Robot Industriali

Un robot è composto da organi meccanici ed elettrici governati da una o più unità di controllo dotato di memoria.

Strutturalmente risulta composto da giunti. Abbiamo generalmente:

• giunto prismatico P, consente un moto lineare relativo tra due elementi

  • possono essere ottenuti mediante guide lineari a ricircolo di sfere, cinghie dentate, etc

• giunto rotoidale R, consente un moto rotatorio relativo tra due elementi. Il moto può essere parallelo o perpendicolare agli assi

  • cuscinetti volventi, etc

Possiamo avere anche altri giunti, tipo il giunto sferico o il giunto cilindrico.

La geometria del robot viene definita dalla disposizione e successione delle differenti tipologie di giunti. Possiamo avere due configurazioni:

• configurazione seriale, elementi collegati in serie. Permette maggiore possibilità di movimento

• configurazione parallela, elementi collegati in parallelo (una estremità collegata alla base e una mediante un giunto rotoidale all’altra). Permette maggiore rigidità ma vincola il movimento

I gradi di libertà sono 6. 3 di traslazione (x, y, z) e 3 di rotazione (intorno agli assi oppure ai piani y-z, x-z, x-y).

Questi gradi permettono di avere tutta la gamma di movimenti. In base ai vincoli sui quali costruiamo il robot possiamo ridurre il numero di gradi.

Un giunto ha tanti gradi di libertà quanti sono i movimenti che permette. Nonostante possa sembrare limitante per un robot avere meno di 6 gradi di libertà (data l’impossibilità di manipolazione tridimensionale), bisogna tenere conto dello scopo. Minor numero di gradi di libertà permette di abbattere i costi.

Ogni robot è comunque costruito da:

• una struttura fondamentale da 3 gradi di libertà

• una struttura di estremità che può presentare ulteriori gradi

  • i movimenti rotatori possono quindi essere di rollio (asse z), beccheggio (asse y) e imbardata (asse x)

Per descrivere la struttura cinematica si usano i simboli P o R, la sigla segue l’ordine a partire dalla base. L’estremità della struttura, attraverso movimenti, può raggiungere diversi punti dello spazio: il luogo geometrico di questi punti definisce il volume di lavoro, la cui proiezione è l’area di lavoro.

Costruiti primariamente per sostituire l’uomo nel lavoro in fabbrica, pesante o degradante/pericoloso per la condizione umana, i robot hanno come scopo primario aumentare la produttività e la precisione nelle lavorazioni e limitare le contaminazioni.

La possibilità di dotare queste macchine di sensori (sistema retroazione) permette inoltre l’adattamento all’ambiente e ai suoi stimoli.

Ecco alcuni esempi di ambiti applicativi: pallettizzazione e desatellizzazione, asservimento alle macchine utensili, montaggio, saldatura, sbavatura, taglio laser/water jet, verniciatura, piccole lavorazioni meccaniche, manipolazione, applicazione collanti o sigillanti, asservimento reparti di fonderia, reparti presse, ispezione visiva, lavaggio e decapaggio, industrie alimentari, esecuzione di operazioni robotiche poco invasive, dispositivi biomedicali, misura e controllo dimensionale.

Nuova generazione di robot, si sono affermati nella catena produttiva. Questa tipologia di robot può lavorare a contatto con gli esseri umani, svolgendo le operazioni ripetitive e pericolose.

Dotati di sofisticati meccanismi di sicurezza e controllo ambientale, sono in grado di riconoscere i movimenti e scongiurare gli incidenti (ad esempio, sono dotati di sensori in grado di arrestarsi al primo contatto con un umano). Questa capacità è regolata dalla UNI 10218.

Si presentano come robot antropomorfi a 6 assi con rivestimento speciale. Lo chassis non ha forme vive, e le zone di giunto sono rivestite in materiale morbido.

L’impiego combinato di controlli, sistemi percetti i e predittivi permette al robot di cooperare in qualsiasi processo o settore.

Questo tipo di robot apprende mentre lavora, memorizzando e replicando le manovre. Per programmarlo è quindi sufficiente muovere il braccio nel modo voluto.

Generalmente in un robot 3 gradi di libertà sono dati dalla struttura base, mentre i restanti dipendono dalla struttura ausiliaria, il polso. Formato da giunti secondari di tipo rotoidale, ha il compito di orientare l’oggetto nello spazio. Al polso possiamo avere:

• organo di presa

  • pinza pneumatica

  • ventose pneumatiche

• utensile di lavoro

  • dispositivi di saldatura

  • pistole a spruzzo per verniciare

  • smerigliatrici, dischi abrasivi, frese, ecc

I movimenti sono gestiti da motori elettrici interfacciati con il sistema di controllo.

Generalmente vengono usati:

• motori brushless: costo elevato, prestazioni migliori

• motori passo passo: costo ridotto, assenza retroazione. Permettono una semplificazione del sistema, ma l’utilizzo è meno diffuso dato il movimento a scatti, il pericolo di perdita di passo e la risoluzione su step.

Possiamo poi avere:

• azionamento idraulico: usato solo nei casi di carichi molto ingenti. Preciso posizionamento anche in posizioni intermedie, ma può risultare ingombrante e pesante

• azionamento pneumatico: solo nei casi di carichi molto leggeri. Questo è un sistema binario, generalmente viene impiegato nei sistemi ausiliari. La precisione di movimento viene ottenuta mediante fermi meccanici

Hanno il compito di inviare informazioni al sistema di controllo. Sono usati generalmente:

• sensori di prossimità

• sensori tattili di contatto

• trasduttori di forza

• trasduttori di posizione e velocità

• sistemi di visione artificiale

Sono apparati elettronici con lo scopo di replicare il funzionamento dell’occhio umano.

È generalmente composto di un impianto di illuminazione, una telecamera, un apparato di elaborazione delle immagini, da un cavo di connessione.

L’oggetto da esaminare viene adeguatamente illuminato, la telecamera acquisisce l’immagine e la invia al sistema di elaborazioni; il software mediante algoritmo elabora i dati e spedisce le istruzioni ai centri di comando.

Funzionalmente abbiamo:

• diaframma della telecamera

• obiettivo

• sensore

• cavo di connessione

• pc

Mediante questo sistema si possono ottenere dati oggettivi sui prodotti in maniera ripetitiva e automatica. Generalmente questi sistemi vengono impiegati:

• per la verifica dei componenti e l’assemblaggio

• controllo qualità

• lettura e decodifica di caratteri, codici a barre e Data Matrix

• misurazione senza contatto

• conteggio dei pezzi in transito

• riconoscimento e identificazione di forme e colori

• verifica di posizione e orientamento

• analisi e tracciabilità

• rilievi in ambienti ostili

La programmazione di un robot può essere:

• manuale

  • semplici manipolatori, compiti limitati

  • gestione mediante sequenziatore elettrico o PLC

• guidato

  • attraverso un tastierino viene eseguita la serie di comandi di movimentazione. Questa viene memorizzata e ripetuta in fase operativa

  • viene detta programmazione mediante addestramento

  • abbiamo 2 metodi

    • punto a punto

• • • • vengono fornite le coordinate di particolari del ciclo di lavoro

      • vengono memorizzati tutti i parametri cinematici (posizione, orientamento e velocità)

      • il robot è libero di assumere qualunque configurazione compatibilmente alla programmazione

    • modo continuo

      • operatore guida il robot in modo continuo

      • il sistema campiona e poi esegue un’interpolazione per riprodurre

• con linguaggi di programmazione

  • dialogo operatore macchina mediante programmazione

  • programmazione spesso con simulazione animata

  • il programma può essere esportato senza fermare la macchina

  • si hanno parecchi linguaggi

• portare per il naso

  • tecnica usata quando la programmazione vettoriale è troppo complessa

  • sostituisce anche l’addestramento manuale

  • l’operatore trascina manualmente l’estremità del robot facendo percorrere le traiettorie desiderate

  • il percorso viene memorizzato e eseguito

• precisione

• accuratezza

• velocità

• capacità di carico

• miglioramento della qualità del prodotto

• aumento della produttività

• miglioramento dell’immagine dell’azienda (tecnologicamente all’avanguardia)

• possibilità di lavorare in ambienti ostili

• necessità di ridurre i costi

Il notevole investimento di capitale impegnato per l’installazione di robot e per la loro programmazione può essere ripagato attraverso i suddetti vantaggi e anche su altri aspetti quali :

• minore richiesta di personale addetto alla conduzione degli impianti produttivi

• minori costi di addestramento del personale

• il miglioramento dell'approccio alla programmazione di un robot, attraverso i nuovi sistemi di auto-apprendimento

• riduzione dei costi di acquisto di un robot

I criteri di scelta degli impianti robotizzati sono:

• flessibilità del sistema

• produzione di piccoli lotti

• facilità di programmazione (programmazione offline)

• capacità di integrazione in sistemi già esistenti

• possibilità di raccogliere e/o inviare dati

• adattamento delle traiettorie alle variazioni del prezzo

Le difficoltà nell’uso dei robot possono essere riassunte:

• addestramento del personale

• necessità di personale qualificato con conoscenze di informatica e logica

• tempi di programmazione lunghi

I requisiti per un robot ideale sono:

• essere veloce e preciso

• operare in sicurezza

• essere robusto ed economico

• possedere molte interfacce con l’esterno

• essere fornito di ampia memoria per l’elaborazione e la raccolta dati

• essere facile da programmare

• possedere grande flessibilità e adattabilità

Le aziende che possono usare dei robot sono:

• aziende grandi (per gli investimenti)

• aziende medie con previsione di espansione e capacità imprenditoriali

• aziende piccole con produzioni in grado di sopperire alla mancanza di manodopera