Progetto AUTOMATHA: programmazione automatica dei cobot per eseguire trattamenti superficiali | ARISE

IL BANDO

Con il progetto AUTOMATHA, abbiamo vinto la prima Open Call ARISE, un’iniziativa europea finalizzata a rendere più accessibile ed economicamente sostenibile l’interazione uomo-robot nei settori della manifattura, dell’intralogistica e della sanità. ARISE promuove lo sviluppo di tecnologie open source per generare applicazioni robotiche in modo agile, robusto e conforme agli standard europei di sicurezza e di etica. L’obiettivo è rendere più semplice integrare la robotica collaborativa nei processi produttivi reali, soprattutto dove la variabilità dei prodotti rende difficile applicare soluzioni standard.

Il programma ARISE si fonda su pilastri operativi chiari: cooperazione tra partner industriali per accelerare soluzioni tecnologiche utili alla produzione; agilità produttiva, intesa come la capacità di adattarsi rapidamente e con efficienza a variazioni di domanda o nuove condizioni operative nei contesti ad alta variabilità; porre le esigenze, l’esperienza e la sicurezza delle persone al centro del design delle soluzioni; e ovviamente l’integrazione fluida di nuove tecnologie all’interno di sistemi già esistenti.

ARISE finanzia esperimenti applicativi che dimostrino non solo innovazione tecnologica, ma anche replicabilità industriale, governance etica dei dati e conformità ai requisiti di sicurezza operativa. Il nostro progetto AUTOMATHA si inserisce appieno in questa visione: AUTOMATHA sfrutta approcci di visione artificiale, AI e integrazione robotica per rendere la programmazione di cobot e l’esecuzione di processi complessi più agili, sicuri e human-centred, contribuendo direttamente agli obiettivi di ARISE. Il primo caso applicativo è stato sviluppato insieme a Tecnica Group, ma l’obiettivo del progetto è dimostrare un approccio riutilizzabile anche in molti altri contesti industriali.

LA SFIDA

Nella produzione di oggetti plastici, come ad esempio le calzature tecniche, la preparazione delle superfici plastiche per la tampografia è ancora largamente eseguita a mano tramite solventi, tipicamente una miscela di MEK, acetone e resine adesive. Oltre al rischio diretto per la salute degli operatori, questo approccio impone oneri significativi per la gestione dei rifiuti chimici e richiede ambienti di lavoro attrezzati per il loro uso sicuro.

Per Tecnica Group S.p.a. abbiamo già sviluppato una macchina pilota che sostituisce i trattamenti chimici con un’attività di attivazione superficiale a plasma realizzata da un braccio robotico collaborativo, una soluzione promettente dal punto di vista tecnico e ambientale, e già testata in produzione. Il passaggio successivo ha evidenziato il vero collo di bottiglia: la programmazione delle traiettorie robotiche.

Ogni modello e ogni taglia richiedono percorsi robotici diversi di movimentazione della torcia al plasma. Con migliaia di varianti stagionali, il teaching manuale tramite teach pendant resta sostenibile dal punto di vista ergonomico, ma non dal punto di vista della scalabilità, perché è oneroso in termini di tempo e in più richiede delle competenze robotiche avanzate.

La sfida affrontata da Automatha è dunque triplice: eliminare l’uso dei solventi e quindi l’esposizione dei lavoratori alle sostanze chimiche, ridurre la dipendenza da competenze robotiche specialistiche e rendere automatica la generazione delle traiettorie robotiche su oggetti geometricamente molto variabili.

La soluzione sviluppata

Il cuore del progetto Automatha è un sistema di automatic teaching: invece di programmare manualmente il robot per ogni nuova variante di prodotto, l’operatore avvia una procedura guidata in cui il pezzo viene acquisito tramite scansione 3D. Il sistema ricostruisce digitalmente l’oggetto reale, ne analizza la geometria e genera automaticamente le informazioni necessarie per il trattamento superficiale.

A partire dalle immagini di profondità, Automatha genera un modello tridimensionale accurato dell’oggetto, completo di mesh e campi normali. Su questo modello vengono quindi identificate le zone da trattare e calcolate le istruzioni robotiche necessarie per la lavorazione al plasma.

L’operatore rimane sempre al centro del processo: non deve più programmare il robot punto-per-punto, ma supervisiona e valida il risultato. Questo approccio riduce drasticamente la complessità tecnica del teaching robotico e abbassa la soglia di competenze richieste, trasformando un’attività specialistica in un flusso operativo ripetibile e scalabile. Il risultato è una soluzione che non sostituisce l’operatore, ma ne amplifica le capacità: Automatha rende automatico ciò che oggi richiede tempo, competenze avanzate e un notevole sforzo cognitivo, mantenendo la validazione umana come elemento chiave per la qualità del prodotto finale.

Dal punto di vista architetturale, Automatha si basa su ROS 2 per la gestione della pipeline robotica e di visione e su FIWARE / Orion-LD per l’interoperabilità dei dati.

Una parte dei servizi AI di visione sviluppati dal partner tecnico Elif Lab S.r.l., in particolare quelli dedicati alla ricostruzione 3D e alla generazione della mesh, sarà rilasciata a breve come open source per contribuire all’ecosistema ROS e favorire il riuso in altre applicazioni industriali.

RISULTATI E IMPATTO

Abbiamo trasformato l’idea del progetto in un flusso tecnico concreto e verificabile: Automatha oggi produce oggetti 3D fedeli e identifica le aree di trattamento per poi generare in automatico i programmi robotici di lavorazione. Questo risultato è il cuore della value proposition: rendere automatico un passaggio che, nell’attuale configurazione pilota, richiede competenze robotiche avanzate e ore di lavoro manuale per ogni modello.

Dalla scansione alla generazione del part-program fino alla simulazione e all’esecuzione della lavorazione al plasma, la pipeline completa è stata testata su diversi modelli e taglie di scarponi prodotti da Tecnica Group.

Ricostruzione con Automatha mesh 3D di uno scarpone da sci Nordica (Tecnica)

I risultati sono significativi.

Il tempo necessario per generare una nuova configurazione di lavorazione per un modello è passato da circa 20-30 minuti a meno di 3 minuti. Il tempo medio per generare un part-program corretto è stato ridotto da circa 50 minuti a 6 minuti. Parallelamente, la sostituzione dei solventi con il trattamento al plasma ha eliminato l’esposizione degli operatori a sostanze chimiche nel processo di preparazione superficiale.

Anche il numero di correzioni manuali richieste è stato drasticamente ridotto: da un teaching totalmente manuale che richiedeva un editing punto-per-punto, ora servono solo dei piccoli aggiustamenti locali legati alla lavorazione di aree particolari, come ad esempio la punta dello scarpone.

Una soluzione di Auto-teaching per produzioni ad alta variabilità

Il caso applicativo degli scarponi da sci rappresenta un banco di prova particolarmente impegnativo: forme complesse, molte taglie, numerose varianti stagionali. Proprio per questo è un contesto ideale per dimostrare il valore tecnologico di Automatha.

La pipeline sviluppata, infatti, non è limitata a questo specifico scenario produttivo. Lo stesso principio di auto-teaching basato su scansione 3D e generazione automatica delle traiettorie può essere applicato, ad esempio, a trattamenti superficiali, operazioni di finitura, lavorazioni su componenti plastici o compositi, preparazione delle superfici per incollaggio o marcatura, e in generale applicazioni robotiche guidate dalla geometria reale del pezzo.

In tutti i casi in cui la variabilità del prodotto rende complesso il teaching manuale, Automatha introduce un approccio più rapido, ripetibile e scalabile.

Le attività svolte finora hanno portato la soluzione a un livello di maturità TRL7. Il passo successivo riguarda l’industrializzazione completa della pipeline e l’estensione dell’approccio ad altri scenari applicativi in cui la programmazione robotica rappresenta ancora oggi un limite alla diffusione della robotica collaborativa.

Automatha dimostra che è possibile passare da robot programmati manualmente a robot guidati dalla percezione e solo supervisionati dall’operatore, il tutto mantenendo la qualità e aumentando la flessibilità del processo.

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Logo Open Call ARISE

Programma

ARISE

Progetto

AUTOMATHA: Cobot Automatic Teaching for Surface Machining

Robotica collaborativa

Soluzione

Robotica collaborativa con visione artificiale

Calendario

Durata

12 mesi

Progetti speciali

Stato

In corso

Industria manifatturiera

Settore

Produzione di articoli sportivi

Tecnologie integrate

  • Scanner Keyence
  • Macchinan pilota con cobot Doosan A0609 e M0609
  • ROS2 (Vulcanexus)
  • FIWARE / Orion-LD
  • RViz/Webots per simulazione
  • Algoritmi AI di ricostruzione mesh
  • Algoritmi proprietari per path generation

Ruolo di Eureka System

  • Gestione progetto di bando
  • Concept della soluzione
  • Sviluppo dei moduli ROS2
  • Integrazione HW/SW
  • Installazione e validazione di TALOS in sito
  • Training agli operatori
  • Stesura di documentazione e Deliverable tecnici

Partner

  • Tecnica Group S.p.a.
  • Elif Lab S.r.l.
  • Politecnico di Milano
  • ARISE consortium

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Perché alcuni Case Studies sono anonimi?

Nel rispetto della natura personalizzata dei nostri progetti di Automazione, molti Use Cases sono “no-brand”. Crediamo che la trasparenza sia fondamentale, ma allo stesso tempo teniamo in considerazione la sensibilità delle informazioni e il desiderio di riservatezza espresso dai nostri clienti.

Anche se non possiamo sempre divulgare nomi o dettagli specifici, ci impegniamo a condividere le storie di successo dei nostri progetti in modo anonimo. Attraverso questi esempi, illustriamo le sfide affrontate, le soluzioni sviluppate e i risultati tangibili ottenuti in diversi settori industriali.

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