Robot industriali
Utilizzo Robot industriali
Il campo industriali e' sicuramente
quello in cui i robot industriali hanno
trovato maggiore diffusione il loro impiego
nelle catene di montaggio ha permesso alle aziende
di abbattere notevolmente i costi accelerando
e migliorando la produzione. Fra i robot industriali
più utilizzati dall'industria vi è il braccio
robotico o braccio manipolatore costruito a
imitazione del braccio umano ma spesso dotato
di più gradi di libertà è una macchina molto
versatile che si presta a svariate mansioni
tra cui verniciatura, saldatura o montaggio.
Soluzioni Robot industriali
di ARS AUTOMATION
ARS AUTOMATION
è distributore esclusivo Italia di Robot
industriali di Adept e FlexFactory. Presenta
una vasta gamma di Robot industriali:
-
Robot scara
di alte prestazioni
-
Robot cartesiani
-
Robot piccoli
antropomorfi
-
sistemi
di visione per guida robot e controllo di
qualità, unità di governo ad
alte prestazioni per la gestione di macchinari
complessi (servomotori, encoder assoluti,
interpolazione di movimenti per cinematiche
particolari).
Alcuni esempi di Robot industriali |
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Robot Industriali: Adept Viper s650 |
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Robot Industriali: Adept Viper s850 |
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Robot Industriali: Adept Cobra i600 |
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Robot Industriali: Adept Cobra s350 |
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Robot Industriali: Adept Cobra i800 |
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Robot Industriali: Adept Cobra s600 |
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Robot Industriali: Adept Cobra s800 |
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Link utili
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Robot Industriali by Galtarossa Umberto - www.remotehost.org
Introduzione Robot Industriali:
Il termine robotica industriali viene
spesso usato per indicare macchine in grado di eseguire
un compito in modo automatico. A prima vista può
sembrare allora che tutte le macchine in grado di eseguire
un singolo compito diverse volte possano essere considerati
dei robot; la differenza rispetto ad un dispositivo
automatico risiede nel fatto che un robot, in particolare
quello destinato ad applicazioni industriali, può
essere modificato in base ai compiti da svolgere e ai
cambiamenti dell'ambiente, cambiando un software o alcune
schede elettroniche e non l'intera macchina. Ne scaturisce
che una caratteristica comune dei robot industriali
è la versatilità e la possibilità
di impiego in diverse situazioni.
Il robot più tipicamente usato
nella robotica industriali è il manipolatore
che permette di eseguire dai semplici compiti di saldatura
a compiti più complessi come la verniciatura
in cui è necessario seguire i contorni di un
oggetto. L'ISO, cioè l'organizzazione per gli
standard internazionali, ha dato una definizione ben
precisa di cosa si intende per manipolatore industriali;
questo è una macchina multifunzionale, controllata
automaticamente, riprogrammabile, composta da una serie
di segmenti uniti da giunti con diversi gradi di libertà,
adatta a prendere e/o muovere oggetti e consiste in
una catena cinematica aperta che collega la base con
la mano, atta ad afferrare gli oggetti o a contenere
dispositivi come un saldatore o un cacciavite.
Gli aspetti teorici dei robot industriali
sono stati studiati da Denavit ed Hartenberg, che nel
1955 hanno definito un modello cinematico comune a tutti
i manipolatori mediante opportuni parametri, quali lunghezze
dei link e angoli dei giunti, mediante i quali era possibile
costruire matrici per il calcolo dei movimenti di bracci
meccanici. Questo avrebbe aperto la strada a metodi
di calcolo della traiettoria facilmente implementabili
su calcolatori.
L'uso dei manipolatori industriali
è cambiato con il passare del tempo e con l'evoluzione
dell'automazione. I primi esempi applicativi risalgono
agli anni 60 grazie alla Unimation, un'azienda che progettò
il primo robot manipolatore adatto per la saldatura
a punti. Fino agli anni 70 però, la scarsa realizzazione
di questi robot era dovuta anche al fatto che erano
idraulici e difettavano in accuratezza. Un passo in
avanti fu la progettazione dei robot Stanford Arm da
parte dell'università di Stanford e PUMA (Programmable
Universal Machine for Assembly) da parte della Unimation,
che costruirono robot completamente elettrici più
evoluti dei modelli precedenti.
In questi anni si comincia a pensare
al robot industriali come ad un possibile sostituto
dell'operaio nello svolgimento di compiti ripetitivi
e relativamente semplici. Nel 1976 infatti, il costo
orario di un addetto diviene superiore a quello di un
robot adibito allo stesso compito. Gli anni 80 hanno
visto un rapido sviluppo della robotica industriali
grazie anche a nuovi modelli di manipolatori come SCARA
(Selective Compliance Assembly Robot Arm), un robot
di brevetto giapponese creato per l'assemblaggio industriali
ed estremamente rapido nei compiti di pick and place
(dove per pickand place si intende il movimento standard
di presa di un oggetto da una posizione A, spostamento
in una posizione B e viceversa con A e B distanti 12
pollici).
In questi anni si comincia a capire
che il robot come sostituto all'uomo in certe applicazioni
diventa vantaggioso per tutti dato che può essere
impiegato nei compiti molto ripetitivi, pesanti e pericolosi
in cui l'addetto può comandare il robot a distanza
(ambienti inaccessibili, manipolazione di sostanze tossiche,
ambienti a rischio...).
Negli anni 90, con la progettazione
di sensori di forza, di visione e tattili, il robot
industriali viene visto come uno strumento ormai insostituibile
per il controllo di qualità totale (cioè
su tutti i pezzi e non più a campione), per la
manipolazione di oggetti delicati (come gli oggetti
in vetro) e per lavori di precisione come la rifinitura
dei pezzi, cioè per compiti impossibili o difficili
da eseguire in tempi brevi da un essere umano.
Parametri di bontà dei robot industriali:
Tutti i robot industriali, manipolatori
e non, hanno alcune caratteristiche che permettono di
confrontarli con altri simili per poter scegliere quello
che più si adatta all'esecuzione di particolari
task. Il primo parametro che si prende in esame è
la accuratezza, che viene definita come la differenza
tra la posizione comandata e quella effettivamente raggiunta
a fine movimento.
E' tanto più importante quanto
sono più piccole le tolleranze e deve essere
valutata attentamente nella fase di studio di fattibilità.
Un parametro collegato a questo è la ripetibilità,
che indica la variazione tra le posizioni raggiunte
mandando, ciclo dopo ciclo, lo stesso comando al controllore.
Un altro parametro rilevante è la risoluzione
spaziale, cioè la distanza minima che può
essere comandata o rilevata.
Se il robot deve poter trasportare
oggetti di un certo peso è molto importante definire
il massimo peso che può essere trasportato a
velocità ridotta, mantenendo la accuratezza.
Può anche essere rilevante sapere la massima
velocità con cui un robot può muovere
le ruote (nel caso di robot mobili) o il braccio (nel
caso di manipolatori). In quest'ultimo caso è
interessante calcolare il tempo di ciclo, cioè
il tempo necessario al manipolatore per eseguire un
ciclo pick and place standard o un altro task periodico.
Traiettorie e applicazioni:
I parametri appena descritti possono
avere buoni valori anche se il robot in esame non ha
un elevato grado di complessità. Quest'ultimo
può essere un buon parametro per determinare
qual è il manipolatore più adatto ad una
certa applicazione. La complessità di un robot
è spesso legata al tipo di traiettoria che questo
deve inseguire. Se devono essere eseguiti solo dei comandi
di tipo ON/OFF si è nel caso di una traiettoria
STOP-TO-STOP: se si comanda ON il manipolatore compie
l'intera corsa fino al punto di bloccaggio e si ferma;
con OFF la traiettoria viene eseguita a ritroso fino
al punto di partenza. Questo tipo di robot ha solo un
controllo in anello aperto dato che non ha alcun feedback
dall'ambiente, né sensori in grado di rilevare
informazioni dall'esterno.
Tale robot anche se assai semplice
è molto usato per compiti di pick and place dato
che non richiede particolari conoscenze informatiche
da parte del personale addetto, né complesse
unità di elaborazione. Un'altra traiettoria possibile
è quella di tipo POINT-TO- POINT, che permette
di memorizzare le posizioni iniziale e finale di corsa,
oltre ad una serie di posizioni di passaggio intermedie.
Il controllore provvede a raggiungere i diversi punti
in sequenza portando le variabili di giunto ai valori
desiderati. Questo tipo di traiettoria è quella
che solitamente viene usata per il pick and place in
cui è necessario forzare il passaggio per alcuni
punti intermedi, al fine, ad esempio, di evitare ostacoli
(carico/scarico di mezzi di trasporto, avvitamento,
cablaggio). In questo caso il sistema di controllo della
traiettoria è ancora molto semplice e non permette
di scegliere il cammino tra un punto ed il successivo,
che solitamente è una linea retta.
Per questo motivo una traiettoria controllata
è quella che si vorrebbe avere per compiti in
cui è importante avere le configurazioni dei
giunti in ogni punto: questo richiede il calcolo della
traiettoria in tempo reale ma ha bisogno di notevole
potenza di elaborazione; si può pensare ad una
generazione off- line della traiettoria ma questo non
permette la gestione di ostacoli ed imprevisti, che
sarebbe invece possibile con un calcolo a real time.
Alcune versioni della traiettoria controllata
sono disponibili su robot per operazioni di assemblaggio
e saldatura ad arco ma la generazione on-line di queste
traiettorie è ancora ambito di ricerca. Un modo
semplice per far compiere al robot traiettorie complesse
e continue senza un controllore altrettanto sofisticato
è il seguente: si fa compiere al robot il movimento
voluto, o manualmente, o con un teach box e si memorizzano
le posizioni con un campionamento sufficientemente fitto.
A questo punto il robot non fa altro
che ripetere le posizioni memorizzate, ottenendo una
traiettoria fluida e senza interruzioni come nel caso
di una generazione point-to- point. Questo tipo di traiettoria
è ancora insostituibile nei compiti in cui si
deve inseguire il contorno, come nel caso di verniciatura
o pulitura di un oggetto.
Esecuzione di compiti in sequenza: programmazione del
robot
Quando è necessario far eseguire
al manipolatore diversi compiti da eseguire in sequenza,
non si vogliono definire le nuove posizioni per ogni
singolo task; è necessario allora disporre di
un linguaggio di programmazione con cui istruire il
robot per tutti i compiti successivi da eseguire; esistono
diversi livelli di interazione con il robot a seconda
del tipo di linguaggio considerato; al livello task
si definisce il compito tramite linguaggio naturale
(muovi A su B); questo presuppone la presenza di un
interprete molto potente (un unità di elaborazione
tra l'addetto e il robot) in grado di tradurre il linguaggio
ad alto livello con istruzioni comprensibili dal manipolatore
(livello dei giunti); se è necessario avere un
modello degli oggetti e dell'ambiente in cui si sta
operando è possibile impartire comandi a livello
oggetto (metti il cubo A sopra il ripiano B).
Questo può essere comodo se
si hanno diversi oggetti da manipolare e ogni oggetto
possiede caratteristiche diverse. Ad un grado di interazione
ancora più basso c'è il livello manipolatore:
è necessario usarlo quando si devono definire
i task in modo preciso (apri le dita di 3 cm); il controllo
più fine lo si ha con il livello giunti (sposta
il giunto 1 di 45 gradi) ed è quello che garantisce
maggior controllo sull'esecuzione del task. È
preferibile un livello ad un altro a seconda del grado
di dettaglio con cui si vogliono impartire comandi al
manipolatore.
Nei compiti di semplice spostamento
di oggetti, è più comodo usare il livello
task o oggetto, se invece si devono compiere movimenti
molto precisi, in cui tutte le operazioni devono essere
molto dettagliate, è conveniente usare il livello
giunti o il livello manipolatore. Spesso è necessario
disporre di un linguaggio di programmazione in cui sia
disponibile più di un livello. Se si pensa ad
un robot a ruote in grado di pulire un ambiente, ci
si rende subito conto che questo deve essere sia comandato
a livello giunti per definire, ad esempio, la velocità
o l'angolazione delle ruote in determinate situazioni,
che a livello task o oggetto in cui si specificano gli
oggetti presenti nell'ambiente.
Applicazioni industriali di interesse:
Già quando si è parlato
delle traiettorie abbiamo visto alcuni esempi di applicazioni
possibili per i robot industriali, a partire dalla complessità
della traiettoria considerata. Le case produttrici di
robot progettano modelli adatti a diversi scopi; vista
la massiccia produzione di hardware per computer, un'applicazione
di importanza fondamentale è l'assemblaggio di
componenti per elaboratori: assemblaggio di circuiti
di memoria, di schede madri, di chip e delle diverse
parti per ottenere il prodotto finito.
L'uso di robot per assemblare questi
oggetti è diventato ormai insostituibile data
l'alta precisione richiesta e la velocità per
garantire elevata produzione. Nel settore automobilistico
altrettanto importante è l'assemblaggio di motori
o delle parti componenti un'automobile, in cui avere
robot in grado di operare in parallelo sugli stessi
oggetti significa velocizzare il processo produttivo
con minime probabilità di errore.
Altrettanto importanti in ambito industriali
sono i robot adibiti alla pulizia di oggetti, che possono
trovarsi in ambienti pericolosi per l'uomo, oppure essere
particolarmente delicati e quindi solo l'impiego un
robot può evitare il contatto tra componenti
elettriche e materiali detergenti in modo sistematico.
Un'altra applicazione critica in industria è
lo spostamento di oggetti; non sempre infatti questo
può essere fatto agilmente da essere umani, dato
che può trattarsi di materiale particolarmente
pesante o tossico (grosse casse, acidi, esplosivi...).
Associando robot di questo tipo a sistemi
di imballaggio automatico e nastri trasportatori adatti,
si possono eseguire le operazioni di spostamento in
modo sicuro sia per le persone addette, che per gli
oggetti manipolati.
Necessità dell'impiego dei robot:
La robotica industriali è cambiata
nel corso degli anni: dopo essere stato pensato come
rivale dell'uomo, il robot è arrivato ad essere
insostituibile nei compiti giudicati troppo rischiosi
per l'operaio o per cui la accuratezza richiesta era
troppo elevata; inoltre un'elevata produttività
significa avere ritmi di produzione che, senza l'ausilio
di robot, sarebbero impensabili.
L'introduzione di questi ultimi ha
rivoluzionato la produzione modificando anche il ruolo
degli operatori umani, che hanno così evitato
di essere impiegati in compiti pericolosi e ripetitivi,
elevando il loro compito di semplici esecutori, a supervisori
e decisori delle operazioni effettuabili in modo automatico.
IL GIAPPONE E LA ROBOTICA industriali:
Il Giappone ha saputo impiegare i robot
all'interno della produzione industriali fin dai primi
sviluppi della robotica, non solo in modo passivo, cioè
comprando robot da aziende occidentali e impiegandoli
nei processi produttivi, ma progettandoli a sua volta.
L'esempio più importante, che ha rivoluzionato
i metodi di assemblaggio industriali è stato
il robot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot
Arm), ideato e brevettato dai giapponesi nel 1981.
Questo tipo di manipolatore ha 4 gradi
di libertà e si muove su un piano XY per raggiungere
la posizione desiderata. Un movimento rotatorio della
mano e una traslazione lungo Z completano le possibilità
di movimento del robot, pensato per eseguire compiti
di pick and place in modo particolarmente rapido e largamente
usato in ambito industriali, non solo giapponese. Il
Giappone ha inserito corsi universitari di robotica
industriali nelle proprie università ancora prima
degli Stati Uniti, ed è tutt'oggi il paese che
impiega maggiormente i robot industriali nella propria
produzione: basta pensare al numero di robot industriali
impiegati in Giappone nel 1986 (116000), contro quelli
impiegati nello stesso anno negli USA (25000).
Il Giappone ha anche saputo conciliare
il massiccio uso di robot industriali con il mutamento
dei compiti lavorativi degli operai addetti. Un esempio
di questo è stata la Nissan, azienda automobilistica
che tra le prime ha utilizzato i robot nella produzione.
Questa ha creato la Nissan Motor Workers Union, cioè
un organo in grado di instaurare un dialogo tra la dirigenza
aziendale e gli operai per definire le modifiche dei
compiti dei lavoratori con l'avvento dei robot, curando
anche gli aspetti della formazione. Matsushita Electric
Industry, Fuji Machine Manufacturing, Fanuc, Yasakawa
Electric Manufacturing e Kawasaki Heavy Industries sono
tra le maggiori industrie giapponesi produttrici di
robot industriali e riforniscono di strumenti di automazione
sia industrie giapponesi che estere. Altrettanti centri
di ricerca supportano queste aziende, al fine di creare
supporti sempre nuovi ad un sistema produttivo in continua
evoluzione. |
