sviluppato, prototipato e sperimentato un sensore capacitivo idoneo ad es sere indossato dall'operatore, al fine di rilevare in tempo reale la sua distanza dal robot. Questi sensori innovativi sono stati testati utilizzando modalità di rilievo della posizione dell'operatore che sono basati su sistemi di visione tridimensionali e su sistemi inerziali (sistema Shadow prodotto da Motion Workshop). È stata verificata la possibilità di utilizzare sensori inerziali al fine di individuare mediante algoritmi di gestire tracking e signal pattern recognition eventuali movimenti improvvisi e imprevisti dell'operatore che uscendo dalle condizioni di utilizzo previsto possano creare condizioni di pericolo per l'operatore. La metodologia proposta permette di attivare un segnale di allarme per arrestare il robot.

Le due applicazioni
Inoltre, sono state sviluppate due applicazioni dimostrative di robotica collaborativa, una finalizzata allo svolgimento di operazioni di manutenzione da remoto su sistemi potenzialmente pericolosi, nello specifico un sistema in pressione, e una finalizzata al supporto all'esecuzione di operazioni di trapanatura non completamente automatizzabili a causa della variabilità del processo. Nel primo dimostratore sono stati sviluppati e applicati strumenti idonei a rendere intuitiva, a basso carico cognitivo e sicura la gestione del robot da remoto, sviluppando anche tool basati su sistemi di visione per semplificare al massimo l'interazione tra l'uomo e il robot. Il dimostratore del sistema di trapanatura è stato utilizzato per effettuare valutazioni sul supporto all'operatore apportato dal robot, misurato tramite l'indice Ocra. È stata anche sviluppata un'applicazione per la misura dell'indice Ocra durante l'esecuzione delle operazioni.

La seconda parte
La seconda linea di attività del progetto ha riguardato lo sviluppo di strumenti software e hardware utili a rendere edotti gli operatori dei rischi connessi all'utilizzo di sistemi caratterizzati dalla capacità di immagazzinare energia meccanica, elastica o gravitazionale, e di poterla restituire in maniera inattesa causando moti imprevisti, e quindi pericolosi, dei macchinari. Come previsto, è stato considerato il caso del nastro trasportatore, che in caso di guasto può accumulare energia causa della crescita dello stato di tensione del nastro e del sollevamento del contrappeso.

Nel corso del programma è stato sviluppato un modello matematico che può essere utilizzato per illustrare il fenomeno a personale in formazione mediante simulazioni che evidenzino quali siano le condizioni di funzionamento regolare del sistema e quali, invece,si verifichino in presenza di guasti. I dati ottenuti con questo modello sono stati elaborati al fine di sviluppare dei criteri e dei metodi utili al rilevamento delle condizioni di guasto dalla misura di alcuni parametri caratteristici del sistema, combinati opportunamente tra loro al fine di calcolare l'indice di guasto del sistema. Inoltre, è stato sviluppato un dimostratore tecnologico del sistema, costituito da un sistema a nastro trasportatore equipaggiato con un dispositivo di frenatura idoneo a simulare l'insorgenza di guasti.

Il sistema permette di svolgere attività di formazione estremamente efficaci al fine di evidenziare in maniera sperimentale i possibili pericoli che possono insorgere a causa di un guasto del sistema. Al fine di aumentare ulteriormente l'efficacia formativa del dimostratore tecnologico si è provveduto ad un ulteriore sviluppo del modello di simulazione del nastro trasportatore, in maniera tale da renderlo pienamente corrispondente al dimostratore tecnologico e poter così illustrare agli allievi tutti i fenomeni che possono verificarsi.

Infine, con lo scopo di rendere possibile la formazione sull'intero territorio nazionale, sono stati girati video formativi che permettono di assistere alla sperimentazione anche nel caso in cui non sia fisicamente disponibile, localmente, il dimostratore. Un appuntamento e un progetto che è stato illustrato nel Dicem, Dipartimento di ingegneria civile e meccanica.