LA ROBOTICA
L’uomo ha sempre desiderato demandare compiti ripetitivi o pesanti
a delle macchine.
I precursori degli attuali robot furono
creati dagli antichi Greci ed Egizi,
ma si trattava principalmente di
meccanismi ad azionamento idraulico
o di manufatti in grado di muoversi
attraverso delle cordicelle.
Il primo ad inventare un robot più
complesso fu però Leonardo da Vinci
il quale realizzò un leone meccanico
che andò incontro a Luigi XII
al suo ingresso a Milano.
LA ROBOTICA
La robotica è una scienza che, studiando i comportamenti degli
esseri intelligenti, cerca di sviluppare delle metodologie che
permettano ad una macchina (robot), dotata di opportuni dispositivi
atti a percepire l'ambiente circostante ed interagire con esso, di
eseguire dei compiti specifici.
È una disciplina relativamente nuova, che trova il suo posto nel
mercato svolgendo compiti troppo faticosi, ripetitivi, noiosi, precisi,
veloci o pericolosi per essere effettuati da un uomo.
Anche se la robotica è una branca dell'ingegneria in essa
confluiscono approcci di molte discipline quali automazione,
elettronica, fisica, informatica, matematica, meccanica.
ROBOTICA INDUSTRIALE
Un robot industriale è un tipo di robot utilizzato nella produzione
industriale, per renderla più rapida e di qualità.
La norma ISO TR/8373-2.3 definisce il robot industriale come: “Un
manipolatore con più gradi di libertà, governato automaticamente,
riprogrammabile, multiscopo, che può essere fisso sul posto o mobile
per utilizzo in applicazioni di automazioni industriali”
TIPOLOGIE DI ROBOT
Esistono moltissime tipologie di robot ed è possibile catalogarli in due macro gruppi:
Autonomi
Non autonomi
robot che operano in totale autonomia ed indipendenza
dall'intervento umano e sono in grado di prendere
decisioni a fronte di eventi inaspettati.
Adatti a svolgere compiti in ambienti non noti a priori:
esplorazione di luoghi inaccessibili all’uomo (profondità
oceaniche, suolo di Marte); pulizie domestiche; compiti
di giardinaggio. Gli algoritmi che gestiscono questi robot
implementano tecniche di intelligenza artificiale,
algoritmi genetici e reti neurali.
utilizzati per adempiere a specifici compiti che riescono
ad assolvere in maniera più efficace dell'uomo.
L’utilizzo principale dei non autonomi è nell’industria
dove questi robot permettono di ottenere una
produzione più precisa, veloce e a costi ridotti.
Guidati da un software deterministico che fa eseguire
loro il lavoro in modo ripetitivo oppure sono direttamente
pilotati dall'uomo come ad esempio i robot utilizzati dagli
artificieri.
LA ROBOTICA NEL MONDO
all other
countries
20%
Japan
37%
North America
16%
Germany
14%
Italy
Korea 6%
7%
LA ROBOTICA NEL MONDO
PRINCIPALI APPLICAZIONI INDUSTRIALI
Asservimento alle macchine
utensili (carico e scarico di
pezzi) e pallettizzazione e
depallettizzazione
Lavorazioni meccaniche come
forature, fresature, taglio (laser,
water jet) e sbavatura di
componenti
PRINCIPALI APPLICAZIONI INDUSTRIALI
Operazioni di misura e
controllo dimensionale
Assemblaggio di elementi (dalle
schede elettroniche ai motori),
realizzato anche con più robot in
una catena di montaggio
Saldature per punti, ad arco
elettrico, laser e al plasma
PERCHE’ I ROBOT NELL’INDUSTRIA
• Miglioramento della qualita' del prodotto: i robot non si stancano e
hanno un rendimento costante.
• Aumento della produttivita': lavorano senza interruzioni, con movimenti
estremamente veloci e, di solito, ottimizzati.
• Possibilità di lavorare in ambienti ostili: i robot possono essere
tranquillamente adoperati in ambienti ostili all'uomo (presenza di agenti
inquinanti, tossici, radioattivi) o quando il processo può risultare
pericoloso per l’uomo (saldatura, verniciatura, smerigliatura, ecc)
• Necessità di ridurre i costi di produzione: su produzioni di grandi
quantità, il robot risulta economico; ad un costo iniziale superiore dovuto
all’acquisto e alla messa in produzione del robot, segue un costo/unità
molto più basso.
REQUISITI DI UN ROBOT
Un robot dovrebbe essere:
• Veloce
• Preciso
• Sicuro
• Economico
• Ricco di interfacce verso l’esterno
• Fornito di ampia memoria per la elaborazione e la raccolta dati
• Facile da programmare (Programmabile off line tramite Personal
Computer)
• Adattabile alle variazioni di forma dei pezzi da lavorare
STRUTTURA DI UN ROBOT
Un robot è composto da organi
meccanici ed elettrici governati
da una o più unita centrali
assimilabili alla CPU di un
normale computer che,
unitamente a componenti di
memoria riscrivibili, permettono
la memorizzazione e
l’esecuzione dei comandi.
Nella struttura un robot può
essere considerato come una
macchina costituita da un certo
numero di elementi uniti tra di
loro (LINK) tramite giunti
cinematici (JOINT) che
consentono loro un movimento
relativo.
END EFFECTOR
La struttura dell’end effector
dipende dall’operazione che
deve compiere il robot; in
alcuni casi può essere simile
ad una mano dotata di dita
oppure un utensile senza la
possibilità di presa, ma adatto
allo svolgimento di uno
specifico compito. I più diffusi
attrezzi per l’end effector sono
le pinze di atterraggio,
meccaniche o magnetiche, le
pinze da saldatura e le pistole
da verniciatura.
GIUNTI E LINK
Un robot è caratterizzato da un insieme di elementi, detti link,
connessi per mezzo di giunti chiamati joint.
I giunti sono divisibili in due categorie:
Prismatici (P): consento un moto lineare tra due link
Rotoidali (R): permettono un moto rotatorio tra due link
attorno ad una asse che può essere parallelo o perpendicolare
agli assi dei link
GRADI DI LIBERTA’
Fondamentale per la caratterizzazione di un robot è il numero di
assi, o i gradi di libertà, di cui è dotato.
Un grado di libertà è ottenibile con un giunto, prismatico o
rotoidale, che unisce due link successivi.
Maggiore è il numero di gradi di libertà del robot, e maggiore è la
sua capacità di assumere posizioni e orientamenti diversi, ma
anche maggiore è la sua complessità.
TIPOLOGIE DI ROBOT
I robot industriali non sono solo differenziabili a seconda
dell’impiego, ma anche in base alla geometria che li caratterizza.
la successione di coppie cinematiche e il numero di gradi di
libertà possibili determina la struttura generale del robot, come
riportato in tabella
Tipo di robot
Successione di coppie cinematiche
Gradi di libertà
Cartesiano
P
P
P
3
A Portale
P
P
P
2-3
Polare
R
R
P
3
Cilindrico
R
P
P
3
Sferico
R
R
P
3
SCARA
R
R
P
2-4
Antropomorfo
R
R
R
3-8
R/P
R/P
R/P
3
Pick-and-Place
ROBOT CARTESIANI
I movimenti principali sono tre e sono
realizzati per mezzo di tre giunti prismatici,
di conseguenza il volume utile di lavoro
risulta un parallelepipedo
Ad ogni grado di libertà dei giunti
corrisponde un grado di libertà cartesiano;
questo comporta una semplice
programmazione dei movimenti, in quanto
ogni punto raggiungibile è identificato da una terna cartesiana, e
anche una notevole rigidezza meccanica.
I robot cartesiani sono particolarmente utilizzati per operazioni di
assemblaggio in ambienti strutturati e spesso sono fissati ad una
rotaia che permette lo spostamento lungo uno dei tre assi.
Generalmente sono utilizzati in applicazioni con grandi volumi di
lavoro oppure quando è necessario effettuare più operazioni su una
stessa linea. In ambito industriale i robot cartesiani costituiscono il
20% dei robot installati.
http://www.directindustry.it/prod/schneider-electric-motion-deutschland/robot-cartesiano-4819-30854.html
ROBOT A PORTALE
Sono cinematicamente simili ai robot
cartesiani; infatti anch’essi sono costituiti
da tre giunti prismatici che consentono
di ottenere un volume utile di lavoro
a parallelepipedo
La struttura a portale permette di sostenere il robot e di utilizzarlo per
applicazioni di grosse dimensioni;
inoltre, in questo modo si ha la possibilità
di posizionare l’unità terminale sopra al
pezzo da lavorare in modo da non ostruire la zona con il robot
stesso.
I robot a portale sono prevalentemente utilizzati per operazioni di
movimentazione di materiale e palletizzazione; strutture dello stesso
tipo, ma di ridotte dimensioni sono impiegate nel montaggio di
componenti meccanici o elettronici.
http://www.directindustry.it/prod/newtec/pallettizzatore-robotizzato-portale-8162-78629.html
ROBOT CILINDRICO
Sono realizzati con due giunti prismatici e un giunto rotoidale che
conferiscono al robot tre gradi di libertà
Il volume utile di lavoro ha forma cilindrica.
La disposizione degli assi permette di utilizzare strutture di questo tipo
per operazioni di manipolazione di oggetti, asservimento di macchine e
montaggio
Rispetto ad altre configurazioni i robot cilindrici presentano minor libertà
di movimento, ma hanno come vantaggio l’utilizzo di un giunto di
rotazione, poco costoso e di semplice realizzazione
http://www.youtube.com/watch?v=xmdsY8oW2WY
ROBOT SFERICO
la struttura è costituita da un giunto prismatico e due giunti rotoidali
che permettono di ottenere un volume utile di lavoro di forma
semisferica.
sono utilizzati in applicazioni dove non è richiesto un grande spazio
di manovra.
ROBOT SCARA
SCARA è l’acronimo di Selective Compliance Assembly Robot Arm
(braccio robotico di assemblaggio a cedevolezza selettiva) ed è stato
realizzato espressamente per operazioni di montaggio.
E’ costituito da tre giunti, di cui due rotoidali e uno prismatico
Sono particolarmente adatti a
operazioni in cui è richiesta
elevata precisione e piccoli
spostamenti per completare il
lavoro.
La struttura è anche
contraddistinta da una notevole
rapidità di posizionamento e
un’elevata precisione e
ripetibilità. Nelle applicazioni
industriali questi robot
costituiscono l’11% del totale.
http://www.youtube.com/watch?v=v5eR0eHknZk
ROBOT ANTROPOMORFO
Sono i più versatili e i più utilizzati nell’industria meccanica. La
struttura di base comprende tre giunti rotoidali, ma si possono avere
anche fino a otto gradi di libertà.
Nel caso in cui il numero di assi sia maggiore di quattro, si parla di
robot antropomorfo in quanto la struttura e i movimenti assomigliano
a quelli di un braccio umano.
I robot di questo tipo non presentano grandi volumi di lavoro, ma
possono raggiungere un punto nello spazio da varie direzioni e
orientamenti della mano; per tale motivo le applicazioni in cui i robot
antropomorfi sono maggiormente utilizzati comprendono
assemblaggio di pezzi, saldature, sbavatura e verniciatura.
http://www.directindustry.it/prod/fanuc-robotics-europe/robot-antropomorfo-32007-162230.html
ROBOT PICK AND PLACE
Le strutture pick-and-place non sono
propriamente considerate dei robot, ma
dei manipolatori impiegati per operazioni
di presa e posizionamento di oggetti.
Sono utilizzati principalmente in processi
produttivi in cui è richiesto lo stesso
lavoro ciclicamente e generalmente sono
caratterizzati da tre gradi di libertà e da
un azionamento pneumatico.
Le strutture di tipo pick-and-place
permettono di ottenere elevate velocità e
grande accuratezza nel movimento di
oggetti, inoltre la possibilità di
riprogrammare il robot aumenta
notevolmente la flessibilità e la
produzione della linea.
http://www.youtube.com/watch?v=wzvYsklwKqk