Robot - Struttura e classificazione

ROBOTICA

matrici per la dinamica dei sistemi multicorpoƒ problema dinamico diretto e inversoƒPianificazione delle traiettorie¾ movimenti punto-puntoƒ movimenti con traiettorie assegnateƒNozioni sul controllo dei robot¾ controllo della velocità dei giuntiƒ ABB IRB 4400controllo della posizione dei giuntiƒ controllo della forzaƒ 193Letture consigliateIntroduction to Robotics: Mechanics and Control¾ J.J. CraigAddison-WesleyRobotica industriale¾ G. LegnaniCasa Editrice AmbrosianaRobot Dynamics and Control¾ M.W. Spong, M. VidyasagarJohn Wiley & SonsIndustriale¾RoboticaG. LegnaniMcGrawHillRobotica Industriale¾ L. Sciavicco, B. SicilianoMcGrawHill Italia aFine 1 lezione20 10CLASSIFICAZIONE DEI ROBOT INDUSTRIALIautonomiaper grado di¾ →teleoperatoreƒ comandato direttamente dall’operatore→programmabileƒ punto-punto, in traiettoria, controllato in linea e fuorilinea, per apprendimento, tramite

linguaggio/funzione per il montaggio, verniciatura, trasporto, taglio, saldatura, ... ecc.

catena cinematica per tipo di del manipolatore aperta robot seriale

unica sequenza dalla base alla pinza chiusa robot parallelo

catena cinematica della struttura portante per cartesiano (PPP)

prendono il nome dal fatto che i loro movimenti sono convenientemente descrivibili con le omonime coordinate angolare antropomorfo (RRR)

SCARA (RRP)

Selective Compliant Assembly Robot Arm 21

ROBOT CARTESIANO (PPP) cartesiano cilindrico sferico angolare SCARA Gantry

3 giunti prismatici ortogonali 22 112

Vantaggi: moti lineari nelle tre dimensioni, modello cinematico semplice, struttura rigida impiegata specialmente quando si vuole ottenere una elevata precisione di posizionamento dell'organo terminale

Svantaggi: spazio di lavoro ristretto, spazio di lavoro più piccolo del volume del robot

giunti prismatici meno efficienti di quelli rotoidali

i giunti devono essere coperti per prevenire l'ingresso di polvere

non possono raggiungere l'area sottostante gli oggetti

la velocità di lavoro sul piano orizzontale è generalmente più bassa di quella tipica dei robot aventi una base rotante

23ROBOT CILINDRICO (RPP) cartesianoƒ cilindricoƒ sfericoƒ angolareƒR19 SCARA

• 1 giunto rotoidale con asse verticale
• 1 giunto prismatico con asse verticale
• 1 giunto prismatico con asse orizzontale

Vantaggi:

• modello cinematico semplice
• buona accessibilità dentro cavità e macchine aperte
• usati generalmente per la manipolazione e l'asservimento di macchine utensili
• possono spostare carichi paganti molto grandi quando si usano motori oleodinamici

Svantaggi:

• spazio di lavoro ristretto
• il retro del robot può non essere accessibile
• giunti prismatici meno efficienti

efficienti di quelli rotoidali

• guide prismatiche difficili da sigillare per evitare infiltrazioni di polvere e
• perdite di liquidi lubrificanti
• l'incertezza nel posizionamento non è costante ma dipende dalla distanza
• della pinza dalla colonna. Se l'incertezza alla base rotante è si ha che

l'incertezza di posizionamento della pinza è 25rSFERICO (RRP) cartesianoƒ cilindricoƒ sfericoƒ angolareƒ SCARA

• 1 giunto rotoidale con asse verticale
• 1 giunto rotoidale con asse orizzontale
• 1 giunto prismatico con asse ortogonale al precedente

Vantaggi

• modello cinematico semplice
• copre un vasto volume intorno al supporto centrale
• può piegarsi in avanti per afferrare oggetti sul piano di supporto della base
• robot di questo tipo si prestano bene ad operazioni di carico e scarico pezzi,
• di saldatura, di verniciatura

Svantaggi

• rigidezza meccanica inferiore alle strutture

precedenti

• la precisione di posizionamento si riduce al crescere dello sbraccio radiale
• 27ROBOT ANGOLARE (RRR) cartesianoƒ cilindricoƒ sfericoƒ angolareƒ SCARAƒ

142Vantaggi

• massima flessibilità
• copre un volume di lavoro grande rispetto al volume del robot
• possono raggiungere le parti sovrastanti e sottostanti degli oggetti
• giunti rotoidali
• facili da sigillare per prevenire polvere e fuoruscite di lubrificante
• adatti per l'impiego di motori elettrici
• può muoversi ad alta velocità

Svantaggi

• modello cinematico più complesso
• esecuzione di movimenti lineari più difficile
• struttura non molto rigida sul bordo del volume di lavoro

29ROBOT SCARA (RRP) cartesianoƒ cilindricoƒ sfericoƒ angolareƒ SCARAƒ

• 2 giunti rotoidali con asse verticali
• 1 giunto primatico con asse verticale

AdeptOne XL 30 1522 accoppiamenti rotoidaliƒ 1 accoppiamento prismaticoƒ orientamento della

pinzaƒ 313gli accoppiamenti rotoidali¾ sono azionati da motori elettriciƒ tramite riduttori di velocità HDƒ su ogni asse si trova un encoderƒ e una dinamo tachimetricaper il moto verticale c’è una coppia vite senza fine-ruota elicoidale¾ orientamento della pinza¾ puleggia 4 azionata dal motore M4ƒ oppurepuleggia 4 bloccataƒspazio di lavoro¾ a) può assumere valori positiviq 2e negativi (vantaggi e svantaggi)solo positivob) q 2 32 164Controllore centraleLogica di Controllounità centrale¾ ROMƒ RAMƒ interfaccia conƒ l’operatoreconverte ordini diƒ movimentazionecontrollori degli assi¾ Controllore e azionamento di un asseazionamenti¾ motori¾ sensori¾ 33MODELLISTICA E ANALISIL’analisi meccanica viene eseguita tramite modellistruttura reale modello fisico modello matematicoq nqq ii-1q nii-12 (n)2q 1 10 (0)Sistemadiequazioni algebriche o differenziali 34 172modello fisico: i

robot industriali si schematizzano con una catena¾ cinematica aperta, di membri rigidi connessi da coppiecinematiche, rotoidali o prismatiche, sulle quali agiscono gli attuatorigiunti con gradi di mobilità multipli sono simulati con coppie cinematicheƒ inferiori in serie: ad esempio un giunto sferico è schematizzabile con 3coppie rotoidali equivalenti in seriel’accoppiamento tra 2 membri diventa di tipo prismatico o rotoidale e laƒ posizione reciproca è rappresentata da un angolo o da una lunghezzaa ogni giunto è associato un attuatore equivalente che agisce direttamenteƒ →tra i 2 membri adiacenti senza riduttori equazioni di equivalenzai 2 assi di azionamento di ogni membro sono generalmente paralleli oƒ ortogonali e a volte incidenti q nqq ii-1 →base fissa 0™q i ni-1 →braccio generico2 i™(n)2 →giunto coppia attuatore+i i i™q ↔ ↔braccio giunto braccio1 i-1 i i1 ™ →organo terminale n™0 35(0) 3modello

matematico: relazioni matematiche tra le grandezze¾ cinematiche e dinamiche nello spazio dei giunti e quelle nello spazio di lavoro o operativo; si adottano diversi modelli in funzione delle analisi

analisi cinematica: manipolatore composto da corpi rigidi con giunti ideali

analisi dinamica a corpi rigidi: manipolatore composto da corpi rigidi con accoppiamenti ideali

analisi preliminare analisi dinamica con modello discreto: robot composto da corpi rigidi e accoppiamenti elastici e con giochi

analisi realistica analisi dinamica con modello continuo: robot composto da elementi, membri e trasmissioni, elastici

analisi approfondita trattate nel corso non trattate nel corso 36 18

ANALISI CINEMATICA DIRETTA E INVERSA

L'analisi cinematica descrive il moto del manipolatore, posizione, velocità e accelerazione, attraverso relazioni funzionali tra le coordinate cartesiane di un sistema fisso e le coordinate dei giunti e le rispettive derivate q nqq ii-1q

nii-12 (n)2qz 1 10x y(0){ Vettore delle coordinate ( gradi di libertà) dell’effettore nel sistema di riferimento esterno, ad esempio e angoli di x, y, zα β γ e relative derivate. Eulero, coordinate nello spazio dei giunti. Vettore delle coordinate q q q (gradi di mobilità del manipolatore) e relative derivate. Termine noto. Incognita. Problema diretto: posizione S Q