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Corso di Robotica 1
Robotica Industriale
Prof. Alessandro De Luca
Robotica 1 1
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Cosa è un robot?
definizione industriale (RIA - SIRI)
manipolatore programmabile multiscopo per la movimentazione di materiali, di attrezzi ed altri
mezzi di produzione, capace di interagire con l’ambiente nel quale si svolge il ciclo tecnologico
di trasformazione relativo all’attività produttiva
definizione più ampia (“visionaria”)
connessione intelligente tra percezione e azione
Robotica 1 2
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Robots !!
Waseda WAM-8 (1984)
Comau H4 (1995)
Spirit Rover (2002)
Robotica 1 3
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Un po’ di storia
Robota (= “lavoratori” in lingue slave) sono operai creati dall’uomo e destinati al suo servizio nello scritto teatrale di Karel Capek RUR (1921)
Leggi della Robotica di Isaac Asimov in I, Robot (1950) 1. Un robot non deve danneggiare un essere umano, né direttamente
né per inazione 2. Un robot deve obbedire agli ordini degli umani, tranne quando ciò
contrasta con la prima legge 3. Un robot deve preservare la sua esistenza, tranne quando ciò
contrasta con la prima o seconda legge
Robotica 1 4
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Evoluzione verso i robot industriali
rispetto ai precursori versatilità di impiego adattabilità a situazioni non note a priori precisione di posizionamento ripetibilità di esecuzione
macchine a controllo numerico
telemanipolatori meccanici
1950
robot manipolatori
1970 Unimation PUMA
Robotica 1 5
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Il primo robot industriale
G. Devol e J. Engelberger (Unimation)
Brevetto USA General Motor, 1961
Robotica 1 6
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Manipolatori robotici
ASEA IRB-6 (1973)
primo robot “all-electric-drives”
Robotica 1 7
Hirata AR-300 (1978)
primo robot tipo SCARA
Cincinnati Milacron T3
(1974) primo robot controllato con micro- computer
Unimation PUMA 560
(1979) robot 6R
con destrezza “umana”
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Diffusione - 1
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
400000
450000
1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
Giappone USA Unione Europea Altri
numero di robot industriali operativi nel mondo Robotica 1 8
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Diffusione - 2
numero di robot industriali operativi nel mondo = 1 milione (dati reali 2003-04, stime 2005-08;
fonte UNECE-IFR World Robotics 2005, 2007)
Robotica 1 9
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Diffusione - 3
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
Giappone USA Unione Europea Altri
nuove installazioni di robot industriali nel mondo Robotica 1 10
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Diffusione - 4
nuove installazioni di robot industriali nel mondo = +5% nel 2007 (dati reali 2003-04, stime 2005-08;
fonte UNECE-IFR World Robotics 2005, 2007) Robotica 1 11
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Prezzi di acquisto
Un robot industriale articolato a sei gradi di libertà di medio-grandi dimensioni ha un costo base di circa 100 KEuro
Robotica 1 12
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Densità di robot - 1
Numero di robot ogni 10000 impiegati nell’industria manifatturiera nel 2004
Robotica 1 13
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Densità di robot - 2
Numero di robot ogni 10000 impiegati nell’industria automobilistica nel 2002 e 2004
Robotica 1 14
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Settori industriali
Nuove installazioni di robot nel mondo per settori industriali e crescita percentuale 2006-2007 (World Robotics 2008)
0 5000 10000 15000 20000 25000
Medical, precision and
optical istruments
Glass, ceramics
Communication
Food
Machinery (industrial and
consumer)
Metal products
Chemical, rubber and
plastics
Electrical/electronics
Automotive parts
Motor vehicles
units
2007
2006
+4%
-2%
+9%
-2%
+6%
+8%
+19%
-37%
+64%
+38%
Robotica 1 15
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World Robotics 2009
disponibili dal 30 Settembre 2009... preview
numero di robot industriali venduti nel 2008 ristagna rispetto al 2007 piccolo + in Asia, grande – in America, = in Europa + per industrie metallurgiche, alimentari e farmaceutiche
numero di robot industriali operativi aumentato di 1M unità nel 2008 aumento del numero di robot di servizio del 33% (stima: 50K unità vendute
nel periodo 2009-12) sorveglianza, logistica, militari, medicali, mungitura + milioni di robot domestici (aspirapolvere, tosaerba, ...)
Robotica 1 16
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Robot industriale e annessi
1. Robot Comau SMART H 2. Controllore C3G Plus 3. Box controllo saldatura 4. Software applicativo 5. Supply di aria/acqua 6. SWIM Board 7. Integrazione dei cavi 8. Pistola di saldatura 9. Equipaggiamento
ausiliario di cella (assi controllati)
SWIM = Spot Welding Integrated Module
Robotica 1 17
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ABB IRB 7600
video commerciale
Robotica 1 18
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Applicazioni industriali
• manipolazione (pick-and-place) • montaggio (assembly) • verniciatura • saldatura ad arco • saldatura a punti con pistola pneumatica o servo-assistita • saldatura e taglio laser • incollaggio e sigillatura • asservimento di presse
Robotica 1 19
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Cella di lavoro robotizzata
Robotica 1 20
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Simulazione 3D di compiti robotici
• analisi dei tempi operativi di ciclo • programmazione fuori-linea e ottimizzazione • progetto e verifica di layout 3D (collisioni) • simulazione grafica
Robotica 1 21
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Saldatura - 1
• a punti con pistola servo-assistita • rivettatura (stud welding)
Robotica 1 22
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Saldatura - 2
• a punti (discreta) o ad arco (continua)
Robotica 1 23
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Due robot cooperanti in saldatura
video ABB in Laxa, Svezia
Robotica 1 24
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Pallettizzazione
pallet = cestello
Robotica 1 25
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Pallettizzazione di formaggi
Robot Kawasaki (Effedue Engineering)
Robotica 1 26
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Piegatura
con caricamento della pressa
Robotica 1 27
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Sbordatura
• il parabrezza ha ampie tolleranze dimensionali e può avere spigoli vivi
• il robot segue un percorso prefissato
• la forza di contatto tra lama e vetro deve essere controllata in feedback
• la testa di sbordatura ha un sensore di carico e attuazione pneumatica
Robotica 1 28
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Stazione di lavoro fuori linea
robot articolato in operazione di finitura di superficie
Robotica 1 29
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Robot manipolatori
Robot Comau Smart H4
catena cinematica chiusa
Robot Kuka 150_2 (serie 2000)
catena cinematica aperta (corpi rigidi connessi da giunti)
Robot Fanuc F-200iB
cinematica parallela
Robotica 1 30
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Altre tipologie di robot - 1
SCARA (Selective Compliant Arm for Robotic Assembly)
• 4 gradi di libertà (= giunti): 3 assi rotatori e 1 prismatico (verticale) • cedevoli nel piano orizzontale per micro-assemblaggio e pick-and-place
Mitsubishi RP (ripetibilità 5 micron, payload 5 kg)
Mitsubishi RH (workspace 850 mm, velocità 5 m/s)
Bosch Turbo
Robotica 1 31
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Altre tipologie di robot - 2
Comau Mast a portale (payload fino a 560 kg)
ABB Flexpicker (150 pick-and-place al minuto)
Robotica 1 32
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ABB Flexpicker
video di un test (inscatolamento cioccolatini)
Robotica 1 33
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Distribuzione per tipologia
59600 robot articolati installati nel 2004 (90% del totale installato in America, 74% in Europa, e solo 49% in Asia)
configurazione cinematica
63%15%
10%
12%
articolati cartesiani/portale cilindrici Scara
Robotica 1 34
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Robot data sheet
Robot Fanuc R-2000i/165F
Robotica 1 35
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Workspace
Robotica 1 36
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Sensori e tools sull’organo terminale
Robotica 1 37
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Calibrazione cinematica
Robotica 1 38
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Interfaccia e controllo
• un “teach-box” come interfaccia di programmazione del robot
• “cabinet” con elettronica di comando e controllo del robot
Robotica 1 39
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Ambienti di programmazione e controllo
moduli e interfacce di controllo
(Reis Robotics)
Robotica 1 40
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Robot industriali a base mobile
• AGV (Automated Guidance Vehicle) per la movimentazione di parti in ambiente industriale, filoguidati o con guida laser (percorsi assegnati)
Robotica 1 41
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AGV per gestione magazzino
video Elettric80
Robotica 1 42