Robot - Struttura e classificazione

DEFINIZIONE DI ROBOT

La parola robot è stata introdotta dal commediografo Karel nel 1921 nel

Čapek

I Robot Universali di Rossum robota

, coniando il termine slavo

titolo del dramma

lavoro esecutivo

che significa . Nella finzione scenica un automa si ribellava

all’uomo che l’aveva costruito. Robot Institute of America

Definizione di ROBOT del (1980)

Un robot è un manipolatore multifunzionale riprogrammabile, progettato

per operare su materiali, parti, utensili o dispositivi specializzati, con movimenti

variamente programmati per l’esecuzione di una varietà di compiti diversi.

Caratteristiche

connessione intelligente tra percezione e azione

¾ autonomia con capacità di prendere decisioni

¾ versatilità e adattabilità a situazioni diverse

¾ flessibilità e riprogrammabilità

¾ possibilità di lavorare in modo simile all’uomo

¾ 1

DEFINIZIONE DI ROBOT INDUSTRIALE

È una macchina con caratteristiche di versatilità e flessibilità

adatta a operare in un ambiente fortemente strutturato come

quello industriale.

Definizione nel corso di Meccanica dei Robot:

Manipolatore industriale controllato da un calcolatore.

Capacità fondamentali dei robot per i processi manifatturieri:

• trasporto

• manipolazione

• misura

Caratteristiche di impiego:

• riduzione dei costi di produzione

• Aumento della produttività

• incremento della qualità del prodotto

• eliminazione dei compiti rischiosi e

alienanti per l’operatore umano 2 1

STRUTTURA DEL ROBOT INDUSTRIALE

• struttura meccanica o manipolatore, costituita da

– struttura portante, composta da bracci uniti da giunti, che assicura

la mobilità

– polso che conferisce destrezza

– organo terminale detto anche mano,

effettore (end effector), pinza, ecc.

• attuatori, che azionano i giunti,

costituiti da

– servomotori

– azionamenti per il comando dei

motori 3

2

• sensori che misurano

– lo stato del manipolatore trasduttori proprioccettivi

– lo stato dell’ambiente di lavoro trasduttori eteroccettivi

• unità di governo con funzioni di controllo e supervisione dei

movimenti del manipolatore; comprende

– calcolatore

– elettronica di interfaccia con i motori e i sensori 4 2

3

comandi

attuatori sensori

propriocettivi unità di governo

manipolatore sensori

eterocettivi informazioni

ambiente di lavoro ordini 5

MANIPOLATORE • manipolatore

• attuatori

La struttura fondamentale dei manipolatori è • sensori

una catena cinematica • unità di governo

membri o bracci, spesso considerati rigidi

¾ giunti o articolazioni tra i bracci

¾ Rotoidali (R): conferiscono un grado di mobilità di rotazione relativo

ƒ Prismatici (P): conferiscono un grado di mobilità di traslazione relativo

ƒ { struttura portante

manipolatore polso

organo terminale 6 3

2

3

POLSO SFERICO (RRR) E ORGANI DI PRESA

polso sferico

pinza a dita parallele

pinza a due dita 8 4

ATTUATORI E SENSORI • manipolatore

• attuatori

• sensori

• unità di governo

Attuatori

Attuatori: producono il movimento del manipolatore azionando i giunti tra

¾ i vari bracci

motori in corrente continua, brushless, passo-passo

ƒ sistemi di azionamento idraulici e pneumatici

ƒ Sensori

Sensori propriocettivi per la misura dello stato del manipolatore

¾ dinamo tachimetrica, encoder, resolver, potenziometro

ƒ

Sensori eterocettivi per la misura dello stato dell’ambiente di lavoro

¾ sistemi di visione, laser a inseguimento, sistemi a ultrasuoni

ƒ trasduttori di posizione, velocità e accelerazione

ƒ sensori tattili

ƒ 9

UNITÀ

À DI GOVERNO

UNIT • manipolatore

• attuatori

• sensori

È costituita da un processore centrale (micropro- • unità di governo

cessore e coprocessore matematico) e da varie

interfacce per comunicare con gli azionamenti dei motori e i sensori.

Contiene algoritmi e riceve informazioni

modello del robot

¾ modello dell’ambiente di lavoro

¾ strategie di comando

¾ misure dai sensori

¾ dati sul compito da svolgere

¾

PC Based Absolute Position

24 Axis, 4 Machine Rack or Panel Mounting

Complete Kinematics Rugged Teach Pendant

Analog & Digital I/O Linear, Circular Motion

Basic Language Absolute & Relative

Resolver or Encoder Path Coordinated I/O

Stepper or Servo 10 5

GLOSSARIO DELLA ROBOTICA

Per esprimere concetti e relazioni relative alla robotica è necessario

introdurre alcuni termini e definizioni

organo terminale pinza

: mano, effettore,

¾ la posizione è la posizione del punto di riferimento cinematico

ƒ dell’organo terminale , in genere il centro pinza

l’orientamento è l’orientamento di una terna solidale alla pinza

ƒ con posa si indica la posizione e l’orientamento della pinza

ƒ

gradi di mobilità

¾ di un giunto sono i gradi di libertà del moto relativo tra i membri

ƒ collegati dal giunto;

del manipolatore sono la somma dei gradi di mobilità dei suoi giunti

ƒ

gradi di libertà di un robot sono quelli dell’organo terminale

¾ per descrivere la posizione e l’orientamento di un corpo rigido in uno

ƒ →

spazio 3-D sono necessarie 6 coordinate 6 gradi di libertà 11

2

robot con 6 gradi di libertà ⇔ caso generale nello spazio 3-D

¾ robot con 6 gradi di libertà sono necessari e sufficienti 6

per un

¾ gradi di mobilità opportunamente disposti →

la struttura portante posiziona il centro pinza 3 gradi di mobilità

ƒ →

il polso orienta l’organo terminale 3 gradi di mobilità

ƒ →

per posizionare e orientare l’organo terminale 6 gradi di mobilità

ƒ robot ridondante quando il numero di gradi mobilità è

si ha un

¾ maggiore del numero dei gradi libertà

configurazioni singolari: sono particolari configurazioni (ad esempio

¾ allineamenti) in cui la pinza del robot perde dei gradi di libertà

istantanei. Il robot può avere difficoltà di movimento e le relazioni

cinematiche e dinamiche mostrano singolarità 12 6

3

volume di lavoro

: luogo geometrico dei punti raggiungibili dalla pinza;

¾ dipende dalle dimensioni, dalla struttura cinematica, dall’ampiezza dei

movimenti ammessa; si distingue in

primario o raggiungibile: insieme

ƒ dei punti raggiungibili dal centro

della pinza

secondario o di destrezza: insieme

ƒ dei punti raggiungibili con

orientamento arbitrario della pinza<