Robot Manipolatori

MANIPOLATORE

Macchina la cui struttura meccanica è normalmente costituita da una serie di elementi rigidi (bracci) generalmente collegati inserie e connessi tra di loro mediante articolazioni (giunti) di rotazione o scorrimento relativo tra loro.

I robot, negli ultimi anni, si sono evoluti e sono diventati antropomorfi, aumentando sempre di più i gradi di libertà, la precisione, la velocità e la capacità di carico.

Adesso i robot svolgono in campo industriale lavorazioni accurate come forature, smerigliatura, fresature, verniciature, smaltature e tagli con il laser, imballare, manipolare e sono dotati di sistemi di visione molto precisi.

Nel manipolatore si individuano:

• Struttura portante: Assicura la mobilità. Regola la posizione dell’organo terminale al livello del pezzo da lavorare
• Polso: Conferisce destrezza. Regola l’orientamento dell’utensile per consentire la presa del pezzo
• Organo terminale (end-effector): Esegue il compito per cui il robot è utilizzato

I Robot manipolatori possono essere classificati secondo criteri diversi, come il tipo di alimentazione, il modo in cui vengono azionati i giunti, la loro geometria, la loro struttura cinematica, l’area di applicazione o il metodo di controllo. Tale classificazione è utile principalmente per determinare il robot più adatto ad un determinato compito.

Nel contesto della robotica generale, la maggior parte dei robot rientra nella categoria dei bracci robotizzati e possono essere classificati in tre livelli:

1. Robot di primo livello: robot programmati per svolgere fedelmente operazioni ripetitive senza variazioni e con alto grado di precisione; queste azioni sono determinate dal software che specifica la direzione, l'accelerazione, la velocità e la distanza di una serie di movimenti coordinati.
2. Robot di secondo livello: robot molto più flessibili, in grado di adattarsi autonomamente alle variazione delle condizioni operative; per esempio robot dotati di sistemi di visione artificiale, in grado di identificare l'oggetto da manipolare e compiere semplici variazioni di traiettoria e/o di logica di gestione (sempre nell'ambito del programma pre-impostato).
3. Robot di terzo livello: robot in grado di prendere decisioni in modo autonomo (non previste dal costruttore) avvalendosi di reti neurali. Attualmente tali genere di robot non sono utilizzati a livello industriale.

Alimentazione

Generalmente i robot sono alimentati elettricamente, idraulicamente o pneumaticamente. Gli attuatori idraulici sono senza rivali nella velocità di risposta e nella capacità di produrre coppia elevata. Ecco perchè i robot idraulici sono utilizzati principalmente per il sollevamento di carichi pesanti. Gli svantaggi di un robot idraulico sono che essi tendono ad una perdita di fluido idraulico, richiedono molte periferiche accessorie (come le pompe, che a loro volta richiedono molta manutenzione) e il fatto che sono piuttosto rumorosi.

I robot guidati da motori elettrici DC o da servo-motori AC stanno diventando sempre più popolari per la loro economicità, pulizia e silenziosità.

Infine, i robot pneumatici sono poco costosi e semplici ma essi non possono essere controllati con precisione. Di conseguenza, i robot pneumatici hanno una gamma limitata di applicazioni e utilizzo.

Area di applicazione

I robot sono spesso classificati in base all’area di applicazione, suddividendoli in assembly e non assembly robot. I robot per assemblaggio tendono ad essere piccoli, guidati elettricamente e di tipo revolute o SCARA. I robot non assembly, fino ad oggi, sono stati principalmente utilizzati per la saldatura, la verniciatura a spruzzo, la movimentazione di materiali e il carico e scarico delle macchine.

Metodo di controllo

I robot sono classificati, in base al metodo controllo, come servo e non servo robot. I primi robot erano tutti non-servo robot. Questi robot sono essenzialmente dispositivi controllati ad anello aperto il cui movimento è limitato a predeterminati

“arresti” meccanici, utili soprattutto per il trasferimento di materiali. In realtà, tali robot a posizioni predeterminate non sarebbero neppure qualificabili come robot.

Il movimento dei servo robot è invece controllato a ciclo chiuso da un computer: questo consente loro di essere multifunzionali e riprogrammabili.

I robot servo controllati sono ulteriormente classificabili secondo il metodo che il controller utilizza per guidare l’attuatore.

Il tipo più semplice di robot in questa classe è il robot punto-punto. Un robot punto-punto può essere istruito ad assumere un insieme discreto di posizioni ma non vi è poi alcun controllo sul percorso seguito dall’attuatore da una posizione all’altra. La serie di posizioni che il robot deve assumere viene solitamente assegnata attraverso una pulsantiera mobile (teach pendant). I punti/posizioni vengono poi memorizzati e riprodotti. I robot punto-punto presentano una gamma di applicazioni limitata.

Nei robot a percorso continuo (continuous path robots), invece, può essere controllato l’intero percorso dell’attuatore. Per esempio, al robot può essere insegnato a seguire una linea retta tra due punti o anche a seguire un certo contorno (ad esempio per eseguire una saldatura). Inoltre, può spesso essere controllata anche la velocità e/o l’accelerazione dell’attuatore. Questi

sono i robot più avanzati e richiedono sofisticati algoritmi di controllo.

Principali componenti di un sistema robotico

Geometria

La maggior parte dei robot manipolatori industriali attualmente presenta al massimo sei gradi di libertà. Questi manipolatori vengono classificati cinematicamente sulla base dei primi 3 giunti del braccio, mentre il polso viene descritto separatamente. La maggioranza di questi manipolatori può essere classificato in base a 5 tipi fondamentali: Articolati (detti anche manipolatori revolute, o antropomorfi, RRR), Sferici (RRP), SCARA (Selective Compliant Articulated Robot for Assembly, RRP), Cilindrici (RPP) o Cartesiani (PPP).

Questi 5 tipi di braccio manipolatore sono robot con collegamenti in serie. Una classe distinta è invece quella dei cosiddetti robot paralleli. In un maipolatore parallelo i link, a differenza di quelli seriali, formano una catena cinematica chiusa e risulta molto più ardua modellare il loro comportamento cinematico e dinamico.