Robot 1

CENNI STORICI
• 1920: Viene introdotto per la prima volta nel 1920 dal
commediografo Karel Capek il termine “ROBOT” che deriva dal
ceco "ROBOTA" (lavoratore),
•1941: Viene pubblicato Ragione (Reason), un racconto di
Isaac Asimov divenuto celebre perché gettò le basi delle
famose "tre leggi della robotica":
1) Un robot non può recare danno a un essere umano, né
astenendosi dall'intervenire può permettere che un essere
umano subisca un danno;
2) Un robot deve ubbidire agli ordini che gli sono dati dagli
esseri umani, eccetto i casi in cui tali ordini sono in conflitto con
la Prima Legge;
3) Un robot deve proteggere la propria esistenza, purché tale
protezione non violi la Prima o la Seconda Legge.
CENNI STORICI
• I primi dispositivi robotici sono stati introdotti negli anni 50
per applicazioni di teleoperazione (materiale radioattivo e
altro di pericoloso)
• Successivamente si sono diffusi nei più svariati ambiti
come per esempio in medicina; agricoltura; applicazioni in
ambienti ostili (sottomarine, spaziali,…); sorveglianza, etc.
ESEMPI DI UTILIZZAZIONE DEI ROBOT IN
CAMPI DIVERSI DALL’INDUSTRIA:
Dyson: Aspira la polvere e
lava i pavimenti
Applicazione spaziale
I ROBOT INDUSTRIALI
•
Il processo di modernizzazione e la necessaria rincorsa
alla competitività che ha coinvolto l’industria meccanica
in contemporanea ai recenti sviluppi delle unità di
controllo elettroniche hanno fatto sì che oggi i robot
siano molto diffusi nell’ambito dell’automazione
industriale (ambito in cui andremo ad approfondire le
caratteristiche e i modi di funzionamento dei robot
(ROBOT INDUSTRIALI))
DEFINIZIONE DI ROBOT INDUSTRIALE
“Manipolatore riprogrammabile, multifunzionale, con controllo
di posizione a piu’ assi progettato per muovere materiali,
pezzi, utensili o attrezzi speciali attraverso movimenti
variabili, programmati per l’esecuzione di una varietà di
lavori ed operazioni tecnologiche.”
VANTAGGI RELATIVI ALL’IMPIEGO DEI
ROBOT INDUSTRIALI
A fronte di un notevole investimento iniziale necessario per
l’installazione, la programmazione e la manutenzione di
impianti robotizzati, l’adozione dei robots porta a notevoli
vantaggi per l’azienda riassumibili nei seguenti:




MIGLIORAMENTO DELLA QUALITA’ DEL PRODOTTO
AUMENTO DELLA PRODUTTIVITA’
MIGLIORAMENTO DELL’IMMAGINE DELL’AZIENDA
POSSIBILITA’ DI LAVORARE IN AMBIENTI OSTILI
STRUTTURA DEI ROBOTS
• ALIMENTAZIONE : è la sorgente esterna di potenza
(batterie, alimentazione di rete, ecc.).
• UNITA’ DI CONTROLLO : Si occupa di controllare i
movimenti del robot impartendo ordini e attuando il feedback
tra i segnali dei sensori relativi ai vari movimenti attuati e il
controllo stesso.
• INTERFACCIA UTENTE/ROBOT : serve per programmare
il robot.
• MANIPOLATORE: Costituito dalla parte meccanica e da tutti
gli altri organi, in genere elettrici, idraulici o pneumatici che
attuano il movimento del robot.
UNITÀ DI CONTROLLO
E’ costituita da un robusto armadio
che contiene il cuore del robot
ovvero tutta la parte elettronica di
comando
INTERFACCIA UTENTE/ROBOT
Programmare un robot significa insegnargli, passo dopo passo,
cosa fare per portare a termine il suo compito. Perciò spesso i
costruttori scelgono degli strumenti di programmazione adatti al
personale di officina che può non avere familiarità con l’utilizzo di
PC o particolari linguaggi di programmazione.
CONSOLLE DI
PROGRAMMAZIONE
UNITÀ DI
CONTROLLO
E
INTERFACCIA
UOMO/
UTENTE
COMPONENTI E STRUTTURA DEI ROBOTS
PARTE MECCANICA: MANIPOLATORE
Costituito da un
basamento, da un certo
numero di elementi detti
link che sono connessi tra
loro tramite giunti
cinematici detti joint, e di
un organo terminale (end
effector)
GOMITO
BRACCIO
SPALLA
AVANBRACCIO
POLSO
CORPO
MANO
(END EFFECTOR)
BASAMENTO
TIPI DI GIUNTO e GRADI DI LIBERTA’
Il grado di libertà rappresenta il numero di movimenti (o assi)
di cui il robot è dotato
(D.O.F. “Degree Of Freedom").
Il numero dei giunti di un manipolatore corrisponde
al suo grado di libertà n.
GIUNTO PRISMATICO:
GIUNTO ROTOIDALE:
consente il moto lineare relativo
tra i due links che collega
consente il moto rotatorio relativo tra
i due links che collega
Di solito vengono indicati con:
Il numero e la tipologia dei links e
dei joints nonché la loro successione
definiscono la geometria del robot
VOLUME UTILE DI LAVORO
E’ costituito dall’insieme dei punti cinematicamente
raggiungibili dall’estremita’ operativa del robot.
Tipologie strutturali dei manipolatori
Diverse tipologie geometriche vengono
adottate per la costruzione di un manipolatore:
 Configurazione cartesiana
 Configurazione a portale
 Configurazione cilindrica
 Configurazione polare
 Configurazione antropomorfa
 SCARA
 Strutture speciali
CONFIGURAZIONE CARTESIANA
Nella sua configurazione di base presenta 3 gradi di libertà
realizzati tramite tre giunti prismatici
Le coordinate cartesiane definiscono un
punto nello spazio tramite tre coordinate
lineari.
Il volume di
lavoro è
costituito da un
parallelepipedo
CONFIGURAZIONE A PORTALE
UTILIZZATI PER PALLETIZZAZIONE E MONTAGGIO
CONFIGURAZIONE CILINDRICA
Nella sua configurazione di base presenta 3 gradi di libertà
realizzati tramite un giunto rotoidale e due prismatici
Il volume di
lavoro è
costituito da un
cilindro
(Le coordinate
cilindriche
definiscono un punto
nello spazio tramite
due coordinate lineari
e una angolare).
CONFIGURAZIONE POLARE
Nella sua
configurazione di
base presenta 3 gradi
di libertà realizzati
tramite 2 giunti
rotoidali e uno
prismatico
Il volume di
lavoro è
costituito da una
sfera
(Le coordinate
sferiche definiscono
un punto nello spazio
tramite due
coordinate angolari e
una lineare).
CONFIGURAZIONE ARTICOLATA
Nella sua configurazione di base presenta da 3 a 6 gradi di
libertà realizzati tramite giunti rotoidali
Quando presenta un numero di gradi di libertà superiore a 5
viene detto ANTROPOMORFO (a forma d’uomo)
ROBOT ANTROPOMORFI
ROBOT ANTROPOMORFI
CONFIGURAZIONE SCARA
ovvero Selective Compliant
Assembly Robotic Arm (braccio
robotico di assemblaggio a
cedevolezza selettiva)
Cinematicamente sono costituiti da
tre giunti rotoidali rotanti attorno a
tre assi paralleli ed un movimento
lineare lungo l’asse verticale.
Sono utilizzati in operazioni precise
come per esempio l’inserimento di
un perno in un foro.
Questi due assi
realizzano la cosidetta
cedevolezza selettiva (la
struttura è cedevole
solo su un piano
ortogonale alla direzione
di montaggio
Riassunto principali tipologie strutturali e
dei manipolatori e loro utilizzo
SISTEMI PER INCREMENTARE IL
VOLUME UTILE DI UN ROBOT
• IMPLEMENTAZIONI CINEMATICHE SULL’END
EFFECTOR
• IMPLEMENTAZIONE ASSI (FINO A POCHE
DECINE DI METRI)
• RICORSO A ROBOT MOBILI
IMPLEMENTAZIONI CINEMATICHE SULL’END
EFFECTOR
Rollio: movimento di rotazione del polso intorno al
suo asse di simmetria.
Beccheggio: movimento di rotazione del polso
intorno ad un asse orizzontale e perpendicolare
all’asse del braccio.
Imbardata: movimento di rotazione del polso intorno
ad un asse perpendicolare all’asse di rollio e a quello
di beccheggio.
BECCHEGGIO
ROLLIO
IMBARDATA
IMPLEMENTAZIONE ASSI
•CONTROLLATI
IN CONTINUO
•ON/OFF
AUTOMATIC GUIDED VEHICLES
Il carrello a guida automatica AGV, automatic guide vehicle,
dal punto di vista strutturale e' molto simile ad un carrello
elettrico tradizionale. La differenza sostanziale e'
nell'elettronica o meglio in tutti quegli apparecchi che
servono a definire la posizione del carrello per pilotarlo
lungo il percorso e per fargli compiere le operazioni di
carico e scarico delle merci .
Le situazioni nelle quali l'AGV eccelle sono quelle dove si
presentano azioni ripetitive, continue e molto simili tra loro
o dove non e' richiesta una eccessiva discrezionalità
d'intervento.
Un'altra ragione convincente puo' essere conseguente al tipo
di AMBIENTE di lavoro ( se l'ambiente e' nocivo per il
lavoratore).
AUTOMATIC GUIDED VEHICLES:
LA GUIDA AD INDUZIONE
E' il sistema piu' usato e più collaudato.
Definito il tragitto, si installa a terra una traccia
sotto la pavimentazione con un cavo elettrico
per trasmettere i dati dall'unità di controllo.
Alternativamente può essere applicata una banda
adesiva. L'emissione magnetica emessa dal cavo
agisce su un servocomando che stabilisce la
traiettoria del carrello.
AUTOMATIC GUIDED VEHICLES:
LA GUIDA LASER
In questo caso e' inserito sul carrello un dispositivo
di emissione laser che , riflesso su specchi posti
lungo il tragitto da percorrere , consente al
carrello di leggere la posizione in cui si trova e
confrontarla con il percorso o con i percorsi
memorizzati. Il costo del carrello in questo caso
aumenta , diventando piu' flessibile ed adeguato
a mutamenti di percorso frequenti.
AUTOMATIC GUIDED VEHICLES:
LA GUIDA INERZIALE
L'AGV può essere attrezzato con sistemi
odometrici (misurano il numero di giri delle
ruote e l’angolo di sterzata).
Per correggere la traiettoria lungo il percorso
vengono installati riferimenti di piccolissime
dimensioni che vengono rilevati tramite
triangolazione ottenuta tramite un fascio laser
emesso da una testa rotante posta sulla sommità
del carrello.
AUTOMATIC GUIDED VEHICLES:
LE COMUNICAZIONI E LA SICUREZZA
La velocità degli AGV e' dettata da norme
europee (pr EN 1525) ed e' intorno ai 4 km
orari.
Vengono montati dispositivi per evitare gli
scontri accidentali lungo il percorso come
per esempio sensori a infrarossi e ultrasuoni
AUTOMATIC GUIDED VEHICLES:
GESTIONE DEL TRAFFICO
 Assenza
di collisioni basato su “controllo
in avanti” (forward sensing control) sui
veicoli mobili
Unload
 Assenza di stalli
Area AGV1
Unload Area
AGV2
Il comportamento del sistema
è difficilmente predicibile
 Il
controllo è complesso
 Le tempificazioni delle
operazioni di manipolazione e
degli
istanti di partenza dei
veicoli sono casuali
 Dipendenza da vincoli spaziali
Load Area
AGV1
Load Area
AGV2
AGV2
AGV1
Docking
Station
AUTOMATIC GUIDED VEHICLES:
SISTEMI DI SICUREZZA PER AGV
FORWARD SENSING CONTROL
AUTOMATIC GUIDED VEHICLES:
SISTEMI DI ESPLORAZIONE CON
CONTROLLO REMOTO
CONTROLLO DELLA DISTANZA RECIPROCA DELLE UNITÀ
PER IL MANTENIMENTO DELLA CONNESSIONE
WIRELESS COL SISTEMA DI CONTROLLO
ALTRE CARATTERISTICHE FONDAMENTALI
Peso: è dato dal peso totale del robot con o senza il controllore.
Tipologia di installazione: è il modo in cui il robot può essere installato
(a pavimento, a soffito, a parete)
Velocità massima: sono le massime velocità raggiungibili dai vari assi.
Tipo di azionamento: insieme costituito dall’attuatore, dal suo
comando e dal sistema di trasmissione del moto.
Carico utile (pagante): è il carico massimo totale, costituito dall'organo
di presa e dall’ oggetto trasportato, che il manipolatore è in grado di
movimentare senza ripercussioni sulle prestazioni.
Coppia massima al polso: è il massimo valore della coppia sopportabile
dai giunti del polso senza ripercussioni sulle prestazioni.
Inerzia massima al polso: massima inerzia sopportabile dal polso senza
ripercussioni sulle prestazioni.
Precisione: capacità di raggiungere un punto assegnato nello spazio di
lavoro con un errore minimo.
Ripetibilità: capacità di raggiungere una stessa posizione ripetendo gli
stessi movimenti.
TIPO DI AZIONAMENTO

AZIONAMENTO ELETTRICO: E’ il più diffuso
grazie alle sue doti di precisione e controllabilità
(motori brushless (minore massa, minor manutenzione)
o motori a c.c.)

AZIONAMENTO PNEUMATICO: Utilizzato solo
nei casi in cui il manipolatore deve movimentare carichi
molto leggeri (difficoltà nel controllo vista la
comprimibilità dell’aria)

AZIONAMENTO IDRAULICO: Utilizzato solo nei
casi in cui il manipolatore deve movimentare carichi
molto ingenti.
PARAMETRI CARATTERISTICI
DIAGRAMMI DI CARICO
P(Kg)
MASSIMOCARICO STATICO ROBOT
COPPIA
STATICA
MAX ASSE 1
COPPIA STATICA MAX ASSE 2
MASSIMO
CARICO
DINAMICO
A2
INERZIA MAX ASSE 2
MASSIMO
CARICO
DINAMICO
A1
INERZIA MAX ASSE 1
L. ASSE 1
L. ASSE 2
L(mm)
VELOCITA’ DI MOVIMENTAZIONE
ATTUALMENTE LE MASSIME VELOCITA’ RAGGIUNGIBILI DA UN
ROBOT INDUSTRIALE SONO:
• 2/3 m/sec per i giunti prismatici
• 500° /sec per i giunti rotazionali
v
v.max
distanza
PRECISIONE E RIPETIBILITA’

L’accuratezza (o precisione) di un robot è definita dal massimo
errore di posizione che si ottiene quando si muove la punta del
robot in un punto assegnato nello spazio (dipende dalla risoluzione
spaziale del robot)

La ripetibilità definisce la capacità del robot di ritornare su un
punto dello spazio con identici movimenti.
Errore di
ripetibilità
Errore di posizionamento
IMPIEGO DEI ROBOT INDUSTRIALI











PALLETTIZZAZIONE
PACKACING
ASSERVIMENTO ALLE M.U.
ASSERVIMENTO LINEE
SALDATURA
FINITURA SUPERFICIALE
PICKING
TAGLIO
VERNICIATURA
ASSERVIMENTO A REPARTI DI FONDERIA
OPERAZIONI DI MISURA O CONTROLLO
DIMENSIONALE
PALLETTIZZAZIONE
PACKACING
PACKACING
ASSERVIMENTO M.U.
ASSERVIMENTO LINEE
SALDATURA
SALDATURA
SALDATURA
SALDATURA
FINITURA
SUPERFICIALE
FINITURA SUPERFICIALE
PICKING
Esempio di struttura speciale:
a cinematica parallela
VERNICIATURA
ESEMPI DI ROBOT INDUSTRIALI: ABB IRB 2000
• CONFIGURAZIONE ANTROPOMORFA
A 6 GRADI DI LIBERTA’
•CARICO STATICO MAX AMMESSO 10 Kg
•RIPETIBILITA’ +/-0.1 mm
ESEMPI DI ROBOT INDUSTRIALI: ABB IRB 2000
ESEMPI DI ROBOT INDUSTRIALI: ESATROLL C500-2N
Il sistema prevede la movimentazione di
rack contenenti circuiti stampati completi di
componenti: viene quindi realizzata una
connessione intelligente fra macchine di
lavorazione relative al medesimo ciclo
produttivo.
Il veicolo è in grado di movimentare
contemporaneamente due rack posti a due
livelli distinti. I rack si muovono su nastri
trasportatori.
Un sistema di supervisione controlla l'intero
ciclo produttivo ed invia i veicoli alla
macchina pronta ad essere alimentata.
Particolarmente accurati i sensori
di controllo e protezione: laser scanner anteriore,
infrarossi posteriori, fasce sensibili (bumper)
posteriormente e lateralmente. Il veicolo
convive in sicurezza col personale dell'azienda