Studi di Fabbricazione

ROBOT INDUSTRIALI

Un'altra forma di automazione programmabile è quella dei robot industriali, che hanno un'ampia gamma di applicazioni. Un robot può essere definito come un manipolatore multifunzionale sviluppato per realizzare un'ampia gamma di compiti, dotato di moto programmabile variabile in grado di movimentare materiali, parti, utensili e dispositivi speciali.

Componenti del robot:

• Programma delle istruzioni - che riporta tutte le informazioni relative al compito che il robot deve eseguire.
• Unità di controllo - che è il cervello del robot, oggi come nel caso delle CN utilizziamo delle unità di controllo computerizzate.
• Struttura articolata (manipolatore) - che è la parte del robot che entra in contatto fisico con la parte (pezzo/utensile) attraverso l'attuatore finale (considerato come una periferica poiché dipende dalla specifica applicazione). La struttura articolata si compone di una parte meccanica costituita da un...

insieme di corpirigidi (indicati anche come bracci, collegamenti o link) e di giunti.

La struttura articolata contempla attuatore finale o dispositivo di estremità, e si ferma all’equivalente del nostro polso, la mano ovvero l’attuatore finale non è parte dell’anatomia del robot, perché quel elemento dipende dalla specifica applicazione.

Il Robot può essere fissato su una base fissa, su pavimento o sul soffitto, o una mobile (accade meno spesso).

La struttura articolata può essere:

• a catena cinematica aperta quindi una configurazione seriale;
• a catena cinematica chiusa quindi una configurazione parallela;
• ibrida, con una parte a cinematica aperta e una parte a cinematica chiusa.

La configurazione seriale è caratterizzata da una migliore destrezza mentre con la configurazione parallela abbiamo una maggior capacità di carico.

La maggior parte delle applicazioni attuali dei robot si riferiscono alla

configurazione seriale. Un robot in configurazione seriale è costituito da elementi rigidi (l'equivalente delle ossa) collegati in serie mediante giunti (l'equivalente delle articolazioni). La configurazione seriale è detta anche "catena cinematica aperta" poiché la struttura articolata ha un estremo fissato al telaio e l'altro (sul quale si disporrà l'attuatore finale) libero di muoversi nello spazio. Giunti: Come detto, i giunti sono simili alle articolazioni del corpo umano e consentono il moto relativo controllato tra due corpi (uno di input e l'altro di output). Ciascun giunto conferisce alla struttura 1 grado di libertà (gdl) e i robot possono essere classificati in base al numero totale di gdl, che possono arrivare fino a 6. I giunti che possono essere inseriti consentono due tipi di moto relativo tra gli elementi rigidi collegati: - traslatorio (giunti prismatici) di piccola o grande identità; - rotatorio (giunti

(rotoidali) angolo di rotazione di piccola o grande identità.

Robot Seriali

La struttura articolata dei robot seriali è suddivisa in:

• braccio che viene usato per posizionare l'estremità del polso entro i limiti imposti dalla dimensione del robot e dal movimento dei giunti ed è dotato tipicamente di 3 gdl.
• polso che è usato per orientare il dispositivo di estremità collegato alla sua estremità dotato di 2-3 gdl.

Tutto ciò porta ad avere un robot tra i 5 e i 6 gradi di libertà. I gradi di libertà conferiti al braccio servono per posizionare l'estremità del robot, il polso serve invece per orientare il dispositivo di estremità che appunto è stato collegato al polso.

Il Dispositivo di estremità ('mano', attuatore finale, end effetto) come detto, non viene considerato come una parte dell'anatomia del robot, in quanto viene sviluppata specificatamente

Per la mansione del robot. Per la creazione della struttura articolato di un robot si usano 5 diverse tipologie di giunto:

• Giunto lineare, consente moto di traslazione tra corpi con assi tra loro paralleli;
• Giunto ortogonale, consente moto di traslazione tra corpi con assi tra loro ortogonali;
• Giunto di torsione, l'asse del corpo di input e output sono tra loro paralleli;
• Giunto di rotazione, l'asse di rotazione è perpendicolare al piano che contiene i corpi di input e output;
• Giunto di rivoluzione, in cui il corpo di output ruota rispetto ad un asse perpendicolare all'asse del corpo di input.

Per il braccio, le configurazioni fondamentali del che come detto può avere fino a 3 gradi di libertà, sono:

• Polare (sferica): configurazione che ottengo con le gru telescopiche, quindi ho la possibilità di ruotare il braccio verso l'alto e verso il basso. Posso anche estendere o ritrarre il braccio ma possono anche

ruotare il braccio rispetto ad un asse verticale. Come possiamo vedere in figura abbiamo pertanto due giunti che permettono il moto relativo di rotazione e uno che permette il moto relativo di traslazione. L'estremità del polso viene movimentata all'interno di uno volume che ha la forma di una sfera (per questo abbiamo anche il nome di configurazione sferica), quindi il movimento si determina in una terna d'assi sferica. Cilindrica: Poi troviamo la configurazione cilindrica per cui ho la possibilità di ruotare attorno all'asse verticale. Inoltre, il braccio può traslare verso l'alto o verso il basso ma può anche estendersi o ritrarsi. Come possiamo vedere in figura abbiamo pertanto due giunti che permettono il moto relativo di traslazione e uno che permette il moto relativo di rotazione. L'estremità del polso viene movimentata all'interno di uno volume che ha la forma di un cilindro, quindi il movimento si determina.

In una terna d'assicilindrica.Cartesiana (chiamata anche X-Y-Z)• Poi troviamo la più semplice della configurazione, quella cartesiana. Come possiamo vedere in figura abbiamo pertanto tre giunti che permettono il moto relativo di traslazione. L'estremità del polso viene movimentata all'interno di in una terna d'assi cartesiana. L'estremità del polso viene movimentata all'interno di uno volume che ha la forma di un parallelepipedo che potrebbe essere un cubo qualora l'entità dei movimenti lungo i tre assi x, y e z sia la stessa. 8articolata (antropomorfa) per le evidenti analogie con il braccio del corpo umano.• Come possiamo vedere in figura abbiamo pertanto tre giunti che permettono il moto relativo di rotazione, uno intorno all'asse verticale, uno intorno ad un asse orizzontale, l'equivalente della nostra spalla ed infine il terzo giunto che consente il moto relativo di rotazione tra i due link del robot,

ed è l'equivalente del nostro gomito. Questa configurazione è quella più utilizzata. Tale configurazione è caratterizzata da maggiore destrezza rispetto alle altre configurazioni ma è poco precisa in tutto lo spazio di lavoro, in quanto caricandolo con un peso all'estremità del braccio, che genera una forza verticale verso il basso, questa configurazione diventa cedevole e non va più bene perché si perde in precisione. Il movimento del braccio si tiene entro un volume di forma sferica. Questo sono solo alcune delle configurazioni ad esempio la configurazione andromorfa può anche essere formata da altri giunti. Scara, Effettivamente è presente un'altra configurazione, la che indica Selective Compliance Assembly Robot Arm, è una configurazione che deriva dalla antropomorfa ed è stata sviluppata specificatamente per operazioni di assemblaggio per evitare la problematica che nasce nel robot seriale in configurazione antropomorfa.

relativa alla riduzione di precisione.Tale configurazione si compone di 3 gradi di libertà che permettono in due casi la rotazione attorno ad un asse verticale e in uno la traslazione nella direzione verticale.

L'estremità del polso viene movimentata all'interno di un volume di lavoro che ha la forma di un cilindro.

In questo caso applicando una forza verticale il sistema non è cedevole (come nel caso antropomorfo visto precedentemente). Il sistema diventa cedevole se applicassi una forza orizzontale. Una configurazione Scara viene usata quando vengono effettuate operazioni di assemblaggio che prevedono l'inserzione dei componenti dall'alto.

La configurazione Scara è quindi molto importante e generalmente non fa uso del polso perché il polso serve per orientare il pezzo, come detto. Siccome la configurazione Scara effettua l'assemblaggio in un'unica direzione, che è quella verticale, dal basso verso l'alto.

normalmente non ha bisogno del polso (non ha bisogno di orientare la parte). Nella fase di concurrent engineering, il tecnologo che si occupa anche dell'assemblaggio delle parti, richiede e consiglia al progettista di tenere in considerazione che la modalità di assemblaggio del prodotto sfrutti la gravità quindi dall'alto verso il basso (DFMA Design for Manufacturing and Assembly).

Il polso è dotato normalmente di 3 gdl serve per orientare il dispositivo di estremità collegato alla faccia frontale del polso. È richiesta solitamente una elevata compattezza, poiché rappresenta la parte terminale del manipolatore, che ne rendono difficoltosa la progettazione.

La configurazione più comune, molto simile al nostro polso, è dotata dei seguenti movimenti:

• rollio: rotazione del dispositivo di estremità intorno all'asse del braccio con un giunto di torsione;
• beccheggio: rotazione verso l'alto e verso il basso;
• imbardata: rotazione laterale.

basso del dispositivo di estremità con un giunto di rotazione;

sbandamento:• rotazione verso destra e verso sinistra del dispositivo di estremità con un giunto di rotazione.

Questa figura mette in evidenza un robot a 6 gdl con configurazione antropomorfa e con il polso con le caratteristiche descritte precedentemente.

In questo caso la configurazione i giunti permettono un moto relativo di rotazione.

Questa è la configurazione più comune.

Quello che non vediamo in questa configurazione è soltanto il dispositivo di estremità in quanto dipende dalla specifica applicazione e pertanto non possiamo definirlo a priori.

N.B. Per definire la configurazione del robot ci interessa solo la configurazione del braccio, non ci interessa la configurazione del polso.

10Lezione Materia Autore7 April