cenni storici

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.

• 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.

CENNI STORICI

Dyson: Aspira la polvere e lava i pavimenti

Applicazione spaziale

ESEMPI DI UTILIZZAZIONE DEI ROBOT IN CAMPI DIVERSI DALL’INDUSTRIA:

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 DEFINIZIONE DI ROBOT INDUSTRIALEINDUSTRIALE

““Manipolatore riprogrammabile, Manipolatore riprogrammabile, multifunzionale, con controllo di posizione a multifunzionale, con controllo di posizione a piu’ assi progettato per muovere materiali, piu’ assi progettato per muovere materiali, pezzi, utensili o attrezzi speciali attraverso pezzi, utensili o attrezzi speciali attraverso

movimenti variabili, programmati per movimenti variabili, programmati per l’esecuzione di una varietà di lavori ed l’esecuzione di una varietà di lavori ed

operazioni tecnologiche.”operazioni tecnologiche.”

VANTAGGI RELATIVI VANTAGGI RELATIVI ALL’IMPIEGO DEI ROBOT ALL’IMPIEGO DEI ROBOT

INDUSTRIALIINDUSTRIALI

MIGLIORAMENTO DELLA QUALITA’ DEL PRODOTTOMIGLIORAMENTO DELLA QUALITA’ DEL PRODOTTO AUMENTO DELLA PRODUTTIVITA’AUMENTO DELLA PRODUTTIVITA’ MIGLIORAMENTO DELL’IMMAGINE DELL’AZIENDAMIGLIORAMENTO DELL’IMMAGINE DELL’AZIENDA POSSIBILITA’ DI LAVORARE IN AMBIENTI OSTILIPOSSIBILITA’ DI LAVORARE IN AMBIENTI OSTILI

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:

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 CONTROLLOE’ costituita da un robusto armadio che contiene il cuore del robot ovvero tutta la parte elettronica di comando

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.

INTERFACCIA UTENTE/ROBOT

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)

BASAMENTO

AVANBRACCIO

GOMITO

MANO

(END EFFECTOR)

POLSO

BRACCIO

SPALLA

CORPO

TIPI DI GIUNTO e GRADI DI LIBERTA’TIPI DI GIUNTO e GRADI DI LIBERTA’

GIUNTO PRISMATICO: GIUNTO PRISMATICO: consente il moto lineare relativo consente il moto lineare relativo tra i due links che collegatra i due links che collega

GIUNTO ROTOIDALE: GIUNTO ROTOIDALE: consente il moto rotatorio relativo tra consente il moto rotatorio relativo tra i due links che collegai due links che collega

Il numero dei giunti di un manipolatore corrisponde al suo grado di libertà n.

Il grado di libertà rappresenta il numero di movimenti (o assi) di cui il robot è dotato

(D.O.F. “Degree Of Freedom").

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 LAVOROVOLUME 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 CARTESIANANella sua configurazione di base presenta 3 gradi di libertà

realizzati tramite tre giunti prismatici

Il volume di lavoro è

costituito da un parallelepipedo

Le coordinate cartesiane definiscono un punto nello spazio tramite tre coordinate

lineari.

CONFIGURAZIONE A PORTALE

UTILIZZATI PER PALLETIZZAZIONE E MONTAGGIO

CONFIGURAZIONE CILINDRICA

(Le coordinate cilindriche definiscono un punto nello spazio tramite due coordinate lineari e una angolare).

Nella sua configurazione di base presenta 3 gradi di libertà realizzati tramite un giunto rotoidale e due prismatici


costituito da un cilindro

CONFIGURAZIONE POLARENella sua

configurazione di base presenta 3 gradi

di libertà realizzati tramite 2 giunti rotoidali e uno

prismatico


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

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.

ROLLIO

BECCHEGGIO

IMBARDATA

IMPLEMENTAZIONE ASSI

•CONTROLLATI IN CONTINUO

•ON/OFF

AAUTOMATIC UTOMATIC GGUIDED UIDED VVEHICLESEHICLES

Il carrello a guida automatica AGVIl carrello a guida automatica AGV, automatic guide , automatic guide vehicle, dal punto di vista strutturale e' molto vehicle, dal punto di vista strutturale e' molto simile ad un carrello elettrico tradizionale. La simile ad un carrello elettrico tradizionale. La differenza sostanziale e' nell'elettronica o differenza sostanziale e' nell'elettronica o meglio in tutti quegli apparecchi che servono a meglio in tutti quegli apparecchi che servono a definire la posizione del carrello per pilotarlo definire la posizione del carrello per pilotarlo lungo il percorso e per fargli compiere le lungo il percorso e per fargli compiere le operazioni di carico e scarico delle merci .operazioni di carico e scarico delle merci .

Le situazioni nelle quali l'AGV eccelle sono quelle Le situazioni nelle quali l'AGV eccelle sono quelle dove si presentano azioni ripetitive, continue e dove si presentano azioni ripetitive, continue e molto simili tra loro o dove non e' richiesta una molto simili tra loro o dove non e' richiesta una eccessiva discrezionalità d'intervento. eccessiva discrezionalità d'intervento.

Un'altra ragione convincente puo' essere Un'altra ragione convincente puo' essere conseguente al tipo di AMBIENTE di lavoro ( se conseguente al tipo di AMBIENTE di lavoro ( se l'ambiente e' nocivo per il lavoratore).l'ambiente e' nocivo per il lavoratore).

AAUTOMATIC UTOMATIC GGUIDED UIDED VVEHICLES:EHICLES: LA GUIDA AD INDUZIONELA GUIDA AD INDUZIONE

E' il sistema piu' usato e più collaudato.E' il sistema piu' usato e più collaudato.

Definito il tragitto, si installa a terra una Definito il tragitto, si installa a terra una traccia sotto la pavimentazione con un traccia sotto la pavimentazione con un cavo elettrico per trasmettere i dati cavo elettrico per trasmettere i dati dall'unità di controllo.dall'unità di controllo.

Alternativamente può essere applicata Alternativamente può essere applicata una banda adesiva. L'emissione una banda adesiva. L'emissione magnetica emessa dal cavo agisce su magnetica emessa dal cavo agisce su un servocomando che stabilisce la un servocomando che stabilisce la traiettoria del carrello. traiettoria del carrello.

AAUTOMATIC UTOMATIC GGUIDED UIDED VVEHICLES:EHICLES: LA GUIDA LASERLA GUIDA LASER

In questo caso e' inserito sul carrello un In questo caso e' inserito sul carrello un dispositivo di emissione laser che , dispositivo di emissione laser che , riflesso su specchi posti lungo il tragitto riflesso su specchi posti lungo il tragitto da percorrere , consente al carrello di da percorrere , consente al carrello di leggere la posizione in cui si trova e leggere la posizione in cui si trova e confrontarla con il percorso o con i confrontarla con il percorso o con i percorsi memorizzati. Il costo del percorsi memorizzati. Il costo del carrello in questo caso aumenta , carrello in questo caso aumenta , diventando piu' flessibile ed adeguato a diventando piu' flessibile ed adeguato a mutamenti di percorso frequenti. mutamenti di percorso frequenti.

AAUTOMATIC UTOMATIC GGUIDED UIDED VVEHICLES:EHICLES: LA GUIDA INERZIALELA GUIDA INERZIALE

L'AGV può essere attrezzato con L'AGV può essere attrezzato con sistemi sistemi odometriciodometrici (misurano il numero (misurano il numero di giri delle ruote e l’angolo di sterzata).di giri delle ruote e l’angolo di sterzata).

Per correggere la traiettoria lungo il Per correggere la traiettoria lungo il percorso vengono installati riferimenti percorso vengono installati riferimenti di piccolissime dimensioni che vengono di piccolissime dimensioni che vengono rilevati tramite triangolazione ottenuta rilevati tramite triangolazione ottenuta tramite un fascio laser emesso da una tramite un fascio laser emesso da una testa rotante posta sulla sommità del testa rotante posta sulla sommità del carrello.carrello.

AAUTOMATIC UTOMATIC GGUIDED UIDED VVEHICLES:EHICLES: LE COMUNICAZIONI E LA LE COMUNICAZIONI E LA

SICUREZZASICUREZZA

La velocità degli AGV e' dettata da La velocità degli AGV e' dettata da norme europee (pr EN 1525) ed e' norme europee (pr EN 1525) ed e' intorno ai 4 km orari. intorno ai 4 km orari.

Vengono montati dispositivi per Vengono montati dispositivi per evitare gli scontri accidentali evitare gli scontri accidentali lungo il percorso come per lungo il percorso come per esempio sensori a infrarossi e esempio sensori a infrarossi e ultrasuoniultrasuoni

Assenza di collisioni basato su Assenza di collisioni basato su “controllo in avanti” (forward “controllo in avanti” (forward sensing control) sui veicoli mobilisensing control) sui veicoli mobili

Assenza di stalliAssenza di stalli

Il comportamento del sistema Il comportamento del sistema è difficilmente predicibileè difficilmente predicibile

Il controllo è complessoIl controllo è complessoLe tempificazioni delle Le tempificazioni delle

operazioni di manipolazione e operazioni di manipolazione e degli degli istanti di partenza dei istanti di partenza dei veicoli sono casualiveicoli sono casuali

Dipendenza da vincoli spazialiDipendenza da vincoli spazialiDocking Station

Load Area AGV2

Unload Area AGV2

Load Area AGV1

Unload Area AGV1

AGV2AGV2 AGV1AGV1

AAUTOMATIC UTOMATIC GGUIDED UIDED VVEHICLES:EHICLES: GESTIONE DEL TRAFFICOGESTIONE DEL TRAFFICO

AAUTOMATIC UTOMATIC GGUIDED UIDED VVEHICLES:EHICLES: SISTEMI DI SICUREZZA PER AGVSISTEMI DI SICUREZZA PER AGV

FORWARD SENSING CONTROLFORWARD SENSING CONTROL

CONTROLLO DELLA DISTANZA RECIPROCA DELLE CONTROLLO DELLA DISTANZA RECIPROCA DELLE UNITÀ PER IL MANTENIMENTO DELLA UNITÀ PER IL MANTENIMENTO DELLA CONNESSIONE WIRELESS COL SISTEMA DI CONNESSIONE WIRELESS COL SISTEMA DI CONTROLLOCONTROLLO

AAUTOMATIC UTOMATIC GGUIDED UIDED VVEHICLES:EHICLES: SISTEMI DI ESPLORAZIONE CON SISTEMI DI ESPLORAZIONE CON

CONTROLLO REMOTOCONTROLLO REMOTO

ALTRE CARATTERISTICHE FONDAMENTALI

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.

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.

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.

Inerzia massima al polso: massima inerzia sopportabile dal polso senza ripercussioni sulle prestazioni.

Coppia massima al polso: è il massimo valore della coppia sopportabile dai giunti del polso senza ripercussioni sulle prestazioni.

Peso: è dato dal peso totale del robot con o senza il controllore.

Tipo di azionamento: insieme costituito dall’attuatore, dal suo comando e dal sistema di trasmissione del moto.

TIPO DI AZIONAMENTO AZIONAMENTO ELETTRICO: E’ il più AZIONAMENTO ELETTRICO: E’ il più

diffuso grazie alle sue doti di precisione e diffuso grazie alle sue doti di precisione e controllabilità (motori brushless (minore controllabilità (motori brushless (minore massa, minor manutenzione) o motori a massa, minor manutenzione) o motori a c.c.)c.c.)

AZIONAMENTO PNEUMATICO: Utilizzato AZIONAMENTO PNEUMATICO: Utilizzato solo nei casi in cui il manipolatore deve solo nei casi in cui il manipolatore deve movimentare carichi molto leggeri movimentare carichi molto leggeri (difficoltà nel controllo vista la (difficoltà nel controllo vista la comprimibilità dell’aria)comprimibilità dell’aria)

AZIONAMENTO IDRAULICO: Utilizzato AZIONAMENTO IDRAULICO: Utilizzato solo nei casi in cui il manipolatore deve solo nei casi in cui il manipolatore deve movimentare carichi molto ingenti.movimentare carichi molto ingenti.

PARAMETRI CARATTERISTICI

DIAGRAMMI DI CARICODIAGRAMMI DI CARICOP(Kg)

MASSIMOCARICO STATICO ROBOT

L(mm)

COPPIA STATICA MAX ASSE 2

INERZIA MAX ASSE 2

L. ASSE 1 L. ASSE 2

COPPIA STATICA MAX ASSE 1

INERZIA MAX ASSE 1

MASSIMOCARICO

DINAMICO A2

MASSIMOCARICO

DINAMICO A1

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.max

v

distanza

L’accuratezzaL’accuratezza (o precisione) di un robot è definita dal (o precisione) di un robot è definita dal massimo errore di posizione che si ottiene quando si massimo errore di posizione che si ottiene quando si muove la punta del robot in un punto assegnato nello muove la punta del robot in un punto assegnato nello spazio (dipende dalla spazio (dipende dalla risoluzione spaziale del robotrisoluzione spaziale del robot))

La ripetibilitàLa ripetibilità definisce la capacità del robot di definisce la capacità del robot di ritornare su un punto dello spazio con identici ritornare su un punto dello spazio con identici movimenti.movimenti.

PRECISIONE E RIPETIBILITA’

Errore di posizionamento

Errore di ripetibilità

IMPIEGO DEI ROBOT IMPIEGO DEI ROBOT INDUSTRIALIINDUSTRIALI

PALLETTIZZAZIONEPALLETTIZZAZIONE PACKACINGPACKACING ASSERVIMENTO ALLE M.U.ASSERVIMENTO ALLE M.U. ASSERVIMENTO LINEEASSERVIMENTO LINEE SALDATURASALDATURA FINITURA SUPERFICIALEFINITURA SUPERFICIALE PICKINGPICKING TAGLIOTAGLIO VERNICIATURAVERNICIATURA ASSERVIMENTO A REPARTI DI FONDERIAASSERVIMENTO A REPARTI DI FONDERIA OPERAZIONI DI MISURA O CONTROLLO OPERAZIONI DI MISURA O CONTROLLO

DIMENSIONALEDIMENSIONALE

PALLETTIZZAZIONEPALLETTIZZAZIONE

PACKACINGPACKACING

ASSERVIMENTO M.U.ASSERVIMENTO M.U.

ASSERVIMENTO LINEEASSERVIMENTO LINEE

SALDATURASALDATURA

FINITURAFINITURASUPERFICIALESUPERFICIALE

FINITURA SUPERFICIALEFINITURA SUPERFICIALE

PICKINGPICKING Esempio di struttura speciale:

a cinematica parallela

VERNICIATURAVERNICIATURA

FON

DE

RIA

FON

DE

RIA

CO

NTR

OLLO

DIM

EN

SIO

NA

LE

CO

NTR

OLLO

DIM

EN

SIO

NA

LE

ESEMPI DI ROBOT INDUSTRIALI: ABB IRB 2000ESEMPI 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 2000ESEMPI DI ROBOT INDUSTRIALI: ABB IRB 2000

ESEMPI DI ROBOT INDUSTRIALI: ESATROLLESEMPI 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

cenni storici

Documents