Grazie all'IA, i robot imparano ad assemblare

Il progetto di ricerca »Rob-aKademI« mira a semplificare notevolmente la programmazione dei robot per le operazioni di montaggio. (Fonte: Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez)

Per compiti di montaggio, la programmazione flessibile dei robot è finora ancora complessa. Migliorare questo è l'obiettivo del progetto di ricerca avviato il 1° luglio 2020, intitolato «Rob-aKademI». Le tecnologie utilizzate, in particolare l'Apprendimento Automatico, devono rendere la programmazione più semplice e autonoma.

I partner del progetto di ricerca «Rob-aKademI», tra cui il Fraunhofer IPA e l'Istituto di Produzione Industriale e Gestione delle Fabbriche IFF dell'Università di Stoccarda, sviluppano tecnologie che semplificano e automatizzano maggiormente la programmazione dei robot per compiti di montaggio. La base di ciò è un'immagine digitale, cioè un gemello digitale, dell'ambiente di produzione. Questa immagine, collegata a un'apparecchiatura di programmazione speciale, viene utilizzata in un ambiente di simulazione fisica affinché i robot possano imparare le capacità di montaggio flessibile. Esplorano autonomamente l'ambiente di simulazione, pianificano il loro comportamento e lo ottimizzano autonomamente o apprendono continuamente.

Tre moduli di apprendimento per la pratica

Per questo si utilizza l'intelligenza artificiale (IA), in particolare l'Apprendimento Automatico e il suo sottoinsieme chiamato «Reinforcement Learning» (RL). Questo significa che un algoritmo impara, simile all'uomo, attraverso tentativi ed errori. Riceve un segnale di ricompensa per un'azione riuscita, per migliorare gradualmente.

Nel progetto vengono sviluppati tre moduli di apprendimento applicativi, che racchiudono la conoscenza degli esperti sulla programmazione dei robot e sulle operazioni di montaggio da eseguire: il «Modulo di percezione» per il riconoscimento degli oggetti, il modulo di apprendimento «Assemblaggio con controllo della forza» per strategie di assemblaggio robuste e il modulo di apprendimento «Connessioni a scatto» con un modello fisico dettagliato di assemblaggio. Con queste tecnologie vengono create programmi di robot robusti per trasferire i risultati della simulazione nella realtà. Attraverso tre casi applicativi pratici, l'installazione di armadi di controllo, interruttori e schede di circuito, i partner del progetto convalidano i loro risultati. I moduli per l'assemblaggio con controllo della forza e le connessioni a scatto si basano sul software IPA «pitasc», già disponibile, per compiti di montaggio controllato dalla forza, e ne amplieranno le capacità.

Valori aggiunti dell'automazione

«Rob-aKademI» affronta, con i suoi obiettivi di progetto, in particolare le esigenze di una produzione sempre più personalizzata. Le applicazioni di montaggio richiedono ancora oggi elevati sforzi di programmazione dei robot. Ciò include processi complessi e spesso controllati dalla forza, un alto numero di varianti e cicli di breve durata. Per molte aziende, in particolare le PMI con prodotti su misura, non è ancora conveniente utilizzare robot per il montaggio, soprattutto perché solo un esperto può programmare.

I robot offrono vantaggi come l'assunzione di attività non ergonomiche, pericolose o monotone e la qualità costante nell'esecuzione dei compiti. Possono inoltre rappresentare un fattore competitivo decisivo, soprattutto in paesi ad alto costo del lavoro come la Germania. Grazie a numerose analisi del potenziale di automazione condotte dal Fraunhofer IPA in tutto il mondo, i ricercatori conoscono bene le esigenze delle aziende e portano questa esperienza nel progetto.

IA avanza la robotica

Il progetto «Rob-aKademI» fa parte della grande iniziativa di finanziamento «KI01 IA nella pratica» del Ministero federale dell'istruzione e della ricerca. Nello stesso programma di finanziamento è in corso un altro progetto di ricerca del Fraunhofer IPA: «Deep Picking» utilizza l'IA per ottimizzare la presa robotizzata in una scatola. E dall'IFF parte il progetto «Calibrazione robotica basata su IA» (KIRK).

scheda tecnica

Titolo completo del progetto:

Progetto congiunto Rob-aKademI – Generazione di algoritmi di controllo robusti per robot tramite simulazione fisica e metodi di intelligenza artificiale per montaggi altamente flessibili e variabili in «Lotti di dimensione 1»

Durata:

01.07.2020 - 30.06.2022

Finanziamento:

Il progetto fa parte dell'iniziativa di finanziamento «KI01 IA nella pratica» del Ministero federale dell'istruzione e della ricerca (BMBF). Il numero di riferimento del finanziamento è 01IS20009.

Responsabile del progetto:

Centro tedesco per l'aeronautica e lo spazio e.V. (DLR)

Partner del progetto e loro contributo:

– Coordinatore e partner di sviluppo: micropsi industries GmbH
– Partner di sviluppo: TruPhysics GmbH, elprotek GmbH
– Partner di ricerca: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Università di Stoccarda
– Utente finale: dresden elektronik ingenieurtechnik GmbH, Käpple Qualitätsleister e.K., Walter Meile GmbH