Collaborative robotics : a semi-quantitative methodology for process and technology selection

Collaborative robotics has experienced market growth in recent years, but there are many barriers that prevent companies, especially SMEs, from adopting this technology. The most prominent are the value that the company gets from adopting a cobot, lack of government incentives, and worker acceptance. Methods and tools to support the adoption of collaborative robots in manufacturing are explored and some solutions are proposed to facilitate i) the selection of the process with the greatest potential for the adoption of a cobot and ii) a procedure and set of questionnaires to support technology selection. The investigation began with consultation of 76 research papers, 3 industry reports, and one book. Of these, 36 research papers, the book, and the three industry reports deemed relevant were used to identify the key phases, tools, and approaches that lead to effective and efficient adoption of collaborative robots. The main open challenges and limitations that emerged from the research are the lack of standardised analysis methods for cobot adoption and the fact that most methods were developed for assembly work cells. Based on this research, this paper first proposes a method for selecting processes in which to adopt a collaborative robot. The elements consider the complexity of the process, ergonomics and productivity. Secondly, a set of questionnaires and the procedure to select the technologies to be included in the work cell are proposed. The solution starts with the identification of the main requirements for the cobot based on the assigned tasks, and a questionnaire is proposed that allows efficient communication between the customer and the supplier. Then, the solution includes a procedure to analyse the requirements for complementary technologies, and questionnaires are proposed to support the selection of the gripper, vision system and feeding system. The technology selection solution has been validated in an industrial use case where a collaborative robot is used to perform welding and polishing tasks. The use of the solution proposed in this work facilitated the requirements gathering for each technology involved and helped the manufacturing company to compare the different solutions identified.

Nonostante la recente crescita nel mercato della robotica collaborativa, molte barriere impediscono alle aziende, in particolare PMI, di adottare questa tecnologia. Le più riconosciute sono il valore guadagnato dall'azienda introducendo un cobot, l'assenza di incentivi governativi e l'accettazione da parte dei lavoratori. Vengono analizzati metodi e strumenti a supporto dell'adozione della robotica collaborativa nel settore manifatturiero e sono proposte soluzioni per i) selezionare il miglior processo nel quale introdurre un cobot e ii) una procedura e questionari a supporto della selezione delle tecnologie. L'analisi è iniziata consultando 76 articoli di ricerca, 3 report industriali e un libro. Tra questi, 36 articoli di ricerca, 3 report industriali e un libro sono considerati rilevanti per identificare le più importanti fasi, strumenti e approcci che portano all'adozione di un cobot in modo efficace ed efficiente. A valle dell'analisi, le sfide aperte e limitazioni identificate sono la mancanza di un metodo analitico per adottare un cobot e il fatto che la maggior parte dei metodi fossero sviluppati per celle di assemblaggio. Questo lavoro propone un metodo per selezionare i processi nei quali adottare la robotica collaborativa. Gli elementi considerati sono la complessità del processo, l'ergonomia, e la produttività. Una procedura e dei questionari vengono proposti per selezionare le tecnologie da includere nella cella di lavoro. Partendo dall'identificazione dei requisiti di un cobot in base alle mansioni assegnate, sono proposti dei questionari che facilitano la comunicazione tra fornitore e cliente. Infine, la proposta include una procedura per analizzare i requisiti delle tecnologie complementari proponendo questionari a supporto della selezione del gripper, del sistema di visione e quello di presentazione delle parti. La soluzione per selezionare le tecnologie è stata validata in un caso industriale dove un robot collaborativo viene introdotto per svolgere le mansioni di saldatura e lucidatura. La soluzione proposta in questo lavoro ha facilitato la collezione dei requisiti per ogni tecnologia coinvolta, aiutando l'azienda a valutare le differenti soluzioni identificate.