Robotica industriale

Definizione di Robot

Il termine robot deriva dal termine ceco robota, che significa "lavoro pesante" o "lavoro forzato".

L'introduzione di questo termine si deve allo scrittore ceco Karel Čapek, il quale usò per la prima volta il termine nel 1920 nel suo dramma teatrale I robot universali di Rossum per identificare degli umanoidi meccanici costruiti, assemblando le varie parti del corpo prodotte separatamente, da un ingegnere di nome Rossum con la vana speranza che sarebbero stati d’aiuto agli uomini.

La diffusione del romanzo di Karel, molto popolare sin dalla sua uscita, servì a dare fama al termine Robot.

Negli anni successivi nacque una fiorente

produzione di opere letterarie di fantascienza i cui

protagonisti, fermo restando l’aspetto esterno di

umanoide meccanico, erano sempre inquietanti,

ribelli e sempre crudeli antagonisti dell’uomo.

Isaac Asimov (1920-1992)

Negli anni quaranta lo scrittore americano Isaac Asimov (1920-1992) , modificò questo modo di fare fantascienza descrivendo, in una serie di racconti, robot costruiti con lo scopo specifico di compiere determinati lavori. Ad Asimov va riconosciuto il merito di aver fatto nascere la robotica intesa come scienza della costruzione dei robot.

In seguito al successo dei racconti “Io, Robot” di Asimov, negli anni sessanta la parola robot, che fino allora aveva avuto esclusivamente un significato fantascientifico, fu adottata per individuare le prime macchine predisposte dall’industria per sostituire l’uomo in alcune attività produttive.

Le tre leggi della Robotica

Nella fantascienza, le Tre leggi della

robotica sono un insieme di leggi scritte da Isaac

Asimov, alle quali obbediscono tutti i robot che

compaiono nei suoi racconti (e in molti racconti

di altri autori).

Possono essere considerate i comandamenti che

il grande romanziere propose "affinché vengano

inseriti alla base di ogni cervello artificiale" .

Prima Legge

Un robot non può recare danno a un essere umano o permettere con l’inazione che un essere umano possa essere danneggiato.

Seconda Legge

Un robot deve ubbidire agli ordini degli esseri umani, tranne quando tali ordini entrano in conflitto con la Prima

Legge.

Terza Legge

Un robot deve proteggere la propria esistenza finché tale protezione non entri in conflitto con la Prima e la Seconda Legge.

Le Tre Leggi vennero estese con una quarta legge,

la 'Legge Zero', così chiamata per mantenere il fatto

che una legge con numero più basso soprassedesse

a una con numero maggiore.

Venne enunciata da un personaggio di Asimov, R.

Daneel Olivaw (R. sta per Robot), nel romanzo Io

Robot e l'Impero:

Legge zero

Un robot non può recare danno all'umanità, né può

permettere che, a causa del proprio mancato

intervento, l'umanità riceva danno.

ISO (International Standard Organizazion) TR 8373: Manipulating industrial robots - Vocabulary

Definizione di robot per la ISO TR 8373:

Il robot industriale di manipolazione, o

semplicemente robot, è un manipolatore

automaticamente controllato, riprogrammabile,

multiscopo, programmabile in tre o più assi

che, fisso sul posto o mobile, sia usato in

applicazioni di automazione industriale

SIRI (Associazione Italiana Robotica Industriale)

Un automa è una macchina predisposta per sostituire

l’uomo in alcune attività produttive, in particolare in alcune

lavorazioni (con l’aiuto di utensili portatili), nella

manipolazione, nel montaggio, nell’ispezione e nel

controllo, dotata di una memoria (più o meno ampia) per

immagazzinate una quantità significativa di istruzioni;

programmabile per eseguire, con diversi assi di movimento,

cicli di operazioni differenti e ripetitive; flessibile, cioè

idonea a eseguire diverse operazioni differenti

In definitiva cosa è?

Il robot è una macchina che:

1. È capace di movimentare pezzi oppure di

eseguire lavorazioni specifiche sul prodotto

senza controllo continuo dell’uomo;

2. Può essere impiegata per eseguire diversi

compiti senza subire modifiche fisiche;

3. Può convenientemente eseguire lavori

nocivi, pericolosi o particolarmente inadatti

per l’uomo.

I robot macchine intelligenti

Per i robot industriali viene spesso utilizzato

l’aggettivo intelligente in riferimento alla

capacità da parte della macchina di reagire in

modo diverso se sottoposta a situazioni

ambientali variabili. Il termine più adatto

sarebbe adattativi.

Il primo robot industriale

I Robot di servizio

Un robot di servizio opera, in modo semi o totalmente automatico, per effettuare servizi utili al benessere dell’umanità o di altri sistemi. Possono essere mobili e/o manipolativi e non possiedono la capacità di fabbricare i manufatti.

Appartengono a questa categoria:

1. Robot domestici

2. Robot impiegati:

- dagli artificieri per disinnescare ordigni

- per operare sul fondo marino

- per l’esplorazione spaziale

3. Robot utilizzati in medicina

4. ecc. ecc.

Il Centro di Cardiochirurgia Robotica del Policlinico Universitario

Campus Bio-Medico di Roma

Grazie all’utilizzo del robot “da Vinci” i chirurghi hanno potuto intervenire sul cuore senza operare alcuna apertura dello sterno. Con un’incisione di soli 3 centimetri in sede sottomammaria destra, sono stati inseriti nel corpo del paziente gli strumenti operatori montati su 2 bracci del robot. Questi strumenti hanno un diametro variabile tra i 5 e i 12 millimetri. Con l’ausilio di un terzo braccio del robot è stato posizionato il retrattore che serve a esporre il cuore. All’estremità del quarto braccio era montata la telecamera che invia immagini 3D ad alta risoluzione, dall’interno del corpo del paziente, agli oculari delle due console del robot. È da qui che i medici comandavano gli strumenti operatori, mentre l’équipe seguiva tutte le fasi dell’intervento da un monitor 3D-HD comunicando con interfono.

Pesci robot per controllare l’inquinamento del

mare

Classificazione dei Robot industriali

Classificazione Criterio

Cinematica Caratteristiche geometriche e cinematiche (tipo di

movimenti)

Funzionale Tipo di applicazione

Operativa Modalità di controllo dei movimenti del braccio

Dinamica Caratteristiche energetiche degli attuatori

Sensoriale Capacità percettive dei robot in relazione al proprio stato e

a quello del mondo esterno

Architettura dei robot: Componenti

principali

Il robot è costituito da:

• Struttura meccanica: insieme di corpi rigidi

uniti tra di loro da articolazioni o giunti che ne

assicurano il moto relativo.

• Sistema di azionamento dei giunti (o sistema

di attuazione)

• Sistema di comando (Unità di governo +

Sensori)

1 – 2 – 3 – 4: attuatori a - b - c – d: sensori

Il sistema robot è un sistema a retroazione ovvero ad

anello chiuso.

Dall’unità di governo partono gli ordini per il sistema di

azionamento che, attraverso gli attuatori, muove la

meccanica; questa interagisce con il mondo esterno

svolgendo il compito assegnato ai robot.

Per mezzo di opportuni sensori vengono rilevate tutte

quelle grandezze che costituiscono il feedback

(retroazione) necessario all’unità di governo per

gestire l’intero sistema.

Struttura meccanica

La struttura meccanica dei robot industriali è

costituita da una catena cinematica aperta,

formata da elementi posti in serie (a), o chiusa,

realizzata da elementi posti in parallelo (b).

Nomenclatura (ISO 8373)

Gradi di libertà

Per posizionare e orientare arbitrariamente un

corpo nello spazio occorrono 6 gradi di libertà:

3 di traslazione (parallelamente agli assi

coordinati) e 3 di rotazione (attorno agli stessi

assi).

Giunti

I giunti sono accoppiamenti meccanici che collegano due corpi rigidi.

In base alle possibilità di movimento che consentono possono essere:

rotoidali: consentono 1 GDL di rotazione

prismatici: consentono 1 GDL di traslazione

cilindrici: consentono 2 GDL: 1 di rotazione e uno di traslazione

sferici: consentono 3 GDL di rotazione

elicoidali: consentono 2 GDL: 1 di rotazione e uno di traslazione che non sono indipendenti tra di loro

GDL di un giunto

Considerandone uno fisso che funga da

vincolo, il numero di movimenti possibili

dell’altro stabilisce il numero di GDL del

giunto

Giunti ad un grado di libertà

Il giunto prismatico permette un moto relativo traslatorio, come ad esempio un manicotto che scorre su una guida lineare .

Il giunto rotoidale permette un moto relativo rotatorio.

Giunto cilindrico

2 GDL: 1 di rotazione e 1 di traslazione

Il giunto cilindrico permette due GDL, infatti il

sistema a valle può soltanto ruotare attorno

all'asse del giunto e traslare lungo esso.

Un esempio pratico di un giunto di questo tipo

è un cilindro in cui lo stelo, oltre alla

possibilità di traslare, ha anche quella di

ruotare attorno al suo asse.

Giunto sferico

3 GDL di rotazione

Un giunto ha tanti gradi di libertà quante sono le possibilità di movimento relative permesse ai due corpi rigidi che collega.

Nella realtà possono essere realizzati dei giunti che permettono fino a tre gradi di libertà.

Il giunto sferico permette ad esempio tre possibilità di spostamento relative ai due oggetti che collega.

Un esempio molto semplice dell'utilizzo di questo giunto si ha nei porta penna orientabili.

In tal caso i gradi di libertà permessi sono tre, in quanto la penna può essere ruotata sia attorno ad un asse verticale che attorno a due assi orizzontali ortogonali tra loro. In altre parole un solo giunto sferico permette di orientare in tutti i modi possibili un oggetto.

Giunto elicoidale 2 GDL: 1 di rotazione + 1 di traslazione tra loro dipendenti

Il giunto elicoidale permette un movimento relativo elicoidale, cioè una rotazione intorno ad un asse accompagnata da una traslazione lungo lo stesso.

Tale movimento si realizza ad esempio tra una vite ed il suo dado

GDL di un robot

I robot, come tutte le strutture meccaniche

realizzate con parti rigide collegate fra loro da

giunti, sono caratterizzati dal numero di gradi

di libertà. Tale numero dipende dal tipo di

giunti utilizzati e dal loro numero.

Classificazione cinematica dei robot La classificazione più significativa dei robot viene fatta con riferimento al tipo di coordinate idonee ad individuare la posizione dell’attuatore finale, o meglio di un suo punto di riferimento, in funzione dei movimenti dei 3 assi principali.

Si hanno robot:

- Cartesiani detti PPP perché realizzati con 3 giunti prismatici

- Cilindrici detti RPP perché ottenuti con 1 giunto rotoidale e 2 giunti prismatici

- Polari o sferici detti RRP

- Articolati o angolari detti RRR

- Paralleli

-- SCARA detti RRP

Robot cartesiani

Robot i cui bracci hanno 3 giunti prismatici e i

cui assi sono coincidenti con quelli di un

sistema cartesiano

Sono anche detti lineari or rettangolari e sono

costruiti in varie forme:

- ad assi sovrapposti

- a montante

- a portale

Questi robot realizzano i tre movimenti principali utilizzando tre accoppiamenti

prismatici orientati secondo tre assi ortogonali tra loro. Di conseguenza il

volume di lavoro è un parallelepipedo le cui dimensioni sono fissate dalle

corse dei singoli giunti.

I robot cartesiani possono essere realizzati con una struttura a portale o a

montante.

L'utilizzo di giunti lineari semplifica la programmazione e il controllo dei

movimenti del braccio. Si immagini infatti di utilizzare come sistema di

riferimento una terna di assi ortogonali paralleli a quelli lungo cui avviene il

movimento dei giunti. In tal caso ogni spostamento parallelo agli assi

coordinati viene eseguito con un uguale spostamento dell'asse

corrispondente. Considerando che un generico spostamento nello spazio può

essere facilmente scomposto in tre spostamenti paralleli agli assi di

riferimento è facile capire perchè la programmazione dei movimenti risulti

Robot cartesiano con struttura a portale: Il principale vantaggio della struttura

a portale è quello di permettere una precisione di posizionamento elevata ed

uniforme in tutto lo spazio di lavoro.

Robot in cui il portale è ridotto ad uno solo dei due assi orizzontali.

L'utilizzo di questa struttura semplifica

notevolmente l'integrazione del robot, nel layout

dell' impianto. La scelta di realizzare dei robot

con questa struttura fu probabilmente suggerita

dall'idea di sostituire l'operatore umano con una

macchina che ne riproducesse, per quanto

possibile, le capacità di manipolazione. Essi

vengono installati ai bordi dell'area di lavoro e

possono essere assimilati a degli uomini che,

vicino al bordo del bancone di lavoro, eseguono

operazioni di assemblaggio. Ciò facilita le

possibilità di integrazione del robot all'interno

dell'impianto produttivo in quanto non va ad

intaccare la continuità del sistema di

movimentazione; ne deriva tuttavia l'impossibilità

di aggirare degli ostacoli presenti nel piano di

lavoro, qualora questi siano compresi tra la pinza

di manipolazione ed il montante della struttura.

Robot cartesiano con struttura

a montante

La struttura a montante presenta una minore rigidezza rispetto a quella a

portale. Infatti gli assi di scorrimento lineare sono supportati in un singolo

punto, mentre nei robot a portale le guide prismatiche per il movimento nel

piano sono sostenute ad entrambi gli estremi. Per questo motivo il loro

volume di lavoro è quasi sempre modesto ed il loro utilizzo

limitato ad operazioni di assemblaggio leggero.

Particolare cura dovrà essere posta nella realizzazione dell'asse Z (il terzo)

in quanto sul suo supporto potranno agire momenti notevoli, qualora si

vadano a manipolare carichi elevati con notevole sbraccio (la distanza tra

quest'ultimo ed il piano degli assi X ed Y).

Trattandosi comunque ancora di una struttura cartesiana sarà possibile

raggiungere la stessa precisione di posizionamento ottenibile con quella a

portale, ma a prezzo di un irrigidimento della struttura che significa un

aumento di peso e quindi l'impossibilità di raggiungere prestazioni

dinamiche elevate.

Vantaggi:

- Moti lineari dei tre assi principali

- Modello cinematico semplice

- Struttura rigida

- Elevata accuratezza di posizionamento

Svantaggi:

- Spazio di lavoro ristretto e comunque più piccolo dell’ingombro del robot

- Giunti prismatici di rendimento inferiore a quelli rotoidali

- I giunti devono essere protetti dalla polvere

- Possono operare solo sulla parte superiore o laterale degli oggetti

- Non elevata velocità di lavoro sul piano orizzontale

Robot tinteggiatore

Robot cilindrici RPP

Si dicono cilindrici i robot i cui bracci formano un sistema di coordinate

cilindriche; sono composti da un braccio orizzontale, scorrevole su un asse

verticale, montato su una base rotante; avendo un giunto rotante e due giunti

prismatici l catena cinematica consente una rotazione e due traslazioni

Vantaggi:

- Discreto volume di lavoro

- Modello cinematico semplice

- Buona accessibilità nelle cavità

- In abbinamento all’attuazione idraulica i pesi trasportati (carichi paganti) possono raggiungere valori notevoli

Svantaggi:

- Retro del robot non accessibile

- Giunti prismatici meno efficienti di quelli rotoidali

- Guide difficili da sigillare

- Accuratezza di posizionamento dipendente dalla distanza della pinza dalla colonna

- Non elevata velocità sul piano orizzontale

Robot polari (o sferici) RRP

Possono considerarsi derivati da quelli cilindrici

nei quali lo spostamento verticale viene

sostituito con l’inclinazione del braccio.

La struttura viene definita sferica in quanto il volume di lavoro è un settore di

sfera. I due giunti rotatori descrivono infatti due archi perpendicolari fra loro

mentre quello lineare determina il raggio della superficie sferica da essi

descritta, variabile tra un minimo (sfilo contratto) e un massimo (sfilo esteso).

Robot articolati RRR

I robot articolati o RRR,

sono automi i cui bracci

hanno almeno 3 giunti

rotanti in molti casi tutti i

giunti sono ti tipo rotante.

Si dicono anche

antropomorfi per la loro

somiglianza con il

braccio umano.

Robot articolato applicato in telechirurgia

La sua configurazione è in realtà complessa essendo molto influenzata dalle

effettive possibilità di movimento dei giunti. La struttura articolata è molto

diffusa in quanto compatta e versatile. Infatti i robot articolati, a parità di

dimensioni, riescono a coprire un piu' ampio volume di lavoro rispetto alle altre

strutture.

Rappresentazione delle quattro diverse possibilità che questi robot

hanno per raggiungere i punti del loro volume di lavoro con ovvi vantaggi

per la possibilità di evitare degli ostacoli eventualmente presenti nel

campo di lavoro.

L'abilità di raggiungere facilmente delle posizioni comunque collocate

rispetto al basamento è riportata in figura che mostra come il robot possa

scendere al di sotto della quota della base (a),estendersi verso l'alto (b) e

infine prelevare dei pezzi alle sue spalle con una semplice rotazione

attorno al secondo grado di libertà (c); a tutto ciò si aggiunge la possibilità

di montarlo a soffitto (d) che permette di annullare il già ridotto ingombro

in pianta.

Robot paralleli

I robot paralleli

hanno una

struttura a catena

cinematica

chiusa; possono

essere a 4 o a 6

bracci ognuno dei

quali possiede

giunti prismatici e

sferici o rotoidali.

Robot SCARA (Selective Compilance Assembly Robot Arm -

Braccio robotizzato per assemblaggio con cedevolezza differenziata)

I robot SCARA sono automi a configurazione articolata orizzontale la cui struttura è del tipo in figura.

Hanno due o tre giunti ad assi verticali e paralleli e si possono considerare derivanti da una combinazione tra robot cilindrico e articolato.

Le applicazioni in cui gli SCARA si stanno imponendo sono

quelle dell'assemblaggio e della movimentazione leggera.

Par

amet

ri d

ei r

ob

ot

http://www.patreider.com/pagina%20prodotti%20azienda.htm

Ad andare in avanscoperta nei siti radioattivi di Fukushima sono stati due

robot chiamati PackBot. Di provenienza statunitense e in dotazione

all’esercito a stelle e strisce, sono stati affidati alla Tepco, la società che

gestisce la centrale. Dotati di appositi sensori per le misurazioni richieste,

gli automi, comandati con fibra ottica, sono anche in grado di aprire porte

bloccate.

Per quanto inquietante possa essere questa macchina, questo robot di nome Virtobot

potrebbe un giorno rendere la vita più facile ai dottori, rendendo disponibili le autopsie anche

ad altri dottori.

Utilizzata attualmente presso l’Università di Berna nell’Istituto di Medicina Legale, questa

creatura è in grado di eseguire “autopsie virtuali” in tutto e per tutto. In altre parole i cadaveri

scivolano all’interno dello scanner 3D per le indagini, il tutto senza mai aprire il cranio del

morto o affettare alcun lembo di carne. L’obiettivo è quello di fornire agli investigatori

informazioni sui decessi, per aver eventualmente nuovi elementi di prova da usare in cause

legali.

Chirurgia robotica

Sistemi di azionamento dei giunti

I giunti sono azionati da attuatori che possono

essere:

- Pneumatici;

- Idraulici

- Elettrici

Attuatori pneumatici

Sono sempre meno utilizzati nella costruzione dei bracci robotici a causa della difficoltà di ottenere un preciso controllo di posizione; largo impiego hanno invece nella realizzazione degli organi di presa e dei manipolatori a sequenza fissa (sistemi in grado di raggiungere in sequenza solo alcune posizioni dello spazio; le posizioni e la loro sequenza sono stabilite in fase di progettazione e non possono essere modificate). Sono quasi esclusivamente utilizzati nei robot più piccoli, dotati di pochi gdl (2-4), spesso limitati alle semplici operazioni di pick and place; Vantaggi:

Potenze specifiche elevate - Velocità di movimento elevata - Assenza di surriscaldamento - Assenza di scintille - Facile manutenzione - Basso costo - Sviluppati per azionare qualsiasi tipo di giunto Svantaggi -Precisione solo sa fine corsa -Velocità non costante -Instabilità dinamica

Attuatori idraulici

Sono utilizzati nei robot che movimentano grandi carichi.

Vantaggi:

- Grandi potenze specifiche (fino a 3.5 KW/kg)

- Velocità costanti al variare del carico

- Elevate coppie ed accelerazioni

- Forze costanti

- Elevate velocità

- Buona precisione di posizionamento

- Assenza di scintille

Svantaggi:

- Difficoltà di sistemazione delle tubazioni

- Possibili perdite d’olio

- Dissipazione di potenza nelle valvole

- Basso rendimento energetico ed elevate perdite

- Ingombro della centralina idraulica (l’olio in pressione deve essere prodotto sul posto)

- Rumorosità

- Manutenzione frequente

- Costo elevato

Attuatori elettrici

L’85% degli azionamenti robotici è oggi di tipo

elettrico.

I motori utilizzati sono del tipo brushless e

quelli passo-passo nel campo delle basse

potenze. Tali motori sono infatti quelli che

meglio soddisfano le esigenze di controllo.

Servomotore

Il servomotore (dispositivo inserito all’interno del sistema per regolare automaticamente una grandezza meccanica) opera secondo lo schema ad anello chiuso per soddisfare le esigenze di controllo.

Questo può essere:

- Controllo di velocità: consiste nel mantenimento di tale grandezza sul valore desiderato, anche nelle fasi di accelerazione, sia positiva che negativa;

- Controllo di posizione: consiste nel pilotare il motore in modo da garantire la richiesta precisione di posizionamento degli organi mossi dall’albero; deve essere gestito anche il bloccaggio del rotore nella posizione raggiunta

- Controllo di movimento: Consiste nell’azione contemporanea del sistema sia sulla posizione che sulla velocità

Vantaggi:

- Facilità di alimentazione

- Possibilità di montaggio diretto sui giunti

- Precisione e affidabilità del comando

- Assenza d’inquinamento e di perdite d’olio

- Ottimo rendimento

- Manutenzione semplice

- Ampia gamma di prodotti disponibili sul mercato

- Costo relativamente basso

Svantaggi:

- Non elevato rapporto potenza/peso

- minori coppi massime rispetto agli attuatori idraulici

- Possibilità di surriscaldamento

- Possibilità di emissione di scintille

I Sensori

Assolvono al compito di comunicare in tempo

reale all’unità di governo la situazione

presente sul campo (cioè nell’ambiente

controllato) in ogni istante del ciclo di

lavorazione

- Adatattivi: sono i robot con il più elevato livello

percettivo disponendo di sensori in grado di

inviare informazioni, oltre che sullo stato del

braccio e dell’ambiente circostante, anche

sull’interazione in atto tra essi.

Classificazione dei sensori

I sensori usati come dispositivi periferici nei

robot possono essere classificati in due

categorie:

sensori interni al robot

sensori esterni al robot

I Sensori interni o propriocettivi

Rilevano grandezze fisiche proprie del robot,

ovvero inerenti alla struttura meccanica

dell’automa come per esempio posizioni,

velocità e accelerazioni dei vari link.

Allo scopo sono utilizzati poenziometri,

resolver, encoder, dinamo tachimetriche,

sensori di forza.

Sensori esterni o eterocettivi

Inviano all’unità di governo la descrizione del

mondo esterno al robot misurando grandezze

relative all’ambiente nel quale esso opera

come per esempio distanza da eventuali

ostacoli, posizioni e velocità di altri

componenti il sistema di automazione,

posizione ed orientamento di oggetti da

manipolare, forze scambiate, forme di oggetti

circostanti.

Classificazione dei sensori esterni

Si distinguono:

- Sensori a contatto: sono sensibili ad azioni

fisiche, direttamente applicate ad essi, come

per esempio il tatto ed il movimento

- Sensori a distanza: rilevano alcune

caratteristiche del mondo esterno, senza

contatto fisico diretto, per mezzo di onde

acustiche o elettromagnetiche

Sensori di prossimità

Indicano la vicinanza di un oggetto al sensore

prima che tra i due venga stabilito un

contatto.

Usati anche per indicare la distanza reale

dall'oggetto.

Sensori tattili:

Determinano se si stabilisce un contatto tra sensore

e oggetto.

Possono essere divisi in:

sensori di contatto. Indicano semplicemente se

viene stabilito o meno un contatto con l'oggetto;

sensori di forza. Indicano l'entità della forza

scambiata con l'oggetto. Possono essere utilizzati

per determinare la forza che la pinza applica

nell’afferraggio dell’oggetto

Visione artificiale e sensori ottici

Sistemi di visione artificiale: in grado di

vedere ed interpretare lo spazio di lavoro e

sono usati per ispezioni, identificazioni di

parti, guide ed altri compiti simili.

Sensori ottici: usati per vari scopi. Ad es. le

fotocellule possono rilevare la presenza o

l'assenza

Sensori vari :

Comprendono i restanti sensori utilizzabili in

robotica come i dispositivi per la misura della:

temperatura

pressione

tensione elettrica

Esempi di applicazione della

visione artificiale:

a) Ispezione in linea di parti

b) Identificazione delle parti

(per forma), ispezione e

scarto delle parti difettose

c) Uso della visione

artificiale per fornire al

robot input relativi alla

posizione della parte.

d) Identificazione della

forma delle parti da

verniciare per la definizione

dei corretti movimenti della

pistola

Classificazione sensoriale dei robot

- Ad anello aperto: senza ritorno di informazioni

che non siano quelle inviate dai finecorsa per

comunicare la fine del movimento degli

attuatori; è tipico dei manipolatori pneumatici

o idraulici i cui bracci si muovono tra due

posizioni stabili

- Ad anello chiuso: con feedback del campo

che riporta all’unità di governo i dati relativi a

posizione e velocità dei vari link in movimento

in modo tale che il sistema possa effettuare,

se necessario, le correzioni per mantenere i

valori stabiliti per lo svolgimento del ciclo di

lavoro

L’attuatore finale o dispositivo di estremità

(end effector)

L’attuatore finale è la parte terminale dei robot, ovvero quella che viene a contatto con gli oggetti sui quali esso deve operare.

Sono fissati al polso per permettere al robot multifunzionale di realizzare un’applicazione specifica.

Si distinguono:

- Organi di presa o pinze (gripper)

- Utensili (tools)

Utensili

Utilizzati in applicazioni ove il robot realizza operazioni tecnologiche sulla parte in lavorazione.

Il robot deve controllare il funzionamento dell'utensile oltre alla sua posizione rispetto al pezzo in lavoro deve essere in grado di trasmettere segnali di controllo all'utensile per l'avvio, l'arresto e la regolazione dell'azione.

Esempi di utensili usati come dispositivi di estremità:

torce per operazioni di saldatura;

pistole per la verniciatura a spruzzo;

mandrini rotanti per operazioni di foratura, di rettifica, ecc.;

utensili per operazioni di assemblaggio;

ugelli per il taglio a getto d'acqua

Pinze

Usate per afferrare e manipolare oggetti (usualmente parti in lavoro) durante il ciclo di lavoro.

Applicazioni tipiche: operazioni di carico e scarico macchine.

Se il ciclo prevede l'utilizzo di più utensili questi, anziché essere fissati direttamente al polso, possono essere afferrati da una pinza che prende la forma di un porta utensili.

Esempi di pinze usate come dispositivi di estremità:

pinze con dita meccaniche;

pinze a vuoto che utilizzano delle ventose per afferrare oggetti piani;

pinze con dispositivi magnetizzati per reggere parti ferrose.

Ai manipolatori industriali

a braccio può essere

abbinata una pinza

pneumatica costruita su

misura per il cliente. La

pinza può avere, in

funzione delle esigenze

di movimentazione dei

carichi, sino a tre assi di

rotazione, sia motorizzati

pneumaticamente che

manuali.

I manipolatori industriali

pneumatici possono effettuare

la presa degli oggetti da

sollevare anche con ventose,

costruite in funzione del carico

che il cliente deve

movimentare. L'organo di

presa a ventosa può essere

dotato di rotazioni su tre assi,

sia manuali che motorizzate

pneumaticamente.

La generazione del vuoto

all'interno delle ventose

avviene solitamente mediante

l'utilizzo dell'aria compressa,

ma anche con pompe per

vuoto ad alimentazione

elettrica.

Manipolatori

industriali a

braccio con

attrezzo di presa

a ventosa per

vetri , pannelli e

lamiere. Sono

disponibili in

diverse versioni

con dispositivi di

rotazione e

basculamento per

soddisfare le

diverse necessità

di

movimentazione.

Manipolatori industriali a braccio con attrezzo di presa

magnetico.

La presa ed il rilascio del carico avvengono tramite un attuatore

pneumatico comandato dall'impugnatura del manipolatore.

Scelta ottimale della presa Il problema della scelta automatica

della migliore presa di un oggetto

deve in pratica affrontare i seguenti

3 sottoproblemi:

− stabilità della presa;

− accessibilità delle superfici di

presa;

− accuratezza nella presa;

− evitare il danneggiamento

dell'oggetto

Applicazioni dei robot

Di seguito sono elencati i principali requisiti per l’applicazione dei robot, ovvero condizioni che favoriscono la sostituzione dell'uomo con robot nei processi industriali:

Ambiente di lavoro pericoloso. I processi produttivi che comportano ambienti di lavoro pericolosi o che sono particolarmente gravosi si prestano alla robotizzazione (pressofusione, fucinatura, verniciatura, saldatura, ecc.).

Cicli di lavoro ripetitivi. Se la sequenza delle fasi di un ciclo é sempre la stessa e consiste in movimenti abbastanza semplici, un robot é in grado di realizzare il ciclo con maggiore precisione e ripetibilità rispetto all'uomo ( > qualità).

Difficoltà di movimentazione. Se un'operazione comporta la movimentazione di parti o utensili pesanti o comunque di difficile manipolazione, é conveniente utilizzare un robot con adeguata capacità di carico in sostituzione dell'uomo.

Principali applicazioni dei robot

Operazioni su più turni. Il ritorno economico ottenuto sostituendo l'uomo con robot sarà molto più rapido nelle lavorazioni che si svolgono su più turni di lavoro.

Volumi di produzione elevati. Nelle celle robotizzate, al variare del prodotto é necessario riattrezzare e riprogrammare il robot l'applicazione dei robot é meglio giustificata nelle grandi produzioni ove le variazioni sono infrequenti.

Posizione ed orientazione della parte stabilite. La maggior parte dei robot non é in grado di riconoscere l’ambiente di lavoro. La possibilità di raccogliere oggetti nel corso del ciclo si basa sul fatto che questi si trovino in posizioni ed orientazioni note. A tale scopo, deve essere sviluppato un dispositivo che presenti le parti sempre nella stessa posizione ed orientazione.

Celle di lavoro robotizzate

Nelle applicazioni industriali i robot operano

generalmente con altri componenti come

convogliatori, pallet, macchine utensili, attrezzature

di fissaggio, ecc.

È importante che le apparecchiature della cella di

lavoro siano organizzate in un layout efficiente.

Tre sono i layout fondamentali utilizzati:

• cella con robot centrale

• cella con robot in linea

• cella con robot mobile

Celle con robot centrale Robot posizionato centralmente con le altre apparecchiature

disposte intorno ad esso.

Layout adottato nelle installazioni in cui un singolo robot viene messo al servizio di più macchine di produzione.

Applicazioni: operazioni di carico e scarico macchine.

Celle con robot in linea

Più robot posizionati lungo un sistema di trasporto.

Il sistema di trasporto presenta le parti in modo tale che ciascun robot realizzi una determinata operazione di assemblaggio o tecnologica su ciascuna di esse.

Layout tipico delle linee di saldatura delle carrozzerie automobilistiche.

Celle con robot mobile

Robot montato su una base mobile che ne permette il movimento entro la cella.

Meccanismo di trasporto formato da rotaie aeree o di terra che consentono di muovere il robot lungo una traiettoria rettilinea.

Applicazioni: robot al servizio di più macchine che non possono essere disposte secondo un layout con robot centrale (ad es. perché separate da distanze superiori alla capacità di estensione del braccio del robot).

Applicazioni industriali dei robot

Le applicazioni industriali attuali, concentrate

nella produzione, possono essere classificate

in tre categorie:

movimentazione di materiali

operazioni tecnologiche (di processo)

operazioni di assemblaggio ed ispezioni