Home

meccatronica - ADAM - Leonardo da Vinci Projects and Products

1. erre 9 2 1 4 Il problema dell accuratezza di posizionamento 14 2 1 5 Robot industriali a cinematica parallela 16 2il 60 Veicolacuida anto matic AGV alleata 18 2 2 ESEMPI DI IR amp M RAPPRESENTATIVI DAL PUNTO DI VISTA COSTRUTIRO alii 19 22 50 DIPOMOCIS di base ia 19 2 2 2 Tipologie di tobotindustriali derivate rali allea 20 2 2 3 Tipologie di robot industriali derivati da diverse combinazioni di coppie CHIC co emer ll 23 5 END EEFEECIORS aLaaa 25 3 1 Applicazione e classificazione degli end effectors 23 E KE el e ssa 25 5 5 KE ee Te E en sone dille eci 26 Folk WESTSIC OMIM EE 35 E le Ke ET EE 36 3 3 3 Forze agenti sugli oggetti afferrati sotto l azione del moto del robot 37 3 3 4 Sostituzione automatica degli end effectorg 40 3 4 DISPOSITIVI PERIFERICI PER TRAM 41 3 4 1 Introduzione classificazione finalit ieri rire rien rie nie nie nie niene 41 3 4 2 Classificazione dei PD rispetto alla loro funzione eeeessessseoeenesssssssseeerssss 42 3 4 3 Classificazione dei PD rispetto alle loro caratteristiche costruttive 43 3 4 4 Classificazione dei PD in base al loro ruolo nella cella robotizzata 50 4 CELLE DI LAVORO ROBOTIZZATE ccccccsccssccccccccsccccccccsccscccccsccssccccccccecces 52 4 1 Componenti fondamentali di u
2. pos Aibero t 120mm Do4 Afbero 2 140mm S Dep Abero3 152mm oS Scarto non necessario e Procedure operative del robot Il robot afferra un albero dal deposito alberi attraverso una pinza Shaft_placement_t o_the_ measuring_ Il robot inserisce l albero nel sistema di misura In base al risultato della misura il robot posiziona l albero nella postazione 1 In base al risultato della misura il robot posiziona l albero nella postazione 2 In base al risultato della misura il robot posiziona l albero nella postazione 3 In base al risultato della misura il robot posiziona 0 l albero nel contenitore scarti Grasp_shaft Il robot chiude le pinze e un albero viene afferrato Release_shaft Il robot apre le pinze e un albero viene rilasciato e Punti operativi Get_a_shaft_positi Posizione in cui il robot afferra l albero on Measurin ositio ane Posizione dell albero nel sistema di misura Shaft_1_ position Posizione finale dell albero 1 120 mm Shaft_2_ position Posizione finale dell albero 2 140 mm Shaft_3_ position Posizione finale dell albero 3 152 mm Scrap_position Posizione per gli scarti e Diagramma di flusso Start No Yes WaitUntil Di_1 1 Reset Do 1 Get a shaft Shaft_placement_to the _measuring system WaitUntil Do_2 1 Reset DI 2 No Sh aft 3 Scrap position position Shaft 2 position Shaft_1 position Release_shait
3. Grasp a component from position 2 Feeder_ 2 CONST robtarget Pallet_Pos Ungrasp the component on the pallet PERS tooldata Gripper Definition of the tool coordinate system PERS wobjdata Pallet Work object definition User Coordinate System PERS wobjdata Feeder_1 Work object definition User Coordinate System PERS wobjdata Feeder_2 Work object definition User Coordinate System d Subroutines with instructions PROC Grasp Close Gnpper Grasp component Close Gripper ENDPROC PROC Ungrasp Open Gnpper Ungrasp component Open Gripper ENDPROC PROC Palletize Ungrasp the component on the pallet MoveL Pallet_Pos v500 fine Gripper wob Pallet Linear motion to Pallet Pos Ungrasp Subroutine call ENDPROC PROC Get_From_Posi WartUntil Di1 1 Is the component ready in position 1 Movel Get_Comp_1 v50 z5 Gripperiwobj Feeder_1 Linear motion to grasp a component Grasp Subroutine call ENDPROC PROC Get_From_Pos2 WaitUntil Di2 1 Is the component ready in position 2 MoveL Get_Comp_2 v50 725 Gripperiwobj Feeder_2 Linear motion to grasp a component Grasp Subroutine call ENDPROC Main routine with instructions and subroutine calls PROG Main Any program must contain the main procedure IF Counter lt 45 THEN Palletize 45 components on one pallet WaitUntil Di1 1 OR Di2 1 Wait until components are re
4. MECCATRONICA Modulo 10 Robotica Manuale concetto Petr Blecha Zdenek Kol bal Radek Knoflicek Ales Pochyly Tomas Kubela Radim Blecha Tomas Brezina Universita Tecnica di Brno Cechia Concetto europeo per la Formazione Continua in Meccatronica di personale esperto nella produzione industriale globalizzata Progetto UE no 2005 146319 Minos durata dal 2005 al 2007 Progetto UE no DE 08 LLP LdV TOI 147110 MINOS durata dal 2008 al 2010 Il presente progetto finanziato con il sostegno della Commissione europea L autore il solo responsabile di questa pubblicazione comunicazione e la Commissione declina ogni responsabilit sull uso che potr essere fatto delle informazioni in essa contenute A ge DG Istruzione e cultura Programma di apprendimento permanente www minos mechatronic eu 1 STORIA SVILUPPO E DEFINIZIONE DI ROBOT ccsscocsssccccssscccsssccccccsces 1 1 1 DALLE MACCHINE DA SCRIVERE AI ROBOT cirie zioni l 1 2 DEFINIZIONE DIROROT sie rescesie risco rio risco rio visione 4 2 LA STRUTTURA DEI ROBOT E DEI MANIPOLATORI INDUSTRIALI IR amp M 7 2 1 STRUTTURA CINEMATICA DEI ROBOT INDUSTRIAL F 7 2 1 1 Sistema di azionamento del robot industriali stazionari 7 2 1 2 Coppie cinematiche nella costruzione dei robot industriali 8 2 1 3 Robot industriali con cinematica seriale
5. C stop e Esempio di programma Dichiarazione dati di programma MODULE Shafts CONST robtarget Get_a_shaft_position CONST robtarget Measuring_position CONST robtarget Shaft_1_position CONST robtarget Shaft_2_position CONST robtarget Shaft_3_position CONST robtarget Scrap_position PERS tooldata Gripper Subroutines con istruzioni OC Grasp_ shaft Close Gripper WaitTime 0 5 ENDPROC PROC Release_shaft Open Gripper ENDPROC PROC Get_a_shaft Moved Get_a_shaft_position v1000 220 Gripper wobj wobj0 MoveL Offs Get_a_shaft_position 0 0 50 v100 fine Gripper wobj wobj0 Grasp_ shaft MoveL Get_a_shaft_position v100 fine Gripper wobj wobj0 ENDPROC PROC Shaft_placement_to_the_measuring_system MoveJ Measuring_position v1000 z20 Gripper wobj wobj0 MoveL Offs Measuring_position 0 0 50 v100 fine Gripper wobj wobj0 Release shaft MoveL Measuring_position v100 fine Gripper wobj wobj0 ENDPROC PROC Shaft_1 MoveL Measuring_position v100 fine Gripper wobj wobj0 MoveL Offs Measuring_position 0 0 50 v100 fine Gripper wobj wobj0 Grasp_ shaft MoveL Measuring_position v100 fine Gripper wobj wobj0 MoveJ Shaft_1_position v1000 z20 Gripper wobj wobj0 MoveL Offs Shaft_1_position 0 0 50 v100 fine Gripper wobj wobj0 Release shaft MoveL Shaft_1_ position v100 fine Gripper wobj wobj0 ENDPROC
6. Con questo tipo di controllo si garantisce una erogazione controllata che consente di realizzare verniciature di spessore ridotto La pompa a ingranaggi attivata da un servomotore che pu essere visto come un ulteriore giunto del robot una volta che stato connesso al suo sistema di controllo Inoltre c la possibilit di controllare la verniciatura direttamente mediante la Tech Pendant Se necessario utilizzare diversi tipi di vernice sono disponibili apposite valvole controllate pneumaticamente che permettono il cambio automatico della tinta in 15 30 secondi E possibile quindi verniciare diverse parti di un componente con strati di diverso spessore robot protetto con una copertura di tessuto per evitare che possa depositarsi su di esso parte della vernice utilizzata fig 4 15 Inoltre per semplificarne la manutenzione l esterno e l interno del robot vengono trattati con uno strato di teflon Le postazioni di lavoro devono essere distribuite tenendo presente diversi tipi di vernice utilizzati L utilizzo di vernici liquide ad esempio comporta un elevato rischio di esplosione poich queste sono diluite con solventi speciali altamente infiammabili Per questo motivo bisogna predisporre delle adeguate protezioni per i componenti elettrici del robot Per la maggior parte delle vernici in polvere invece non si presenta il rischio di esplosione ma la 62 verniciatura pi lenta a causa della sua minore aderenza In a
7. valida per le parti relative alla sicurezza dei sistemi di controllo SRP CS indipendentemente dal tipo di tecnologia e alimentazione elettrica idraulica pneumatica meccanica ecc utilizzati in tutti tipi di macchine Le parti relative alla sicurezza dei sistema di controllo del robot devono essere progettate per soddisfare i seguenti requisiti e un singolo guasto in una qualsiasi di queste parti non comporta la perdita della funzione di sicurezza e ogniqualvolta sia ragionevolmente possibile un singolo guasto deve essere rilevato prima della successiva richiesta alla funzione di sicurezza e quando si verifica un guasto singolo il comando di sicurezza deve essere sempre eseguito e la condizione di sicurezza deve essere mantenuta fino a quando il difetto riscontrato non stato rimosso e tutti i guasti razionalmente prevedibili devono essere rilevati Tali requisiti sono conformi alle prescrizioni per la categoria 3 specificata nella norma ISO 13849 1 Tuttavia il requisito per la rilevazione di un guasto singolo non assicura che tutti guasti saranno rilevati Di conseguenza l accumulo di errori non rilevati non pu portare a segnali di ingresso indesiderati e dar luogo a una situazione di pericolo in tutto il robot La connessione forzata dei contatti rel o il controllo di segnali elettrici in uscita pu servire come esempio di misure concrete per il rilevamento di difetti Sulla base dei risultati della valutazione dei
8. MECCATRONICA Modulo 10 Robotica Manuale Esercizi Soluzioni concetto Petr Blecha Zden k Kol bal Radek Knofl cek Ales Pochyly Tomas Kubela Radim Blecha Tomas Brezina Universit Tecnica di Brno Cechia Concetto europeo per la Formazione Continua in Meccatronica di personale esperto nella produzione industriale globalizzata Progetto UE no 2005 146319 Minos durata dal 2005 al 2007 Progetto UE no DE 08 LLP LdV TOI 147110 MINOS durata dal 2008 al 2010 Il presente progetto finanziato con il sostegno della Commissione europea L autore il solo responsabile di questa pubblicazione comunicazione e la Commissione declina ogni responsabilit sull uso che potr essere fatto delle informazioni in essa contenute A ge DG Istruzione e cultura Programma di apprendimento permanente www minos mechatronic eu Partners per la creazione valutazione e diffusione dei progetti MINOS e MINOS Chemnitz University of Technology Institute for Machine Tools and Production Processes Germany np neugebauer und partner OhG Germany Henschke Consulting Germany Corvinus University of Budapest Hungary Wroclaw University of Technology Poland IMH Machine Tool Institute Spain Brno University of Technology Czech Republic ClCmargune Spain University of Naples Federico Il Italy Unis a s company Czech Republic Blumenbecker Prag s r o Czec
9. Per quanto riguarda l attrezzatura necessaria all esecuzione della saldatura per punti la situazione piuttosto differente In primo luogo l utensile completamente diverso Le pinze per la saldatura a punti fig 4 9 sono molto pi larghe e pesanti di quelle utilizzate per la saldatura ad arco Pertanto si utilizzano in genere robot con una maggiore portata Una questione di fondamentale importanza il raffreddamento della pinza che viene realizzato mediante un circuito di raffreddamento ad acqua Fig 4 9 Utensile 0 pinza per saldatura per punti Un robot destinato alla saldatura per punti deve essere dotato di un sistema di controllo generalmente collocato alla base della macchina che assicuri il regolare circolo del liquido refrigerante e il conseguente raffreddamento della pinza In fig 4 10 riportata una immagine dettagliata 58 Fig 4 10 Unit di controllo di un robot ABB per la saldatura per punti fonte ABB Da quanto detto si potrebbe pensare che l utilizzo di questa tecnologia di saldatura sia limitato ad un settore di nicchia invece molto utilizzato si pensi ad esempio all industria automobilistica In generale si pu dire che circa il 70 80 delle operazioni di saldatura realizzato utilizzando la tecnologia della saldatura per punti La configurazione di base rappresentata in fig 4 11 Weld current controller built into the door Interbus Compact routing 600 V motor Top m
10. Hexaglide Triaglide Linapod Triaglide 5g Fig 2 12 Classificazione morfologica delle strutture cinematiche a e robot industriale TRICEPT HP 1 a struttura ibrida b 17 2 1 6 Veicoli a guida automatica AGV La tipologia pi semplice di robot mobili rappresentata dai veicoli a guida automatica Automated guided vehicle AGV pensati come dispositivi interoperazionali in sistemi di produzione flessibile Flexible manufacturing systems FMS Gli AGV sono utilizzati per il trasporto di elementi pesanti componenti attrezzi ecc ad esempio da una macchina produttiva ad un altra principalmente fra centri di lavorazione machining centres MC Il loro svantaggio la necessit di avere un percorso predefinito solitamente realizzato con un conduttore integrato all interno del pavimento che fa da traccia magnetica RK GE E H ei e e AS Fig 2 13 Componenti del sistema di guida Fig 2 14 Principio di rilievo del percorso degli AGVs 1 Conduttore 2 canaletta 1 Antenna rilevatrice con avvolgimenti 3 campo magnetico 4 avvolgimento 2 cavo interrato 3 Sistema operativo elettronico 4 amplificatore 5 meccanismo di guida 6 Campo magnetico Fig 2 15 Navigazione laser per AGV AGV sono dotate di accumulatori ricaricabili con connessione automatica a pavimento Fig 2 16 o anche aerea Fig 2 17 In alternativa possono essere dotati di un caricabatteria interno connesso manualmente o automaticame
11. La procedura di misurazione richiede circa 2s A questo punto un segnale informa il sistema di controllo del robot che l operazione di misura conclusa e che il robot pu rimuovere il componente il componente viene rilasciato per essere rimosso La lunghezza degli alberi pu variare come segue 120 mm Alberi di tipo 1 Shaft 1 140 mm Alberi di tipo 2 Shaft 2 152 mm Alberi di tipo 3 Shaft 3 Naturalmente ci possono essere pezzi difettosi Questi sono etichettati come rottami Scrap In funzione del risultato della misurazione il robot colloca il componente nell apposito contenitore Shaft 1 Shaft 2 Shaft 3 oppure Scrap Il programma del robot dovrebbe iniziare con la verifica di inizio fine produzione Basandoti sulle tue conoscenze con particolare riferimento all esempio nel capitolo 4 2 7 svolgi i seguenti esercizi e Disegna uno schema concettuale della postazione in 2D o 3D e Definisci gli input e gli output necessari e Definisci le procedure operative del robot e Definisci i punti operativi del robot e Disegna un diagramma di flusso per il compito assegnato e Sviluppa un programma per il compito assegnato sintassi ABB Rapid Soluzione e Schema della postazione di lavoro Shafts storage Automatic measuring system 4 Inizio produzione e Input Inizio misura e Output Pai Confermafineproduzione Do2 Gonfermafinemisura
12. PROC Shaft_2 MoveL Measuring_position v100 fine Gripper wobj wobj0 MoveL Offs Measuring_position 0 0 50 v100 fine Gripper wobj wobj0 Grasp_ shaft MoveL Measuring_position v100 fine Gripper wobj wobj0 MoveJ Shaft_2_position v1000 Z20 Gripper wobj wobj0 MoveL Offs Shaft_2_position 0 0 50 v100 fine Gripper wobj wobj0 Release_ shaft MoveL Shaft_2_position v100 fine Gripper wobj wobj0 ENDPROC PROC Shaft_3 MoveL Measuring_position v100 fine Gripper wobj wobj0 MoveL Offs Measuring_position 0 0 50 v100 fine Gripper wobj wobj0 Grasp_ shaft MoveL Measuring_position v100 fine Gripper wobj wobj0 MoveJ Shaft_3_position v1000 z220 Gripper wobj wobj0 MoveL Offs Shaft_3_position 0 0 50 v100 fine Gripper wobj wobj0 Release_ shaft MoveL Shaft_3_position v100 fine Gripper wobj wobj0 ENDPROC PROC Scrap MoveL Measuring_position v100 fine Gripper wobj wobj0 MoveL Offs Measuring_position 0 0 50 v100 fine Gripper wobj wobj0 Grasp_ shaft MoveL Measuring_position v100 fine Gripper wobj wobj0 Moved Scrap_position v1000 z20 Gripper wobj wobj0 MoveL Offs Scrap_position 0 0 50 v100 fine Gripper wobj wobj0 Release_ shaft MoveL Scrap_position v100 fine Gripper wobj wobj0 ENDPROC Routine principale con istruzioni e chiamate alle varie subroutine OC Main IF Di 1 0 THEN Set Do 1 WaitUntil Di 1 1 Reset Do_1 ENDIF Get_a_ shaft Shaft_placement_to_the_measuring_s
13. SSI EST 1 SE as _ SS es cA Ae Fig 3 8 Esempi di componenti a vuoto attivi a Ventosa dotata di aspiratore 1 testa a vuoto 2 elettore D Esempio di controllo dell eiettore della ventosa 1 testa elettore 2 ventosa 3 silenziatore c Schema di componente attivo montato su giunto sferico Un problema molto comune nell impiego di teste a vuoto per la manipolazione di lamiere la separazione delle varie lamiere dopo la presa Questo problema pu essere risolto anche con un movimento in direzione tangenziale durante la manipolazione con questo tipo di movimento la lamiera pi in alto si sfila ogni volta La costruzione delle camere a vuoto di per s semplice Nelle soluzioni pi semplici la camera a vuoto costituita da un anello di gomma che si deforma ad imbuto quando viene stirato da due piastre metalliche L impianto di aspirazione collegato ad un bullone di elezione con un foro passante Le camere a vuoto industriali vulcanizzate sono le migliori per quanto riguarda la tenuta Una testa di presa a vuoto costituita da una o pi camere a vuoto opportunamente posizionate e attrezzate In fig 3 8c mostrato un esempio La parte principale la camera a vuoto 1 che concepita come una tazza di gomma montata sullo snodo a sfera 2 che permette l adattamento alla superficie dell oggetto 4 Componenti di presa speciali Un tipico esempio di componenti speciali di presa sono quelli
14. se il motore in funzione o meno e li segnala all operatore L architettura stabilita per la categoria 1 la stessa della categoria B Anche in un sistema di categoria 1 non vi copertura diagnostica per cui il verificarsi di un guasto pu comportare la perdita della funzione di sicurezza AIS Fig 6 3 Liberazione forzata dei contatti 93 6 4 3 Categoria 2 una categoria con una migliorata struttura dei componenti di sicurezza del sistema di controllo che include una funzione di controllo periodico Questa categoria anche conforme ai requisiti della categoria B e della categoria 1 Il controllo periodico pu essere automatico e deve consentire il funzionamento quando non sono stati rilevati errori generare un segnale di output che avvia una opportuna procedura di controllo quando viene rilevato un errore L output deve innanzitutto avviare la modalit di sicurezza Se ci non possibile si deve almeno dare un segnale di pericolo Il controllo dovrebbe essere eseguito o al momento di avvio della macchina o prima dell inizio di una situazione pericolosa A titolo di esempio questa categoria pu essere definita da uno schema di elaborazione come mostrato in fig 6 4a dove la differenza con le precedenti categorie chiaramente rappresentata dall elemento di test periodico ciclico Come esempio pu servire il circuito di fig 6 4b dove il tasto di avvio assicura una doppia funzione vale a dire la funzio
15. vale a dire del suo sistema di controllo In accordo con la fig 1 4 non esiste un criterio unificato che consenta una rigida distinzione tra manipolatori industriali e robot industriali 2 LA STRUTTURA DEI ROBOT E DEI MANIPOLATORI INDUSTRIALI IR amp M 2 1 STRUTTURA CINEMATICA DEI ROBOT INDUSTRIALI 2 1 1 Sistema di azionamento del robot industriali stazionari Sulla base delle definizioni di robot date nel precedente paragrafo e da una visione generale su questi complessi dispositivi possibile giungere alla conclusione che i robot industriali devono essere intesi come un sottoinsieme dei robot Questi sono rappresentati principalmente da robot mobili la cui movimentazione resa possibile da ruote o cinghie disposte al di sotto del telaio oppure da gambe realizzate in similitudine a quelle di animali o di androidi Nei sistemi robotici mobili il braccio di manipolazione rappresenta un meccanismo che da un punto di vista globale praticamente un sistema di azionamento in s Esso pu essere usato come robot industriale fisso oppure pu essere equipaggiato con meccanismi di locomozione semplici o complessi In termini di caratteristiche costruttive i sistemi di azionamento degli IR amp M possono essere classificati come segue Meccanismo di locomozione Meccanismo di posizionamento Meccanismo di orientamento End effector organo terminale Un punto di riferimento B situato tra il meccanismo di posizio
16. 1 rappresenta un arresto controllato del robot durante il quale gli elementi di controllo del robot sono alimentati fino a raggiungere una condizione di arresto sicura dopo l arresto l alimentazione viene interrotta L attivazione del dispositivo esterno di protezione la rottura del circuito di sicurezza devono comportare l arresto di tutti i movimenti del robot l interruzione dell alimentazione di tutte le unit robot e prevenire altre situazioni pericolose derivanti dal controllo del sistema robotico fino al suo arresto completo L arresto pu essere ordinato manualmente o dalla logica di controllo Domanda Elenca le prescrizioni di sicurezza riguardanti l equipaggiamento elettrico L equipaggiamento elettrico dei robot deve essere progettato e realizzato in ottemperanza ai requisiti della norma IEC 60204 1 Tale norma specifica i requisiti per gli impianti elettrici delle macchine con particolare riguardo per la sicurezza delle persone la reattivit del sistema di controllo e la sua manutenibilit 52 53 54 55 56 57 58 59 60 Domanda Definisci il concetto di danno Il danno una lesione fisica o un problema medico danneggiamento di una propriet o di animali Domanda Definisci il concetto di pericolo Il pericolo una potenziale causa di danno lesione Domanda Definisci il concetto di rischio Il rischio la combinazione della probabilit che si verifich
17. ER E fee oes TEPLICE K i e y F ks A i LI Pal ig ei a A f PIA Be ee ee ee SN L i FEEF dp E KE Ia FiA FE HA i ah ETELE 4 a ee ee eee on he og ty a FIAT ebeh i i A ER 1 ira FI La porta sul retro non assicurata Essa deve essere dotata di un sensore di sicurezza porte 44 45 Domanda Di cosa deve essere ulteriormente dotata la postazione robotizzata in figura per essere conforme alle norme di sicurezza Yi GE AS H H 7 S Pi d Lei e kat Lef AS kk tel A d n ni s AS e Li sf A oe oe bis a Le EY Af A Lei r Lo e vi ki a Nella cella robotizzata non presente alcun pulsante di arresto di sicurezza Ogni possibile accesso deve essere dotato di pulsante di arresto di sicurezza Domanda Elenca le prescrizioni di sicurezza relativamente all Alimentazione Le dotazioni del robot devono prevedere la disconnessione di ciascuno dei suoi alimentatori a rischio es elettrico meccanico idraulico pneumatico potenziale ecc attraverso un interruttore di blocco o qualsiasi altra forma di blocco di sicurezza 46 Domanda Quali sensori di sicurezza possono essere usati per salvaguardare gli accessi agli spazi di lavoro individuali 1 e 2 FE LI La da KR ER d ke d kaf R ELLI ee 8 TORE FIFA EIA FAE d ke PA eb E A n TITLE oe EN P at a Ei ee La prima possibilit quella di utilizzare un comune scanner laser di s
18. Hi H e Ae Fig 2 4 Coppie cinematiche rotoidali con braccio r nelle viste frontali ed in pianta a con angolo di rotazione illimitato b con angolo di rotazione limitato 2 1 3 Robot industriali con cinematica seriale Catene cinematiche di base degli IR amp M meccanismi di posizionamento Tutte le principali strutture cinematiche delle catene cinematiche di base meccanismi di posizionamento dei robot sono strutture con cinematica seriale Ci dovuto all impiego delle suddette coppie cinematiche prismatiche o rotoidali ciascuna avente sempre un grado di libert che traslano o ruotano indipendentemente l una dall altra Il moto risultante ottenuto dalla somma dei moti di tutte le coppie cinematiche Questo principio alla base della cinematica seriale non solo nei sistemi robotici ma anche ad esempio nel settore delle macchine utensili Il meccanismo di posizionamento impiegato per impostare la posizione desiderata del punto di riferimento B Per la sua movimentazione lungo una linea retta o una curva circonferenza sufficiente un solo grado di libert che sia prismatica T o rotazionale R Invece per il posizionamento del punto B su una superficie o su un piano richiesta la combinazione di due coppie cinematiche Solo dopo l aggiunta di una terza coppia cinematica il punto di rifermento in una catena cinematica di base potr muoversi nello spazio in funzione della combinazione di tutte le coppi
19. Le strutture mostrate in Fig 2 6 e progettate nella combinazione TRR sono simili Si tratta di un esempio concreto del fatto che ciascuna delle coppie cinematiche impiegate nella catena cinematica di base pu essere orientata in una delle tre differenti direzioni date dal sistema di assi cartesiani x y Z e cio Traslazione T lungo gli assi X Y Z 11 Rotazione R intorno agli assi A B C Per cui all interno delle rispettive combinazioni sono possibili diverse altre disposizioni per esempio Tx Ty Iz X Y Z a differenza di Tx Tz 1y X Z Y etc In teoria per un numero di gradi di liberta n 3 Ci SONO Wsieor 165 differenti disposizioni di cui solo Wsprakt 13 sono impiegate nella pratica La combinazione e la disposizione delle coppie cinematiche nella catena cinematica di base meccanismo di posizionamento giocano un ruolo cruciale nella valutazione della morfologia di un particolare robot industriale consentendone la classificazione tra i tipi basici o derivati vedi capitolo 2 2 Meccanismo di orientamento vari tipi di robot industriali su introdotti hanno mostrato tra l altro che il meccanismo di posizionamento di qualunque tipo di IR amp M avente tre gradi di libert consente di condurre il punto di riferimento B nella posizione desiderata del volume di lavoro Il meccanismo di orientamento deve essere quindi utilizzato per garantire il corretto orientamento dell oggetto afferrato e manipolato In
20. Praha 1980 3 MATICKA R TALACKO J Mechanismy manipulator a pr myslov ch robot SNTL Praha 1991 4 NODA K Posobije po primen niju promyslennych robotov Mir Moskva Rusko 1975 translated from Japanese 102 MECCATRONICA Modulo 10 Robotica Esercizi concetto Petr Blecha Zden k Kol bal Radek Knofl cek Ales Pochyly Tomas Kubela Radim Blecha Tomas Brezina Universit Tecnica di Brno Cechia Concetto europeo per la Formazione Continua in Meccatronica di personale esperto nella produzione industriale globalizzata Progetto UE no 2005 146319 Minos durata dal 2005 al 2007 Progetto UE no DE 08 LLP LdV TOI 147110 MINOS durata dal 2008 al 2010 Il presente progetto finanziato con il sostegno della Commissione europea L autore il solo responsabile di questa pubblicazione comunicazione e la Commissione declina ogni responsabilit sull uso che potr essere fatto delle informazioni in essa contenute A ge DG Istruzione e cultura Programma di apprendimento permanente www minos mechatronic eu 1 Domanda Descrivi metodi di programmazione dei robot 2 Domanda descrivi e classifica gli elementi di presa 3 Domanda Sulla base del seguente schema specifica il diametro richiesto dall attuatore lineare a fluido che comanda la pinza 4 Domanda Descrivi e fornisci degli schemi per le diverse tipologie di coppie cinematiche utilizzate nella costr
21. alla quale deve essere posta una barriera fisica se la stessa zona pu essere raggiunta attraverso la barriera mediante gli arti inferiori vedi figura L altezza dell infrastruttura di sicurezza di 450mm 40 41 Safe distance La distanza minima di sicurezza pu essere definita in base alla norma CSN EN 811 Per la situazione in figura e con un altezza della barriera che va da 400mm a 600mm la distanza minima di sicurezza di 800 mm Domanda Elenca i requisiti di sicurezza dei componenti destinati alla trasmissione di potenza Tra tali componenti possono essere annoverati ad esempio la trasmissione a giunti cardanici open drive a cinghia ecc rischi potenziali derivanti dall impiego di tali trasmissioni devono essere impediti attraverso opportuni involucri di protezione rigidi o mobili Gli involucri di protezione mobili devono impedire movimenti pericolosi prima che essi possano costituire un pericolo per la sicurezza Domanda Elenca i requisiti di sicurezza della Funzione arresto di emergenza Ogni operazione che implichi l avvio del robot o qualsiasi altra situazione pericolosa deve essere dotata di controllo manuale della funzione di arresto di emergenza che deve lavorare come arresto di categoria 0 o categoria 1 la scelta della categoria di arresto di emergenza dipende dai risultati della valutazione dei rischi essere al di sopra di tutte le altre funzioni e attivit in qualsiasi condizione
22. area protetta Barriere fotoelettriche con una risoluzione di 30 o 50 mm Domanda Qual la massima risoluzione richiesta alle barriere fotoelettriche per prevenire l accesso di persone all interno dell area protetta Barriere fotoelettriche con una risoluzione di 100 mm o maggiore Domanda Qual la distanza minima dalla zona di pericolo alla quale deve essere posta una barriera fisica se la stessa zona pu essere parzialmente raggiunta al di sopra della barriera vedi figura L altezza della barriera di 1000mm e l altezza dello spazio di pericolo di 1000mm 38 39 4 Hazard zone Ge Safe distance La distanza minima di sicurezza pu essere definita in base alla norma EN 294 CSN Se il pericolo derivante dall area di pericolo basso la distanza minima di 1400mm Se il pericolo derivante dall area di pericolo alta la distanza minima di 1500mm Domanda Qual la distanza minima dalla zona di pericolo alla quale deve essere posta una barriera fisica se la stessa zona pu essere parzialmente raggiunta attraverso la barriera vedi figura L altezza della barriera di 1000mm e l altezza della zona di pericolo di 1000mm Safe distance La distanza minima di sicurezza pu essere definita in base alla norma EN 294 CSN Per un foro di accesso che va da 40 a 120 mm la distanza minima di sicurezza di 850 mm Domanda Qual la distanza minima dalla zona di pericolo
23. automobili Fig 1 2 Apprendimento immediato di un robot industriale Humanoid Construction 20 21 robotsP Agricultural Pian player textil and glass cen tury Prof Ichiro Kat pa Industry SES UNIVERSITY of WASEDA Tokyo H Ai P n We ur gt ER Ap ie Rer ar ek ag Ze a BE af Japanese fully x dre ANUC automated Biorobotics Factory prosthetics applications E e The control The control System System NC 50 60 years mal 20 cent n 18 19 1921 K Capek Industrial robot ABB centu ry R U R gt robot rail Rosum s Universal Robots era lt A H Improved the steam engine 15 16 smi Leonardo 1580 GOLEM century F 4 da Vinci Rabbi Jehuda L w ben Medi ese 5 1452 1519 Becael The Prague Old lado a Ska Different drives and Town French copying lathe with AN e if e tread drive froml6 century 1 ex SE j basta Ce ER i propellers Fig 1 3 Schema dello sviluppo di machine e robot industriali Le applicazioni di Biorobotica gestite da sistemi MASTER SLAVE eventualmente con il contributo dell elettromiogratia EMG sono state sviluppate come una sorta di appendice dei sistemi a controllo numerico Comunque lo sviluppo diretto della robotica sta raggiungendo l obiettivo ambizioso di realizzare robot umanoidi in grado di muoversi e camminare ad esempio HONDA Questi dispositivi hanno una notevole somiglianza con il fittizio Golem Inoltre
24. che il robot abbia effettuato una rotazione Quindi in tabella 2 2 solo la prima riga corretta in quanto rappresenta una combinazione tre coppie cinematiche prismatiche TTT La corretta struttura delle catene cinematiche degli IR amp M deve rispettare la tabella 2 3 Le lettere in grassetto evidenziano le differenze costruttive gradualmente meno robuste tra il meccanismo di posizionamento e quello di orientamento 12 Tabella 2 3 Uso corretto delle coppie cinematiche nel meccanismo di orientamento Meccanismo ilMeccansimo di posizionamento e Pertanto possibile concludere che il meccanismo di orientamento degli IR amp M deve solo essere costruito da coppie cinematiche rotazionali Eccezioni possono occorrere solo per particolari esigenze Il meccanismo di orientamento degli IR amp M pu in generale avere un numero qualunque di gradi di libert DOF a cui vanno sommati i gradi di libert del meccanismo di posizionamento per ottenere il numero totale di gradi di libert della catena cinematica di un robot industriale Tuttavia l utilizzo della terza rotazione consente semplicemente di ruotare l oggeto manipolato intorno all asse della catena cinematica il quale solitamente ridondante in particolare quando si manipolano oggetti assialsimmetrici Di conseguenza meccanismi di orientamento dei robot industriali spesso contengono solo due coppie cinematiche rotazionali in modo da annullare la rotazione del mecca
25. che sono normalmente tenute a distanza A causa del peso dell operatore quando il tappeto viene calpestato avviene il contatto tra le piastre 1 e 2 che a sua volta aziona il comando necessario per fermare i movimenti pericolosi Per evitare che l operatore scivoli il piano di contatto superiore di solito provvisto di uno strato protettivo con rivestimento antiscivolo 101 Antiskid coating _ Polyurethan filler Contact plate 1 Isolation spacer ia gen 7 AS mm th Stare Caerano pi LIS a Sini Contact plate 2 KE Basic vat Fig 6 17 Sezione trasversale di un tappeto di sicurezza 6 6 Esempio di protezione di una postazione di lavoro robotizzata La fig 6 18 mostra un esempio di combinazione di elementi di sicurezza in una cella di lavoro robotizzata teach pendent sono posizionati ad ogni ingresso con un dispositivo di arresto di emergenza Lo spazio intorno a ciascuna tavola rotante sorvegliato da una cortina ottica multi raggio e la porta d ingresso tramite una serratura di sicurezza Lo spazio restante circondato da una barriera solida Il secondo spazio protetto su tre lati da una barriera solida mentre l intero spazio interno controllato da uno scanner laser Fig 6 18 Esempio di protezione di una postazione di lavoro robotizzata Bibliografia 1 BELJANIN P N Promyslennyje roboty Masinostrojenie Moskva Rusko 1975 2 HAVE IM Robotika vod do teorie kognitivn ch robot SNTL
26. dei robot mostrata in Fig 2 6 TRR quindi possibile far riferimento ad una struttura derivata della catena cinematica di base di questo robot in virt della connessione delle sue coppie cinematiche In contrasto con l esempio della struttura di robot industriale mostrata nella Fig 2 6 la struttura della catena cinematica di base dei robot industriali del tipo SCARA GEC ROBOTS BODY BOSCH SR 800 non rappresenta la combinazione base RTT Tuttavia in contrasto con la combinazione di base pi diffusa impiegata nei robot industriali di questo tipo la connessione con il volume di lavoro sferico evidente come mostrato in Fig 2 7 work sporco Fig 2 7 Differenti tipologie di robot industriali caratterizzate da differenti disposiozioni delle coppie cinematiche nella combinazione RRT a Rappresentazioni schematica e figurativa del robot industriale UNIMATE CBY DI Rappresentazioni schematica e figurativa del robot industriale SCARA CC Z Comunque impossibile distinguere la struttura della catena cinematica di base CC Z usata nel robot industriale SCARA dalla struttura del tipo CBY nella combinazione RRT ad esempio UNIMATE puramente in virt dell analisi delle combinazioni di coppie cinematiche sebbene entrambi i tipi mostrano grandi differenze La ragione di ci che a causa della diversa disposizione delle coppie cinematiche si ha una trasformazione dal giunto di tipo sferico a quello cilindrico
27. della postazione di lavoro robotizzata L utente deve essere informato sui rischi residui 6 1 Termini e definizioni di base danno infortunio fisico o problema medico danneggiamento di cose o di animali pericolo potenziale causa di danno lesione zona di pericolo qualsiasi spazio interno e o che circonda un robot in cui una persona pu essere esposta a un pericolo evento pericoloso un evento che pu causare un danno infortunio situazione pericolosa circostanze nelle quali una persona sia esposta ad almeno un pericolo rischio combinazione della probabilit che si verifichi un danno incidente e della gravit dello stesso stima del rischio determinazione della probabile gravit di un danno incidente e della probabilit che si verifichi valutazione del rischio valutazione del raggiungimento di determinati obiettivi relativi alla riduzione del rischio effettuata sulla base di un analisi dei rischi accertamento dei rischi un processo che comprende l analisi e la valutazione dei rischi rischio residuo persistenti condizioni di rischio dopo che le misure di protezione sono state adottate misura di protezione una misura adottata al fine di ridurre il rischio destinazione d uso di un robot uso di un robot in conformit alle indicazioni riportate nelle istruzioni per l uso uso improprio ragionevolmente prevedibile uso di un robot in un modo non previsto dal costruttore che pu tuttavia risulta
28. di Stewart controllata da 3 pistoni di lunghezza variabile in forma di giunti rotanti il telaio di supporto del TRICEPT HP 1 consiste di una colonna dotata di base fissa All estremit superiore della colonna agganciato un braccio guida a forma di U al quale sono agganciate i tre bracci verticali unit ad attuazione lineare prismatica 16 consueto meccanismo di posizionamento costituito una sequenza di coppie cinematica e attuatori in serie dunque sostituito da un sistema di pistoni che nell estremit inferiore sono agganciati alla piattafoma di Stewart giunti si trovano in corrispondenza dei vertici del triangolo equilatero al centro del quale posizionato il punto di riferimento Br che il punto al quale si connette il meccanismo di orientamento del robot Tale meccanismo governato da un sistema di ingranaggi alloggiati nel cilindro verticale situato al centro dei tre attuatori cfr fig 2 11b Nonostante dal punto di vista morfologico il dispositivo possa essere classificato come ibrido cfr schema in fig 2 11a il suo meccanismo di posizionamento a tutti gli effetti puramente parallelo PORA RSA i ore 22 Lies 9 i Serial kinematic Hybrid kinematic Parallel kinematic N Planar AN d Linear actuators Cartesian Dyna M amp Octahedral Sliding fram Hexapod BAZ Variax 6X Hexa Tornado 2000 Hexact pe Rigid rods Three dimensional with const length Tricept HexaM
29. di moto l origine della terna utensile TCP si muove nel minor tempo possibile tra due punti P1 e P2 ed in generale il percorso di lunghezza minore non e necessariamente quello pi breve Inoltre il robot non segue un percorso rettilineo in quanto essendo i giunti del robot rotoidali il moto lungo una percorso curvilineo richiede un tempo minore rispetto a quello lungo una traiettoria rettilinea Inoltre necessario sottolineare che dopo che l operatore ha salvato le coordinate di due punti assegnati ed ha definito Il moto generico tra di essi la traiettoria risultante non nota in anticipo Questo tipo di moto utilizzato per un rapido spostamento nello spazio e in generale laddove non vi sono rischi di collisione Questo tipo di moto definito dalla KUKA moto punto punto PTP motion point to point mentre ABB utilizza il comando Moved joint move e Percorso rettilineo fig 5 11 Fig 5 11 Percorso rettilineo L origine della terna utensile TCP si muove lungo un tratto lineare che connette i due punti assegnati P1 e P2 ad una velocit costante mm s La relativa istruzione nell ambiente di programmazione fornito da KUKA KUKA LIN LIN motion invece ABB utilizza l istruzione MoveL Linear move e Moto circolare fig 5 12 END Fig 5 12 Moto circolare 74 Ll origine della terna utensile TCP si muove a velocit costante mm s lungo una traiettoria circolare da un punto iniziale P start ad un p
30. di sicurezza I requisiti per il posizionamento di questo dispositivo di protezione sono specificati nella norma EN 999 Con l aiuto di una barriera di sicurezza un recinto di luce viene creato intorno alla zona pericolosa per controllare l ingresso nello spazio Barriere fotoelettriche di sicurezza consentono l ingresso libero nello spazio salvaguardato ma quando il raggio viene interrotto i Movimenti pericolosi devono essere fermati Sono installati ad una cosiddetta distanza di sicurezza S che la distanza minima dal campo di rilevamento della barriera fotoelettrica alla zona di pericolo S KxT C Dove K velocit di avvicinamento del corpo dell operatore parte del corpo Per il corpo dell operatore si applica K 1600mm s T tempo necessario per fermare movimenti pericolosi C la distanza complementare rispetto all intrusione in direzione della zona di pericolo senza interruzione del raggio della barriera Per un braccio teso si applica C 850 millimetri Questa grandezza fa s che la zona di pericolo non pu essere raggiunta attraverso raggi della barriera Se il numero di raggi di luce emessi inferiore a sei generalmente si parla di cosiddette barre ottiche di sicurezza fig 6 8 97 Fig 6 8 Barriera fotoelettrica di sicurezza SICK Le barre di sicurezza con un unico fascio trasmesso rappresentano un caso estremo A causa della loro semplicit e del basso prezzo sono spesso utiliz
31. dimensioni nel suddetto diagramma mediante un piano individuato dalle propriet fisiche e dal livello di intelletto Solo la connessione o meglio la permeazione delle due tipologie di macchine su descritte pu dar luogo ad un manipolatore industriale un robot che nello schema di fig 1 4 presenta una estensione tridimensionale simile a quella dell uomo Lo studio della robotica naturalmente comporta la ricerca di una definizione appropriata sia dei manipolatori sia degli stessi robot Le definizioni di robot che si trovano nella letteratura mondiale sono ben lungi dall essere concordi Alcune di esse utilizzano come fattore discriminante il numero di gradi di libert del dispositivo ad esempio Il robot un dispositivo con pi di tre gradi di libert dispositivi con numero di gradi di libert inferiore a tre vengono chiamati manipolatori Oppure Il robot industriale un dispositivo di manipolazione automatica liberamente programmabile secondo tre assi di trasporto dotato di pinze ed altri strumenti tecnologici progettato per uso industriale Queste definizioni danno prova della mancanza di comprensione della filosofia di base dei robot Tuttavia l ultima definizione menzionata solleva un altra questione ossia se un robot e un robot industriale sono dispositivi identici L attributo industriale suggerisce esso stesso cosa si intende nell ultima parte della definizione che un robot industriale un particolare tipo d
32. ed una pulsantiera collocata al di sotto del display In genarale l operatore necessita di entrambe le mani per utilizzare il dispositivo in maniera corretta Fig 5 2 Esempi di teach pendant a configurazione verticale dalla destra Motoman Reis Kawasaki Fanuc e Configurazione orizzontale fig 5 3 and fig 5 4 Contrariamente alla precedente questa tipologia caratterizzata da una larghezza maggiore dell altezza ed un display pi ampio La forma del dispoditivo tale da consentire 68 all operatore di tenerla con una sola mano generalmente la sinistra Teach pendant di questo tipo integrano in genere dispositivi di input per il controllo manuale del moto del robot che pu essere un joystick a 3 gradi di libert oppure uno space mouse a 6 gradi di libert Questi dispositivi sono in genere controllati dalla mano destra che libera E Fig 5 3 Esempi di teach pendant a configurazione orizzontale ABB dalla sinistra un vecchio modello di teach pendant per il sistema di controllo S4C Plus un teach pendant di nuova generazione per ABB IRC5 il cos detto flex pendant O 3 oO va JW Ve doo Fig 5 4 Esempi di teach pendant KUKA dalla sinistra la tipologia attuale prototipo di un teach pendant wireless con touch screen ed Interfaccia vocale 69 5 2 2 6 DOF industrial robot Per il controllo del moto del robot nella modalit manuale on line l operatore ha due opzioni
33. ll secondo metodo basato sulla ricostruzione virtuale in 3D della cella di lavoro robotizzata utilizzando software dedicati con cui possibile definire i movimenti e il percorso del robot e poi esportare i dati nel linguaggio di programmazione proprio del robot da utilizzare ad es KRL RAPID Attualmente si sta cercando di combinare i due metodi di programmazione al fine di usufruire dei loro rispettivi vantaggi Questo capitolo tratter in particolare il metodo on line Uno dei pi interessanti e recenti filoni di ricerca riguarda lo sviluppo di tecniche di programmazione interattiva dei robot industriali Si tratta di una tecnica basata sulla interazione o cooperazione tra il robot e l operatore che non verr analizzata in queste note Ulteriori informazioni sono reperibili sul sito www smerobot org 5 2 Programmazione on line Questo metodo che riveste ancora un ruolo fondamentale nella programmazione dei robot industriali come gi detto del tipo ad insegnamento diretto teaching by showing L operatore programma il robot guidandolo letteralmente lungo il percorso di moto desiderato generalmente mediante un teach pendant dati relativi al movimento vengono prima prelevati dai trasduttori di posizione posti ai giunti del manipolatore quindi vengono registrati ed infine vengono utilizzati come riferimenti per il moto Sovente l operazione di programmazione viene eseguita direttamente nella postazione in cui i
34. manipolazione Inoltre essi spesso migliorano anche l accuratezza nel posizionamento dell oggetto 8 10 11 Domanda Quali sono le soluzioni costruttive e la relativa classificazione dei dispositivi terminali Peripheral Devices PD Le soluzioni costruttive dei dispositivi periferici sono sempre legate alla particolare RTW e possono essere classificati secondo diversi aspetti e cio la funzione che devono svolgere le caratteristiche costruttive il loro posizionamento all interno della cella robotizzata Domanda Quali caratteristiche funzionali devono avere i dispositivi terminali Peripheral Devices PD Le funzioni dei dispositivi periferici possono essere classificati In tre gruppi principali a La periferica muove l oggetto cambiando la posizione del suo centro di massa lasciando inalterato il suo orientamento nello spazio b La periferica cambia l orientamento dell oggetto ruotandolo intorno ad un asse passante per il centro di massa ma non ne cambia la posizione La periferica cambia sia l orientamento sia la posizione del centro di massa dell oggetto Domanda Come possono essere classificati i dispositivi terminali Peripheral Devices PD in relazione alle loro caratteristiche costruttive di base In base alle loro caratteristiche costruttive i dispositivi periferici possono essere classificati in nastri trasportatori piani rotanti e composti dispositivi di sollevamento e trasporto trasporta
35. movimenti relativi tra i componenti o ancora testando direttamente le funzionalit del prodotto Per dare alla cella la massima flessibilit si utilizzano dispositivi che consentono di cambiare utensile alla punta del robot automaticamente in base alle diverse lavorazioni da eseguire 66 5 Ambiente di programmazione 5 1 Introduzione In questo capitolo verranno analizzate le principali problematiche connesse all utilizzo di robot industriali in particolare la programmazione e la pianificazione del moto per l esecuzione di applicazioni semplici ad es operazioni di pallettizzazione Poich esistono numerose tipologie di robot industriali classificabili secondo diversi criteri si far riferimento per fissare le idee ad un robot antropomorfo a 6 DOF che tra i pi utilizzati nell industria Inoltre ciascun produttore di robot KUKA ABB FANUC MOTOMAN PANASONIC REIS COMAU Mitsubishi etc sviluppa uno specifico linguaggio di programmazione che differisce dagli altri per diversi aspetti tra cui la sintassi e questo rende impossibile trattare l argomento in maniera generale Negli esempi proposti nel seguito si far riferimento ai due principali produttori di robot KUKA e ABB e ai rispettivi linguaggi di programmazione da essi sviluppati KRL e RAPID robot industriali possono essere programmati in linea metodo on line e fuori linea metodo off line Il primo metodo del tipo ad insegnamento diretto teaching by showing
36. oggetto afferrato Le forze di attrito dipendono le forze normali alle pinze e il loro calcolo analogo al calcolo della resistenza delle pinze gi menzionate Per esercitare la forza di presa necessaria il motore deve generare una forza motrice o una coppia in dipendenza della tipologia di trasmissione utilizzata Per il calcolo del diametro del motore lineare a fluido pneumatico o idraulico applicato alla pinza con la meccanica in fig 3 16 possibile partire dalla determinazione della forza motrice Fv che data da Dove D il diametro del motore ad alta potenza n il rendimento del motore a fluido Al rapporto fra forza motrice F e forza di presa F si applica la seguente formula dove y langolo di trasmissione ni il rendimento della trasmissione fra il pistone del motore e le ganasce Nel caso di grippers con teste a vuoto passive ventose in fig 3 17 tali forze dipendono dalle dimensioni delle effettive superfici di contatto oggetto ventosa e dalla forma e dalla rigidezza e variabile da 0 6 0 8 delle ventose 38 Fig 3 17 Ventosa La risultante della forza di presa normale scambiata attraverso il baricentro della superficie di contatto data da 2 Fg Al SE EEN 2 17 hi 4 V 0 dove Dp il diametro della ventosa indeformata mentre il rapporto fra i volumi interni V Vo in genere varia da 0 2 a 0 5 La forza di presa normale E esercitata dal vuoto Ap dipende dalla quali
37. per la manipolazione ed il riscaldamento dell oggetto 35 In fig 3 13b mostrato un altro esempio di testa combinata finalizzata alla manipolazione ed al trattamento termico di pezzi o pi precisamente per la formatura a caldo La testa concettualmente concepita come una pinza braccio di presa 3 connettore ganascia 2 componente di presa ganascia 1 dotata allo stesso tempo di una testa tecnologica ganascia 1 destinata al riscaldamento della superficie dell oggetto manipolato oggetto 5 La geometria delle ganasce 1 dipende dalla forma e dalle dimensioni dell oggetto manipolato 5 ed intercambiabile La ganascia fatta di un materiale elettricamente conduttivo mentre la sua sezione dimensionata in base alla corrente e alla forza di presa richieste L end effector dotato di un sistema di raffreddamento raffreddamento 4 La sua meccanica elettricamente e termicamente isolata 3 3 2 Teste speciali Le teste speciali svolgono funzioni che non possono essere annoverate nelle categorie precedenti Sono particolarmente utilizzate per speciali applicazioni robotiche o pi precisamente per la robotica di servizio Dotare questi end effetcors di opportuni sensori scanner rilevatori un prerequisito per sviluppare l adattabilit dei robot e dei sistemi robotici Power sensor gripper sensors Fig 3 14 Teste speciali a End effector speciali per applicazioni sottomarine 1 molle in leghe a memor
38. pu essere completato da un eiettore che spinge la parte fuori dalla sua morsa Ad esempio si pu usare un cilindro pneumatico ecc collari di presa grippers sono utilizzabili per parti piccole e leggere con superfici liscie In fig 3 2b mostrato un esempio di testa con una coppia di ganasce mobili rotanti tenute insieme da una molla Il principio di presa e rilascio simile a quello dei collari di presa Affinch la superficie della parte non sia danneggiata durante l avvicinamento vi sono delle rotelline alle estremit delle pinze Il rilascio della parte pu essere ottenuto azionando una leva collegata ad una ruota che apre le pinze sotto l azione della forza F 2 Componenti di presa magnetiche passive Si tratta di componenti di presa a magneti permanenti Sono utilizzati per la manipolazione di oggetti ferromagnetici leggeri e di piccole dimensioni Ad esempio per stampati di metallo anelli cuscinetti ecc Il loro grande vantaggio sta soprattutto nella semplice costruzione generalmente un sistema di magneti permanenti Il numero e la posizione dei magneti vengono scelti in base alla forma dell oggetto e alla forza di presa necessaria Uno svantaggio di questo sistema la necessit di meccanismi aggiuntivi per la separazione degli oggetti afferrati dalle pinze Nei casi pi semplici il rilascio si ottiene con l allontanamento dell oggetto dal gripper grazie al movimento tangenziale del braccio del robot mentre l oggetto
39. sono l ABB RobotStudio hittp www abb com ed il Kuka Sim www kuka com 83 Il secondo gruppo rappresenta una soluzione universale che presenta il vantaggio di esportare il programma in diversi linguaggi di programmazione e di creare se necessario modelli di robot personalizzati oltre ai diversi modelli CAD disponibili nella librerie In questo modo uno pu scegliere facilmente il robot che meglio si adatta alle proprie necessit quando si progetta una cella robotica Uno svantaggio di questi sistemi consiste in una minore accuratezza nel calcolo dei cicli di lavoro inoltre anche la traiettoria simulata pu mostrare piccole deviazioni se paragonata alla traiettoria realmente seguita dal robot specialmente nell esecuzione di moti generici Comunque visto che la traiettoria tipica di un robot costituita da tratti lineari e circolari una piccola deviazione pu essere trascurabile rispetto al moto complessivo Questa piccola deviazione spesso imputabile ai diversi algoritmi per il calcolo della cinematica inversa in alcuni casi anche della dinamica costruttori di robot infatti sono riluttanti a fornire i loro algoritmi a terze parti Sistemi di questo tipo sono ad esempio EASY ROB http www easy rob de RobotWorks http www robotworks eu com Workspace5 www workspace5 com eM Workplace Robcad http www robcad de DELMIA www delmia com Fig 5 25 Esempio di simulazione di una postazione per applicazion
40. stazioni di lavoro con la postazione di assemblaggio Fig 3 36 Trasportatore continuo di ingresso uscita in postazioni di lavoro robotizzate Descrizione del layout interno della postazione di lavoro tecnologica robotizzata RTW in figura i robot di tipo TRIPOD sta eseguendo la manipolazione in atmosfera controllata foto a sinistra e l impilamento di oggetti su un pallet EURO foto a destra 50 Fig 3 37 Trasportatori di ingresso e uscita per l impilamento di pezzi e l estrazione di stampati di plastica Descrizione del layout interno delle postazioni di lavoro tecnologiche robotizzate RTW in figura la PD sta eseguendo la manipolazione di componenti rimuovendole dall alimentatore che svolge anche la funzione di nastro trasportatore ed il loro impilamento in scatole trasportate da un nastro trasportatore foto a sinistra mentre il IR sta eseguendo lo scarico dei pezzi stampati paraurti e la loro manipolazione in uscita della linea di stampaggio a iniezione foto a destra Fig 3 38 Illustrazione di un ambiente di lavoro robotizzato pi complesso con i dispositivi periferici per la lavorazione tecnologica di metalli tavole di trasporto alimentatori in Ingresso e uscita Descrizione del layout interno della postazione di lavoro tecnologica robotizzata RTW in figura PR serve alla manipolazione operativa e interoperativa di semilavorati e prodotti finiti provenienti dalla linea di stampaggio in un industria automobil
41. strumenti di manipolazione ausiliari o meccanismi interoperazionali il cui scopo semplificare la movimentazione degli elementi oggetto della robotizzazione ad esempio un pezzo una fusione un elemento saldato una parte ecc all interno dello spazio di lavoro di robot industriali stazionari IR o di un manipolatore M Domanda Che funzione svolgono i dispositivi terminali Peripheral Devices PD I dispositivi periferici PD effettuano le movimentazioni necessarie fra le singole lavorazioni all interno della cella di lavoro robotizzata Robotized Workplace RW che non possono essere svolte n dal robot n dal manipolatore Inoltre essi assicurano anche il flusso di pezzi necessario ed il loro corretto orientamento nello spazio In altre parole i PD assicurano il trasporto e la conservazione degli oggetti ne semplificano la manipolazione ecc PD rendono la programmazione del sistema operativo di una RW molto meno difficile e inoltre consentono l utilizzo di Manipolatori e Robot industriali dotati di un minor numero di gradi di libert o caratteristiche tecniche meno complesse Domanda Quali sono i vantaggi nell uso di dispositivi terminali Peripheral Devices PD in una postazione tecnologica robotizzata Robotized Technological Workplace RTW La cooperazione di un manipolatore o di un robot industriale con i dispositivi periferici velocizza il processo di manipolazione diminuendo i tempi necessari per la stessa
42. termini pratici il meccanismo di orientamento non incide sostanzialmente sull architettura del robot essendo questa largamente determinata dal meccanismo di posizionamento Il meccanismo di orientamento ha una funzione solo complementare assicurando che venga raggiunta non solo la corretta posizione dell oggetto ma anche il giusto orientamento Quindi in teoria la struttura della catena cinematica degli IR amp M dovrebbe presentare per le combinazioni di base delle coppie cinematiche le caratteristiche mostrate in tabella 2 2 Tabella 2 2 Uso scorretto delle coppie cimmematiche nel meccanismo di orientamento Meccanismo di Meccanismo di Valutazione posizionamento orientamento TTT Sebbene in generale la posizione di un corpo Nello spazio determinate da sei gradi di libert di cui tre prismatiche e tre rotazionali impossibile utilizzare sempre queste combinazioni per la manipolazione Se le coppie cinematiche prismatiche sono impiegate nel meccanismo di posizionamento allora per ottenere un desiderato orientamento le coppie rotazionali devono essere utilizzate nel meccanismo di orientamento Tuttavia se le coppie cinematiche rotazionali sono impiegate nel meccanismo di posizionamento allora il meccanismo di orientamento come parte della catena cinematica di un robot industriale deve anch esso contenere coppie cinematiche rotazionali consentendo al robot di ri orientare l oggetto nella direzione corretta una volta
43. unico di programmazione pannello sia impedita la sua attivazione o la modifica del controllo locale selezionato da qualsiasi altra fonte ad esempio un secondo pannello Domanda Elenca le prescrizioni di sicurezza riguardanti le interruzioni o le fluttuazioni dell alimentazione Robot ed end effectors devono essere progettati e realizzati in modo da impedire che eventuali interruzioni o variazioni dell alimentazione elettrica idraulica pneumatica possano causare pericolo Per la manipolazione di oggetti devono essere sfruttati principi meccanici indipendenti dall alimentazione ad esempio elementi elastici e se possibile l energia deve essere impiegata solo in fase di rilascio dell oggetto manipolato Qualora ci non sia possibile il verificarsi di eventuali situazioni di pericolo deve essere evitato con altri mezzi di sicurezza blocco idraulico accumulatori di energia ecc Il ripristino dell alimentazione non deve mai portare ad un movimento automatico di un robot o del suo end effector Domanda Elenca le prescrizioni riguardanti l arresto di sicurezza Il robot deve avere almeno un circuito di interruzione di sicurezza arresto di categoria 001 cheassicuri il collegamento con dispositivi di protezione esterna dove Arresto di categoria 0 comporta l immediata interruzione della fornitura di energia necessaria per il controllo della struttura del robot il cosiddetto arresto incontrollato Arresto di categoria
44. 2 Schema del sistema di controllo di un robot KUKA fonte KUKA Industrial Robots Un ulteriore elemento indispensabile l organo terminale end effector collocato all estremit libera del manipolatore che funge da utensile per le lavorazioni da eseguire manipolazione saldatura e cos via 53 Tale organo terminale pu essere una pinza un cannello da saldatura una pistola per incollaggio una mola o anche una fresa Vi una grande variet di organi terminali disponibili e di nuovi tipi ne vengono continuamente prodotti per una trattazione pi dettagliata si veda Il capitolo 3 Il principale vantaggio legato all utilizzo delle celle robotizzate senz altro la possibilit di eseguire lavorazioni in serie anche su elevati volumi di produzione con un elevato grado di affidabilit Di conseguenza il trasposto di materiale dovrebbe essere quanto pi regolare possibile Questo assicurato da diversi tipi di sistemi di alimentazione e g nastri trasportatori Questo argomento affrontato nella sezione 3 4 in maniera pi dettagliata Ci sono postazioni comunque in cui il volume di materiale su cui il robot deve operare non particolarmente elevato e il singlolo prodotto o semilavorato fornito al robot da un operatore Queste celle in genere sono attrezzate con piattaforme girevoli o aree di consegna del materiale messe in sicurezza mediante l utilizzo di sensori di contatto che verificano la chiusura apertura de
45. Automa meccanico di Hosokawa Il grande artista ed inventore Leonardo da Vinci 1452 1519 ha un grande rilievo nella storia dell automazione Per accogliere il re Ludovico XII a Milano Egli costru un leone meccanico che si avvicin al trono del re e lo salut alzando una zampa Costruzioni meccaniche di esseri umani artificiali maggiormente significative furono realizzate nel 18 secolo e sono relative alla bior obotica Nel 1738 l ingegnere meccanico francese Jacques de Vaucanson costru un robot flautista in grado di suonare 12 pezzi musicali Il robot produceva suoni soffiando aria attraverso la bocca nell apertura principale del flauto e cambiava toni posizionando le dita sulle altre aperture dello strumento Nel 1772 Jacquet Droz costru un automa a forma di bambino vedi fig 1 1b comandato mediante camme e guidato mediante molle che era in grado di scrivere porzioni di testo usando una penna reale Nel 1796 un altro automa ben noto il ragazzo che porta il t vedi fig 1 1c fu realizzato dal giapponese Hosokawa Studi sui fenomeni fisici ed ulteriori sviluppi tecnologici fornirono ai costruttori di automi mezzi maggiormente efficienti L avanzamento delle conoscenze nel campo dell acustica consenti la costruzione di meccanismi in grado di emettere semplici suoni per esempio strumenti musicali automatici e statuette parlanti Nel periodo successivo alla seconda guerra mondiale in tutte le migliori esposizioni tec
46. ISPOSITIVI PERIFERICI PER IR amp M 3 4 1 Introduzione classificazione finalit dispositivi periferici PD per gli IR amp M chiamati anche sistemi di manipolazione ausiliari o meccanismi interoperazionali sono finalizzati a semplificare la movimentazione degli elementi oggetto della robotizzazione ad esempio un pezzo una fusione un elemento saldato una parte ecc all interno dello spazio di lavoro di robot industriali stazionari IR o di un manipolatore M dispositivi periferici PD effettuano le movimentazioni necessarie fra le singole lavorazioni all interno della cella di lavoro robotizzata RW che non possono essere svolte n dal robot n dal manipolatore Inoltre essi assicurano anche il flusso di pezzi necessario o il loro corretto orientamento nello spazio In altre parole i PD assicurano il trasporto e la conservazione degli oggetti ne semplificano la manipolazione ecc PD rendono la programmazione del sistema operativo di una RW molto meno difficile e inoltre consentono l utilizzo di Manipolatori e Robot industriali dotati di un minor numero di gradi di libert o di caratteristiche tecniche meno complesse La cooperazione di un manipolatore o un robot industriale con i dispositivi periferici velocizza il processo di manipolazione diminuendo i tempi necessari per la manipolazione Inoltre essi spesso migliorano anche l accuratezza nel posizionamento dell oggetto La maggiore accuratezza pu essere ottenuta p
47. In questo caso la postazione deve essere equipaggiata con una pistola un alimentatore automatico di collante ed una centralina termica Quest ultima permette di mantenere la pistola ad una temperatura tale da evitare l essiccazione del collante in caso di preriodi di inattivit prolungata del robot che potrebbero verificarsi ad esempio in caso di alimentazione irregolare dei semilavorati Proprio come per le celle per verniciatura spesso si utilizza un robot ausiliario Spesso per l incollaggio di materie plastiche si opera un preriscaldamento delle superfici del componente mediante una torcia al plasma Fig 4 21 Incollaggio operato mediante un robot KUKA fonte Blumenbecker Prag S r 0 Per il corretto funzionamento della postazione necessario dotare la cella di un adeguato sistema di alimentazione ad es nastro trasportatore si veda il paragrafo 3 4 e di sistemi di visione moderni sistemi di visione consentono infatti di verificare la forma dei componenti il corretto assemblaggio del complessivo nonch l individuazione della posizione dei componenti nastro trasportatore e il loro assemblaggio anche se la disposizione di questi sul nastro trasportatore non corretta Per verificare il corretto assemblaggio del complessivo si pu operare in diversi modi verificando ad esempio la forza o il momento esercitata tra i componenti all atto del montaggio oppure verificando la presenza di giochi che consentono piccoli
48. KUKA f e lo svedese ABB 9 ba Lo schema CZY CZX nella combinazione RTT privo di moto verticale per l organo terminale interessante il VERSATRAN 500 Fig 2 19a E il tipo pi diffuso si veda ad esempio il robot BEROE in Fig 2 1b e Fig 2 19b con alcune modifiche nell estensione orizzontale Il volume di lavoro costituito dal tronco di cilindro mostrato in Fig 2 5b ca Il tipico schema CBX CAY nella combinazione RRT realizzato dal robor UNIMATE USA Il volume di lavoro una porzione di sfera come in Fig 2 5c 19 Fig 2 19 Schemi di robot industriali a VERSATRAN 500 GB b BEROE RB 321 BG c UNIMATE 2000 USA da Alcuni dei robot industriali realizzati dalle pi note aziende di robot come ABB ASEA S KUKA REIS D FANUC J e altre sono concepiti secondo lo schema CAA CBB La maggior parte di essi programmato da istruzioni mediate il norvegese TRALLFA ora ABB o il giapponese MITSUBISHI programmato da istruzioni dirette Fig 1 2 Fig 2 20 Schema e design dello svedese ASEA 6 a b il tedesco KUKA KR 125 e il norvegese TRALLFA d oggi divenuto ABB S 2 2 2 Tipologie di robot industriali derivate Tipologie derivate da combinazioni di differenti schemi KP Le pi importanti tipologie derivate sono quelle ottenute da combinazioni TTT XZY e ZXY robot a parete in combinazione RTT CYZ e il tipo SCARA CC Z nella combinazione RRT Con riferimento alla combinazione
49. La fig 1 3 illustra lo sviluppo storico della produzione di macchine industriali e di robot Sebbene lo sviluppo storico delle macchine industriali sia cominciato molto prima qui viene individuato tra il XV ed il XVI secolo In questo periodo possibile riconoscere il vero e proprio sviluppo delle macchine industriali considerando anche il loro graduale miglioramento e la meccanizzazione cos come lo sviluppo da parte di Golem di una concezione maggiormente articolata di un essere artificiale rispetto ai robot concepiti da 2 Capek nell opera R U R Il filo comune a questi due differenti sviluppi pu essere individuato nell invenzione delle macchine a controllo numerico NC verso la met del XX secolo Le macchine industriali a controllo numerico insieme con i manipolatori anch essi dotati di controllo numerico i robot industriali cominciarono a far si che l idea della produzione automatica potesse diventare realt Era il 1961 quando la societ americana AMF American Machine and Foundry Corporation introdusse sul mercato una macchina automatica polivalente con il nome di VERSATRAN Industrial Robot VERSAtile TRANsfer che era in grado di svolgere le funzioni di un uomo in una linea di produzione sebbene non avesse alcuna somiglianza con l uomo e che rappresentava il punto di inizio di futuri sviluppi mai ipotizzati prima La simbiosi tra i robot industriali e le macchine di produzione a controllo numerico tra i
50. Qual la distanza minima dalla zona di pericolo alla quale deve essere posta una barriera fisica se la stessa zona pu essere parzialmente raggiunta attraverso la barriera vedi figura L altezza della barriera di 1000mm e l altezza della zona di pericolo di 1000mm Safe 39 Domanda Qual la distanza minima dalla zona di pericolo alla quale deve essere posta una barriera fisica se la stessa zona pu essere raggiunta attraverso la barriera mediante gli arti inferiori vedi figura L altezza dell infrastruttura di sicurezza di 450mm Safe distance 40 Domanda Elenca i requisiti di sicurezza dei componenti destinati alla trasmissione di potenza 41 Domanda Elenca i requisiti di sicurezza della Funzione arresto di emergenza Domanda La postazione robotizzata mostrata in figura adeguatamente protetta In caso contrario quali cambiamenti dovrebbero essere posti in essere per garantire la massima protezione 43 ra reati e L a Pie mee ET YEE eT T T l at d AS el all ala UR SEENEN ENENEVRRNE FFP PSSST PPP PEP EE L a F PPIE A TATTOO SE E ES RSR pp RE EE RER RN Terr rrr rrr Pee ee ee ee dd edd agg ad KA dd KA AAA d A AA LT eh lll Ke gegen A AE ON NK NEEN Ce ee KKK LILLE LIL RI CA a LLLE EE ENT e m I I bb vm Le Fe Feb pepe Domanda Di cosa deve essere ulteriormente dotata la postazione robotizzata in figura per essere conforme alle no
51. Signal Sg Periodical processing testing 29 Domanda Se una postazione robotizzata messa in sicurezza per mezzo di barriere fisiche e di un numero sufficiente di sensori di sicurezza per tutti possibili ingressi essa deve essere comunque dotata di un pulsante di arresto di sicurezza 30 Domanda A che distanza di sicurezza S dall area di pericolo deve essere posizionata una barriera fotoelettrica se il tempo necessario per arrestare i movimenti pericolosi T 0 5s 31 Domanda Che colore deve essere usato per il pulsante di arresto di emergenza e per il suo sfondo 34 Domanda Qual la massima risoluzione richiesta alle barriere fotoelettriche per prevenire l intrusione delle dita dell operatore all interno dell area protetta 35 Domanda Qual la massima risoluzione richiesta alle barriere fotoelettriche per prevenire l intrusione delle mani dell operatore all interno dell area protetta 36 Domanda Qual la massima risoluzione richiesta alle barriere fotoelettriche per prevenire l accesso di persone all interno dell area protetta 37 Domanda Qual la distanza minima dalla zona di pericolo alla quale deve essere posta una barriera fisica se la stessa zona pu essere parzialmente raggiunta al di sopra della barriera vedi figura L altezza della barriera di 1000mm e l altezza dello spazio di pericolo di 1000mm 4 Hazard zone SILLILIZZZ Safe distance 38 Domanda
52. TTT dei tre schemi analizzati fra i quali lo schema XYZ specialmente nella versione a portale pu essere considerato il fondamentale gli altri due XZY e ZXY rappresentano schemi derivati ab Lo schema XZY TTT a differenza dello schema di base dotato di moto verticale lungo l asse z al centro della catena cinematica Da ci nasce la necessit di dimensionare correttamente gli attuatori lungo tale asse Questo ci che comunemente accade anche per la tipologia di base VERSATRAN nella combinazione RTT fig 2 19a e questo tipo di robot si presenta spesso anche in combinazione TTT E il caso del robot ROBOLANG 50 dell azienda francese LANGUEPIN in fig 2 21a 20 bb Lo schema ZXY TTT si caratterizza per avere un asse verticale proprio come primo elemento della catena cinematica lungo l asse z e dunque in tale direzione si hanno maggiori problemi di dimensionamento per gli attuatori Tale schema sembrerebbe insolito ma nonostante ci viene utilizzato in alcuni casi Un esempio il LIMAT 2000 dell azienda austriaca IGM fig 2 21b c Fig 2 21 Schema e design di robot industriali a LANGUEPIN ROBOLANG 50 F e IGM LIMAT 2000 A b c cb Lo schema CYZ RIT caratterizzato da un overhang O Analogamente alle tipologie di base in combinazione TTT dotato di movimento verticale lungo l asse z alla fine della catena cinematica al contrario del VERSATRAN in combinazione RTT Dal punto di vista pratico que
53. a 17 Domanda Quali sono gli elementi pi importanti di una postazione robotizzata per la saldatura ad arco Elementi di base 18 Domanda Quali sono gli elementi indispensabili di una postazione robotizzata per la saldatura a punti 19 Domanda Quale tipologia di robot industriale pi spesso utilizzata per semplici operazioni di manipolazione come la pallettizzazione Descrivi la sua struttura e spiega la sua Importanza 21 Domanda Descrivi l attrezzatura necessaria per i robot industriali usati per la verniciatura 22 Domanda Descrivi le tipologie di postazioni di verniciatura in termini di tecnologia impiegata 23 Domanda Descrivi una postazione robotizzata progettata per la verniciatura eee 4 3 68662686896 24 Domanda Descrivi le postazioni progettate per operazioni tecnologiche come lo stampaggio ed il taglio Postazioni di stampaggio EE 26 Compito di manipolazione e misura Compito Un robot industriale afferra continuamente componenti alberi dal deposito alberi e li colloca in un sistema automatico di misura in cui viene determinata la lunghezza degli stessi Il robot invia al sistema di controllo della stazione di misura un segnale di avvio misurazione al tempo stesso questo segnale indica il corretto posizionamento del componente nel sistema di misura La procedura di misurazione richiede circa 2s A questo punto un segnale informa il sistema di controllo del robot c
54. ady IF Di1 1 THEN If the signal Is activated in position 1 Get From Posi Get and grasp the component in position 1 ELSE Get From Pos Get and grasp the component in position 2 ENDIF Palletize Subroutine call Counter Counter 1 ELSE Release Pallet 1 Signal that the pallet is ready 45 components Counter 0 The counter is reset next cycle can start ENDIF ENDPROG ENDMODULE End of the program Palletize task Fig 5 24 Esempio del codice sorgente per la programmazione di un compito di pallettizzazione linguaggio Rapid ABB 82 5 3 Programmazione Off line Questo metodo di programmazione Off Line Programming OLP si basa sull utilizzo di sistemi software che consentono sia la ricostruzione della cella robotizzata in un ambiente virtuale 3D fig 5 25 and fig 5 26 sia la pianificazione del moto mediante simulazione cinematica in relazione ad una applicazione specifica In alcuni casi questi strumenti consentono di simulare anche la dinamica del manipolatore Utilizzando questi ambienti di simulazione possibile modificare e ottimizzare le operazioni della cella robotizzata Inoltre possibile calcolare il tempo impiegato dal robot per l esecuzione di una lavorazione il cosiddetto tempo ciclo possibile calcolare lo spazio di lavoro verificare se alcuni punti percorsi o anche oggetti nello spazio di lavoro sono raggiungibili da parte del manipolatore programmi generati off line possono essere poi c
55. alvola che ne consentiva l apertura e la chiusura per mezzo di contrappesi Una volta riempito il palloncino d aria compressa agendo opportunamente sulla valvola era possibile simulare il volo della colomba Erone di Alessandria celebre matematico ed inventore del secolo D C ricordato per aver progettato e costruito una serie di dispositivi meccanici tra cui la prima macchina a vapore con il motore rotatorio chiamata eolipila un congegno meccanico che permetteva l apertura dei portoni dei templi sfruttando la forza del vapore ecc Un esempio significativo del suo ingegno il dispositivo mostrato in fig 1 1 a Il fuoco acceso sull altare riscalda l acqua contenuta nel recipiente A la fuoriuscita di vapore provoca un incremento di pressione sulla superficie dell acqua nella parte inferiore dell altare concepito come un serbatoio L acqua spinta verso l alto attraverso i tubi L e va a depositarsi nelle ciotole mantenute dalle mani delle statue Una volta che le ciotole sono state riempite le mani si inclinano e l acqua versata dalle ciotole va a spegnere il fuoco sull altare eebe Sia E lt P a Ss 4 w Late dl gr d paar pd ee a 4 ep hub 3 pone ong eg Fe Pye Ste puttana ro ID ASB Fig 1 1 Esempi di automatismi storici a Esempio di un antico altare con statue che versano automaticamente acqua sul fuoco sacrificale b Automa meccanico di Jacquete Droze c
56. anche l apprendimento immediato dei robot industriali che sono guidati dai loro componenti terminali e la registrazione di questo movimento nel sistema di controllo possono ricordare il modo in cui Golem viene portato in vita per mezzo di un misterioso sem inserito nella sua testa Il robot pianista del professor Ichiro Kato dell Universit Wased di Tokyo ha accompagnato l intera orchestra sinfonica alla fiera mondiale in Osaka Il robot umanoide Honda cos come altri androidi in grado di salire le scale trasportare oggetti danzare ecc Essi meriterebbero una forma animata del loro nome indicata in ceco con il termine robot 1 2 DEFINIZIONE DI ROBOT Un confronto tra le propriet di una macchina e quelle dell uomo in processo produttivo pu essere realizzato attraverso i seguenti fattori Propriet fisiche Possibilit funzionali Livello di intelligenza La coscienza umana costituisce il confine del livello di intelletto ed necessaria in un processo di produzione Nel caso specifico essa principalmente costituita dalla percezione l apprensione il processo decisionale la memoria e la logica Le possibilit funzionali comprendono la capacit di adattamento la flessibilit la mobilit nello spazio la manipolabilit ecc Relativamente alle propriet fisiche si fa riferimento alla potenza alla velocit alla capacit di lavoro perpetuo alla stabilit delle caratteristiche lavorative alla d
57. aniera dettagliata nel capitolo 6 4 2 Controllo delle celle robotizzate Ci sono diversi metodi per controllare una cella robotizzata in relazione alla complessit del compito che il robot o la linea di robot deve eseguire e anche in relazione alle future possibilit di espansione Il modo pi semplice controllare il singolo robot della cella collegandovi i sensori necessari e gli elementi di controllo della cella stessa Questo metodo si presta bene per il controllo di 54 compiti relativamente semplici quali ad esempio la pallettizzazione depallettizzazione etc Questa tecnologia presenta un costo iniziale relativamente basso e una discreta flessibilit tuttavia nell ottica di espansioni future della postazione ci si potrebbe imbattere in forti limitazioni dovute soprattutto al numero limitato di ingressi uscite di cui dotato il manipolatore Un esempio di questa tipologia di controllo mostrata in fig 4 4 Teach Pendant Sensors Robot Gripper Controler Actuators Emergency Stop Switch Fig 4 4 Controllo diretto di un robot industriale Se si richiede alla postazione una maggiore flessibilita nella programmazione della lavorazione e o la possibilit di controllare i robot a distanza allora possibile controllare la cella in madalit remota collegandola tramite una rete Ethernet a un terminale PC utilizzando un server OPC In questo modo possibile ad esempio apportare modifiche alla pr
58. antenendo la stessa tazza di gomma variando l elasticit della molla Il rilascio di oggetti ottenuto allo stesso modo degli altri tipi di componenti passivi di presa preferibilmente attraverso il movimento in direzione tangenziale Con le ventose possibile effettuare il rilascio anche nel modo indicato in fig 3 5 ventose con valvole ausiliarie a b a b Fig 3 4 Schema di ventosa a deformazione Fig 3 5 Ventose dotate di valvole ausiliarie a Ventosa di gomma fissata con un perno a Rilascio oggetto con segnale di b Ventosa con pistone mobile Interruzione b Rilascio oggetto con segnale attivo In fig 3 5ba mostrata una ventosa dotata di valvola ausiliaria controllata per mezzo di una membrana che viene flessa in basso dalla pressione dell aria segnale di azionamento e chiude cos la camera a vuoto della ventosa contro la forza della molla Dopo l interruzione del segnale di azionamento pneumatico sulla membrana essa bilanciata viene cos aperta una via indicata dalla freccia per equilibrare la pressione all interno della ventosa con l ambiente circostante e la forza di serraggio viene meno senza la necessit di vincere il vuoto della ventosa Una tale soluzione pu essere realizzata in un modo simile con una valvola controllata da un elettromagnete Con la soluzione di fig 3 5b un impulso di pressione pneumatica viene dato sotto la membrana al rilascio dell oggetto Oltre alla 29 interruzione del vuoto al
59. are la saldatura a punti di carrozzerie Domanda descrivi e classifica i componenti di presa meccanici passivi supporti fissi e regolabili fixed and adjustable props mascelle flessibili e sospese flexible and suspended attivi con motore idraulico con motore pneumatico con motore elettrico con elettromagnete magnetici passivi magneti permanenti attivi elettromagneti a vuoto passivi ventose deformabili alternativa con una valvola ausiliaria attivi con pompa a vuoto con un espulsore speciali 3 Domanda Sulla base del seguente schema specifica il diametro richiesto dall attuatore lineare a fluido che comanda la pinza Per il calcolo del diametro dell attuatore lineare a fluido pneumatico o idraulico che comanda la pinza la cui meccanica mostrata in fig 2 60 si pu ricorrere all espressione della forza motrice Fv che ammette la seguente formulazione t D 4 dove D il diametro del cilindro in pressione ny il rendimento del motore a fluido Il rapporto fra forza motrice F e forza di presa F dato dalla seguente formula F p Ny F 2b P COS y F a u Pertanto il diametro cercato sar dato da dove y l angolo di trasmissione n il rendimento meccanico del sistema di trasmissione biella pinza 4 Domanda Descrivi e fornisci degli schemi per le diverse tipologie di coppie cinematiche utilizzate nella costruzion
60. aricati nel sistema di controllo del robot mediante opportuni supporti CD ROM USB etc Alcuni sistemi OLP consentono addirittura la generazione automatica di percorsi per lavorazioni da eseguire su componenti di forma complessa a partire da modelli CAD Per quanto riguarda la sicurezza i sistemi OLP integrano in genere dei moduli per il rilevamento automatico delle collisioni Uno dei principali vantaggi nell utilizzo di sistemi OLP che emerge dalle considerazioni precedenti che a differenza della programmazione on line non c bisogno di avere disponibile fisicamente il robot durante la fase di programmazione per contro essa richiede un grado di competenza da parte dell operatore pi elevato rispetto alla programmazione online L aspetto fondamentale comunque non tanto la possibilit di simulare la cella robotica in ambiente virtuale ma la possibilit di esportare le operazioni pianificate nella sintassi dello specifico linguaggio di programmazione del robot in dotazione e g linguaggio RAPID per robot ABB linguaggio KRL per i robot KUKA e cos via Sebbene questa caratteristica sia molto importante e rappresenti la principale utilit dal punto di vista pratico la maggior parte dei software si concentrano principalmente sulla simulazione e le possibilit di esportazione sono a volte limitate Mediante l utilizzo dei software menzionati per la OLP possibile ottenere un incremento produttivo e di qualit una ridu
61. arriera deve corrispondere al livello di protezione desiderato Se per esempio deve essere prevenuta l intrusione del dito dell operatore nello spazio tutelato deve essere utilizzata una barriera di luce con una risoluzione di 14 o 20 mm Una risoluzione di 30 o 50 mm sufficiente per proteggere le mani dell operatore mentre una risoluzione maggiore di 100 mm e sufficiente per controllare l accesso delle persone in spazi salvaguardati Fig 6 11 Esempio di barriere fotoelettriche di sicurezza in uso 6 5 3 Laser scanner di sicurezza A differenza delle barriere fotoelettriche di sicurezza gli scanner laser di sicurezza sono utilizzati per il rilevamento della presenza dell operatore nello spazio controllato Essi sono di solito situati a 300 millimetri dal suolo Pecenver H POETS Gii Fig 6 12 Laser scanner Gli scanner laser operano sul principio del fascio infrarossi pulsante Il fascio emesso da un fotodiodo passa attraverso il sistema ottico e finisce sullo specchio rotante che causa la sua deformazione creando una zona di rilevamento salvaguardata nella forma di settore circolare Siccome il raggio attraversa lo spazio esso viene riflesso dalla persona o gli oggetti presenti nello spazio controllato raggi riflessi vengono rilevati ed elaborati dallo scanner La fig 6 13 mostra due applicazioni di uno scanner laser SICK Nella fig 6 13 si pu vedere uno scanner in uso programmato per due spazi controllati Nel c
62. aso in cui l operatore entra 99 nel primo spazio controllato avvertito dallo scanner circa la sua presenza nello spazio di controllo Qualora l operatore nonostante ci entri nel secondo spazio controllato il robot verr arrestato La fig 6 13b mostra uno scanner in uso programmato per due spazi di controllo che possono essere controllati a turno a seconda del programma selezionato 7 7 _ N f f f j i AW 7 e V f f la f f A MAN f kd XA ZA AN j 5 s WM MM NI d AS ANE RAN 4 A4 A A K A LI 4 k x x a AN Val V OD SA on a b Fig 6 13 Applicazioni di uno scanner laser 6 5 4 Barriere solide Le barriere solide sono spesso impiegate nel processo di salvaguardia di uno spazio di pericolo Se lo spazio di pericolo puo essere raggiunto attraverso queste barriere barre recinti la distanza di queste dalla spazio di pericolo deve essere tale da impedire agli arti Superiori ed inferiori di scavalcare o attraversare le barriere valori delle distanze di sicurezza necessarie per evitare che gli spazi di pericolo vengano raggiunti sono indicati nella norma EN ISO 13857 e SS Ui i Geer zone g Ulli i Safe safe Safe distance distance distance Fig 6 14 Esempi di portata degli arti sopra o attraverso la barriera 6 5 5 Sensori di sicurezza per le porte Se vengono usate barriere solide per salvaguardare una zona di pericolo possono essere inserite so
63. attivi Le teste di presa magnetiche attive utilizzano elettromagneti generalmente alimentati in corrente continua mentre il loro funzionamento simile a quelle passive che utilizzano magneti permanenti per quanto riguarda il rilascio delle parti questa volta non necessario strappare via l oggetto ma basta interrompere l alimentazione dell elettromagnete i cui avvolgimenti a volte si trovano direttamente nella piastra di aggancio A causa del campo magnetico a corrente continua l oggetto pu magnetizzarsi il che pu causare problemi al momento del rilascio Pertanto in genere si effettua una demagnetizzazione invertendo temporaneamente il verso della corrente nelle bobine magnetiche Il magnetismo residuo nell oggetto quindi eliminato ed il suo rilascio facilitato We ju i PESA L e cupe mu Oe E a ES JA e BS ae Dev GASS Bani R i AL og net GAY E A Fig 3 7 Gripper elettromagnetico con una coppia di unit di presa Mi i Se GC SS FFF SF ES FILE ey AAA CAAA 1 EEE SS Il gripper in fig 3 7 utilizza due unit di presa individuali dotate di elettromagneti a sezione circolare avvitato al braccio robotico che dotato di una testa di connessione ottimizzata in termini di forma e dimensioni 3 Componenti di presa pneumatici attivi Tra le teste di presa attive degli IR amp M vi sono sistemi pneumatici chiamati anche camere a vuoto che u
64. basati sulla deformazione di corpi cavi corpi sono fatti di un materiale elastico con profilo a sezione asimmetrica con l uso di rinforzi asimmetricamente distribuiti forme asimmetriche ad onda ecc Dopo essere stati posti in pressione tali componenti si piegano dal lato della parete pi sottile in direzione della superficie oggetto da catturare si adattano alla sua forma esterna e nella fase finale del movimento esercitano la forza di presa cfr fig 3 9a Fig 3 9 Componente speciale di presa a e suo utilizzo in un gripper per parti lunghe b 33 Fig 3 10 Grippers con componenti di guida e presa integrati Le soluzioni la cui componente d azione si unisce con la funzione di presa sono interessanti Dal punto di vista costruttivo tali soluzioni sono ottimali Le pinze possono essere concettualmente basate sull utilizzo di un motore a fluido e cinghia fig 3 10a o pi precisamente un nastro elastico di acciaio fig 3 10 presa esterna e b2 presa interna Un altro esempio di componenti speciali sono le pinze per la manipolazione di oggetti dalla forma complessa vedi fig 3 11 Un tale end effector concettualmente progettato su componenti di presa disposti trasversalmente che vengono spinti in contatto con l oggetto manipolato attraverso un nastro messo in tensione da molle a compressione Una volta che tutti i componenti di presa sono in contatto con la superficie dell oggetto il nastro in tensione e si eser
65. cita la forza di presa NN shifting lever spring LA SN belt wire KE bk Mi Fig 3 11 End effectors per la manipolazione di oggetti di forma complessa con presa esterna a b e presa interna c Una tipo particolare di presa costituito dalle pinze a scatto La pinza in fig 3 12a ha un nottolino mobile 1 che richiamato dall elettromagnete 2 la ganascia si chiude o 3 la ganascia si apre in ogni posizione la ganascia assicurata da una molla di compressione Con la pinza in fig 3 12b l apertura e la chiusura delle ganasce effettuata collegando gli elettromagneti 1 o 2 mentre la tenuta assicurata dai magneti permanenti 3 o 4 La pinza utilizzabile come morsa e il vantaggio che la tenuta realizzata con componenti passivi con un effetto illimitato nel tempo 34 a b Fig 3 12 Gripper a scatto con tenuta a molla a o con magneti permanenti b 3 3 1 Teste combinate Le teste combinate sono costituite dall unione di strumenti di presa pinze e teste tecnologiche Esse sono spesso utilizzate per la manipolazione automatica di stampati plastici La pinza fig 3 13a costituita da quattro camere a vuoto 1 e da un dispositivo di taglio a controllo pneumatico forbici 2 Le ganasce 3 delle forbici 2 sono destinate al taglio del canale di iniezione della fusione Fig 3 13 End effectors combinati a Gripper combinato per pezzi stampati a pressione b Gripper combinato
66. con postazioni per la pulizia del cannello e dell unit di taglio del filo di saldatura In alcuni casi le celle sono anche dotate di una unit di calibrazione automatica per l organo terminale Dopo un certo numero di saldature il robot porta l organo terminale all unit che esegue la manutensione necessaria A questo punto il robot di nuovo pronto per riprendere a saldare Questi componenti sono mostrati in fig 4 7 Fig 4 7 Attrezzatura per saldatura ad arco generatore 1 cannello 2 fascio di tubi 3 carrello trainafilo 4 sensore di collisione 5 unit di pulizia del cannello unit di taglio del filo di saldatura e unit di calibrazione dellaTCP 6 8 unit di controllo delle operazioni 9 fonte ABB Spesso nelle celle per la saldatura ad arco si utilizzano dei posizionatori per movimentazione dei componenti da saldare il cui moto legato a quello del robot In questo caso il robot esegue la saldatura in maniera continua mentre pezzi saldati vincolati al posizionatore si muovono simultaneamente Recentemente diversi costruttori di robot hanno cominciato ad 57 offrire sul mercato celle robotizzate per l esecuzione di saldature semplici corredate di tutti componenti compresi posizionatori e sensori di sicurezza Una cella robotizzata per un solo robot con un posizionatore mono assiale prodotta da ABB mostrata in fig 4 8 Fig 4 8 Cella robotizzata integrata per la saldatura ad arco fonte ABB
67. curezza di un sistema di controllo parte del sistema di controllo operativo che reagisce ai segnali di sicurezza in ingresso e produce segnali di sicurezza In uscita categoria classificazione delle parti relative alla sicurezza di un sistema di controllo operativo con riferimento alla resistenza al guasto e al loro comportamento in caso di guasto ottenuto attraverso la progettazione strutturale delle parti l individuazione di un guasto e o la loro affidabilit funzione di sicurezza una funzione della macchina il cui malfunzionamento pu portare ad un innalzamento immediato del rischio arresto incontrollato un arresto di un robot causato dall interruzione dell alimentazione elettrica alle parti di controllo del robot dispositivi non elettrici possono essere usati per fermare il robot come ad esempio interruzioni meccaniche o idrauliche arresto controllato un arresto del moto della macchina durante il quale le parti di controllo continuano ad essere alimentate operazione collaborativa condizione in cui robot costruiti appositamente lavorano in collaborazione diretta con l uomo all interno di uno spazio di lavoro ristretto 6 2 Requisiti per la costruzione di robot Intorno ai robot industriali vi uno spazio detto di pericolo in cui esiste un rischio di lesioni per l operatore per esempio causabili da un attivit automatica di un robot o di sue parti Nella maggior parte dei casi devono essere intraprese misure
68. d cos che viene creato il vuoto La forza di presa dipende anche dalla forma e dalla solidit della ventosa oltre che dalla qualit della superficie di contatto con l oggetto La forza di serraggio non pu essere determinata a priori ma necessario seguire le indicazioni del costruttore L aderenza una condizione essenziale per una presa sicura dell oggetto Essa condizionata soprattutto dalla levigatezza e dalla qualit della superficie Per queste ragioni le ventose vengono utilizzate per la manipolazione di oggetti planari per esempio lamiere vetri ecc Talvolta per garantire l aderenza della ventosa sulla superficie dell oggetto vengono utilizzate sostanze viscose queste sostanze sono spruzzate sulla superficie prima del contatto con la ventosa Per le ventose sono usati due tipi di soluzioni costruttive In fig 3 4a mostrato un esempio di ventosa di gomma con perno di fissaggio Un cilindro elastico consente anche l adattamento ad una superficie leggermente curva dell oggetto manipolato Se la superficie dell oggetto non sufficientemente liscia possibile utilizzare la soluzione in fig 3 4b La variazione di volume nella parte interna ottenuta grazie ad un cilindro dotato di pistone a molla A seconda delle dimensioni della parte flessibile interna possibile mantenere il vuoto anche senza una perfetta aderenza fra la striscia di gomma e la superficie dell oggetto La forza di presa pu essere regolata m
69. dalla combinazione RTR e questi robot sono spesso incorrettamente inclusi tra i modeli c L originale robot cecoslovacco PR 16 P della compagnia VUKOV in Presov fu costruito con questo sistema Oggi la compagnia svedese ELEKTROLUX pu essere considerata la principale produttrice di questi robot a Fig 2 26 Diverse generazioni di robot industriali della ELEKTROLUX MHU S e un robot della VUKOV a MHU Minior b MHU Junior c MHU Senior d PR 16P Nelle alter combinazioni derivate TTR e RTR sono stati analizzati altri possibili layout comunque il loro uso pratico ancora non conosciuto Il pi interessante layout derivato dalla combinazione TRR corrisponde al layout CC Z derivato dalla combinazione RRT bc il layout ZCC TRR praticamente il modello SCARA ma con il trasferimento del movimento finale verticale della catena cinematica al suo inizio Questo layout simile al layout derivato ZXY IGM LIMAT 2000 ROBOT dalla combinazione base TTT vedi figura 2 11 c ma al contrario di esso ha avuto largo impiego negli ultimi tempi Uno dei primi modelli appartenenti a tale categoria fu sviluppato dalla compagnia francese RENAULT sotto il nome di ROBOT HORIZONTAL 80 vedi fig 2 27 cc il layout XAA una variante molto interessante del precedente layout ZCC Esso praticamente il suo ri orientamento alla posizione orizzontale mantenendo la stessa combinazione 23 a b Fig 2 2 7 Rob
70. della cella in particolare il robot ROBROOT per i robot KUKA Robot Base Coordinate System per i robot ABB Generalmente questo sistema di riferimento collocato alla base del robot stesso o Sistema di riferimento base E un sistema di riferimento cartesiano definito dall utente che descrive posizione ed orientamento rispetto alla terna mondo del componente che oggetto della lavorazione da parte del robot pezzo pallet e cos via rispetto al sistema di riferimento base Per i robot Kuka si usa il termine Base mentre invece ABB fa distinzione tra User Coordinate System e Object Coordinate System fig 5 8 tuttavia il significato e l utilit non cambiano La terna Base pu essere definita ad esempio fissando tre punti nello spazio si veda la fig 5 8 punti X1 X2 Y1 LG WORLD Fig 5 7 Sistemi di riferimento KUKA o Sistema di riferimento utensile Questo sistema di riferimento cartesiano descrive la posizione e l orientamento della terna utensile con origine nel TCP rispetto alla terna base o ad una qualsiasi altra terna 71 le Tool Coordinate System Te w lt x be P rg ry t Object Coordinate System E Robot Base x Coordinate System x World Coordinate System Fig 5 8 Sistemi di riferimento ABB Tab 5 1 Confronto tra i sistemi di riferimento usati per i robot KUKA e ABB Sistema di riferimento utensile Tool Coordinate System Tool Coordinate S
71. di sicurezza adeguate per impedire alle persone di entrare nello spazio paragrafi che seguono riguardano le tipologie di elementi di pericolo all interno dei robot 6 2 1 Componenti dell unit di alimentazione Tra tali componenti si possono contare ad esempio albero motore trasmissione aperta cinghia di trasmissione e altri tipi di ingranaggi Rischi che possono essere causati da questi componenti devono essere impediti con contenitori di protezione rigidi o mobili L involucro mobile di protezione deve bloccare movimenti pericolosi impedendoli prima che il pericolo possa nascere In termini di caratteristiche di sicurezza il sistema di blocco deve essere conforme alle prescrizioni di cui al sottocapitolo 5 3 6 2 2 Interruzione o sbalzo della alimetazione elettrica La costruzione e la progettazione di robot e di end effector non pu consentire alcuna interruzione o sbalzo di alimentazoine elettrica idraulica pneumatica che possa provocare una situazione pericolosa Sistemi meccanici indipendenti dall alimentazione ad esempio molle devono essere impiegati per afferrare l oggetto manipolato e se possibile l alimentazione deve essere usata solo per rilasciare l oggetto manipolato Qualora ci non sia possibile il verificarsi di eventuali situazioni di pericolo deve essere evitato con altri mezzi 87 di protezione di sicurezza blocco idraulico accumulatori di energia ecc Il ripristino dell alimentazione non pu por
72. disponibili e Programmazione del moto del singolo giunto In questa modalit possibile muovere singolarmente ogni asse del robot dall asse A1 all asse A6 in fig 5 5 sia In senso orario che antiorario La struttura cinematica del manipolatore collocazione dei giunti direzione degli assi e cos via influenza ovviamente il suo spazio di lavoro In fig 5 6 mostrato a scopo illustrativo un esempio di un tipico spazio di lavoro di manipolatore a sei giunti LL Fehr Pan rp A I Ven A D J Fig 5 6 Tipico spazio di lavoro di un robot a 6 DOF dalla sinistra spazio di lavoro relativo agli assi 2 e 3 del robot KUKA KR150 2 K spazio di lavoro complessivo del robot ABB IRB 4400 70 e Programmazione del moto nello spazio operativo Questa modalit consente di programmare il moto direttamente nello spazio operativo sia traslando l origine della terna utensile Tool Centre Point TCP lungo i suoi assi coordinati sia ruotandola attorno ai suddetti assi diversi costruttori utilizzano denominazioni diverse per i vari sistemi di riferimento Nelle figure seguenti sono rappresentate le terne di riferimento per i robot KUKA e ABB fig 5 7 and fig 5 8 si veda la tabella 5 1 per un confronto In generale possibile definire tre sistemi di riferimento fondamentali o Sistema di riferimento mondo E la terna di riferimento fondamentale rispetto alla quale si definiscono posizione ed orientamento di tutti i componenti
73. dustriale che dotato di una unit di governo e di un teach pendant interfaccia di controllo manuale utilizzati per muovere il robot e in generale per programmarne il moto per un approfondimento riguardo alla programmazione del moto si veda il capitolo 5 L unit di governo integra oltre al sistema di controllo primario e ai convertitori di frequenza per gli attuatori dei singoli giunti ingressi e uscite digitali per la connessione di periferiche che connettono il robot con l ambiente circostante Queste periferiche possono essere ad esempio schede di espansione per la connessione di diverse tipologie di bus industriali Profibus DeviceNet etc oppure schede di espansione per incrementare il numero di ingressi e uscite digitali disponibili E possibile farsi un idea dei componenti fondamentali di un robot industriale osservando la fig 4 1 In fig 4 2 mostrata la struttura dei sistemi di controllo di un robot KUKA 92 Fig 4 1 Sistema robotico di base robot 1 cavi di connessione 2 unit di governo 3 teach pendant 4 fonte KUKA Industrial Robots PC cP rantin am MIRRA Eii li PIA jun 1 pr sile to anda ail A SA Il I i I I i LIS SEH Ce egent MED EWU OFRS Command processing path planning corresponding j 4 i pp cord DSE 185 Digital Serve Electronics emor monitoring del ROC Resoker Digizal Converter Resover values mastering position Fig 4
74. e tale sistema comunemente chiamato HEXAPOD progettato da V Gogh nel 1949 Nel 1965 D Stewart ha studiato le caratteristiche di un semplice HEXAPOD che viene comunemente chiamato Piattaforma di Stewart A differenza delle macchine a cinematica seriale il cui moto dipende dalla combinazione di rotazioni e traslazioni dei suoi giunti il moto di un HEXAPOD dipende dal controllo contemporaneo di 6 o almeno 3 sospensioni di lunghezza variabile dotate di giunti che consentono il posizionamento della piattaforma di Stewart nello spazio Sono dunque macchine a struttura cinematica parallela Negli anni 1970 1990 ne sono stati realizzati diversi modelli che presentavano comunque problematiche relative soprattutto alla parte hardware e software Una rivoluzione in questo campo stata portata da due produttori GEODETICS and INGERSOLL Oltre ad una cinematica interamente parallela con 6 gradi di libert come i comuni HEXAPOD stato sviluppato un sistema di centraggio Dyna M con una struttura a guida ibrida all interno del progetto BMBF DYNAMIL Queste novit nei principi delle strutture cinematiche parallele non potevano non influenzare la robotica industriale Il robot TRICEPT HP 1 presentato da COMAU Division Robotica all esposizone internazionale EMO 95 a Milano dotato di un meccanismo di orientamento basato sulla combinazione di comuni coppie rotoidali Esso comunque montato su un supporto sospeso e posizionato come una piattaforma
75. e cinematiche In termini di applicazioni pratiche nei primi anni di sviluppo della robotica sono state ampiamente impiegate le seguenti quattro combinazioni di base di tre coppie cinematiche 1 Tre coppie cinematiche prismatiche TTT 2 Una coppia rotazionale e due prismatiche RTT 3 Due coppie rotazionali ed una prismatica RRT 4 Tre coppie cinematiche rotazionali RRR volumi di lavoro di queste quattro combinazioni sono rispettivamente Rettangolare cilindrico sferico Torico TORUS detto anche combinato antropomorfo angolare cana ND La Fig 2 5 a d offre una panoramica dei volumi di lavoro ottenuti mediante le quattro combinazioni di base di tre coppie cinematiche Fig 2 5 Rappresentazione dei volumi di lavoro delle tipologie di base di robot industriali a Volume di lavoro cartesiano o rettangolare Tipo A D Volume di lavoro cilindrico Tipo C c Volume di lavoro sferico Tipo 5 d Volume di lavoro torico ditto anche combinato antropomorfo angolare Tipo A Ulteriori applicazioni hanno richiesto lo sviluppo di robot industriali con combinazioni di coppie cinematiche differenti da quelle corrispondenti ai volumi di lavoro di base Un esempio fornito dal robot industriale UM 160 la cui struttura cinematica pu essere espressa attraverso la combinazione di coppie cinematiche TTR vedi fig 2 5b cos come nel robot della Renault PROB 5 Queste strutture cinematiche di robot industria
76. e di robot industriali e di manipolatori Coppia prismatica T Una rappresentazione di questa coppia cinematica relativamente semplice e richiede solo la descrizione del movimento lineare di due corpi l uno lungo l altro Tuttavia devono essere considerati i diversi possibili movimenti relativi dei due corpi Un corpo corto si muove su una guida lunga support design a Un corpo esteso si muove all interno di una guida corta slide design b Design di estensione o telescopico c CA pt wu_ _ z a b c In mancanza di altri simboli si assume che gli elementi in movimento mostrati nello schema precedente non possano ruotare 5 Coppia cinematica _rotoidale R Nella rappresentazione di una coppia rotoidale Rotational Kinematic Pair RKP bisogna considerare le sue caratteristiche specifiche che riguardano la rotazione intorno al proprio asse oppure la rotazione di un braccio di lunghezza r intorno ad un asse eccentrico giunto Inoltre bisogna considerare anche la direzione della vista del giunto rotoidale frontale planare o laterale RKP con un braccio rotoidale r a c RKP con rotazione intorno al proprio asse b d RKP con un angolo di rotazione illimitato e RKP con un angolo di rotazione limitato f ent Hi He c d Domanda A cosa servono i dispositivi terminali Peripheral Devices PD per robot industriali e per i manipolatori I PD sono
77. e prevedibile funzione errata questa velocita non venga superata 6 3 4 Modalit di funzionamento I modi di funzionamento automatico e manuale devono essere selezionati da dispositivi di sicurezza ad esempio un interruttore di modalit di funzionamento Questi devono indicare la modalit di funzionamento selezionata senza ambiguit e non devono essere in grado di azionare il robot da soli o creare altre situazioni di pericolo Le modalit automatica prevista esclusivamente per il funzionamento del robot sulla base del programma utente Il controller del robot non pu essere in modalit manuale e le misure di protezione devono essere attive Al rilevamento di qualsiasi motivo per l arresto il lancio dell operazione in modalit automatica da evitare Il comando per cambiare il modo automatico in una modalit diversa deve provocare l arresto del funzionamento automatico La modalit manuale viene utilizzata nel movimento istruzione programmazione e verifica del programma del robot Questa modalit pu essere utilizzata nella manutenzione del robot Con la modalit manuale possibile muovere il robot sia in modalit velocit ridotta oppure durante l incremento manuale della velocit Il funzionamento del robot in modalit automatica non pu essere attivato selezionando la modalit manuale 6 3 5 Controllo tramite un teach pendant Nel caso in cui sia possibile usare un teach pendant o un altro dispositivo di co
78. ella posizione effettiva A La norma dell errore nel sistema di riferimento K Assumendo l ipotesi semplificativa che gli errori sulle singole coordinate siano A Ay A A l errore risultante pu essere espresso come Axx A Ao 1 73 A Date le assunzioni sull accuratezza che si mantiene costante lungo tutto l elemento propulsivo ad esempio una camma l espressione dell errore non dipende dalla distanza percorsa dalla testa rispetto al centro del riferimento 14 Nel sistema di riferimento cilindrico C in fig 2 5b e fig 2 11b sono espresse le coordinate della posizione desiderata Ao r A r Ag Z Az e di quella effettiva A r zZ Ponendo per semplicit o 0 Az Ar z 0 l errore risultante effettuando le sostituzioni nella 2 2 A AA zi Ar 2 1 cosA 1 Arirt cccccc ccc ce cece cece cece eceeeeeeneeen eens 2 3 cC 1 2 P L errore Axc dipende dalla distanza r della testa dal centro del riferimento Maggiore la distanza maggiore sar l errore Nel sistema di riferimento sferico S in fig 2 5c e fig 2 11c le coordinate dei punti A e A2 sono espresse come A r x Ao r Ar O AQ 0 Ag Assumendo per semplicit p 0 e 0 e Am AQ AQ l errore risultante sara Ac zz Ai y 2 1 PI Ar ein Ath 2 4 Come nel caso cilindrico anche stavolta l errore dipende dalla distanza r della testa rispetto alla posizione iniziale Maggiore la di
79. erch i PD consentono di e posizionare accuratamente l oggetto da manipolare e usare PD pi solidi di quanto lo siano i robot e i manipolatori industriali e Usare IR amp M con un numero minore di coppie cinematiche rotazionali o prismatiche 41 Le soluzioni costruttive dei dispositivi periferici sono sempre legate alla particolare RTW e possono essere classificati secondo diversi aspetti e cio 1 la funzione che devono svolgere 2 le caratteristiche costruttive 3 il loro posizionamento all interno della cella robotizzata dispositivi periferici possono essere classificati in tre gruppi principali in base alla loro funzione a La periferica muove l oggetto cambiando la posizione del suo centro di massa lasciando inalterato il suo orientamento nello spazio b La periferica cambia l orientamento dell oggetto cio ruotandolo intorno ad un assen passante per il centro di massa ma l oggetto non viene ricollocato C La periferica cambia sia l orientamento sia la posizione del centro di massa dell oggetto In base alle loro caratteristiche costruttive dispositivi periferici possono essere classificati in e nastri trasportatori e piani rotanti e composti e dispositivi di sollevamento e trasporto e trasportatori a cestello e pallets e carrelli di trasporto dispositivi periferici sono chiaramente una parte essenziale nella progettazione e nella realizzazione di una cella di lavoro robotizzata La loro co
80. essere posizionata una barriera fotoelettrica se il tempo necessario per arrestare movimenti pericolosi T 0 5s S Vo T C Vo 1600mm norma EN 999 T 0 5s C 850mm norma EN 999 S 1600 0 5 850 5 1650mm 31 32 33 34 35 36 37 Domanda Che colore deve essere usato per il pulsante di arresto di emergenza e per il suo sfondo ll pulsante di arresto di emergenza rosso su sfondo giallo Domanda Spiega il significato di linea luminosa di sicurezza Si tratta di una barriera di sicurezza ottenuta con un singolo fascio di luce e destinata ad applicazioni poco complesse Il trasmettitore e il ricevitore sono alloggiati nello stesso involucro e un vetro riflettente utilizzato per riflettere il raggio di luce Domanda Spiega il significato di barriera fotoelettrica a senso unico Si tratta di una barriera di sicurezza ottenuta con un singolo fascio di luce destinata ad applicazioni poco complesse Il trasmettitore e il ricevitore sono alloggiati in contenitori separati e sono posti l uno alla parte opposta dell altro Domanda Qual la massima risoluzione richiesta alle barriere fotoelettriche per prevenire l intrusione delle dita dell operatore all interno dell area protetta Barriere fotoelettriche con una risoluzione di 14 0 20 mm Domanda Qual la massima risoluzione richiesta alle barriere fotoelettriche per prevenire l intrusione delle mani dell operatore all interno dell
81. etto alla prima quando la seconda coppia cinematica viene leggermente rotata Altre particolari configurazioni del meccanismo di orientamento degli IR amp M sono strettamente legate alle loro rispettive soluzioni costruttive modulari o integrate 2 1 4 Il problema dell accuratezza di posizionamento I giochi inevitabilmente presenti nel meccanismo di movimentazione di una catena cinematica vengono suddivisi in giochi di fabbrica vz e giochi causati dall usura vo Dopo il primo avvio e dopo un certo periodo di lavoro il gioco complessivo pu essere determinato mediante la seguente formula Ve Vz Vo N vz dove n un coefficiente il cui valore proporzionale al periodo di tempo durante il quale la catena impiegata In un sistema seriale di ordinamento di catene cinematiche di IR amp M ognuno dei quali mostra un errore A l errore risultante A dato dalla somma geometrica degli errori delle singole coordinate Aj No An E Nel caso il sistema presenti tre gradi di libert l errore totale A A Ao Ag Questo non deve superare il massimo valore ammissibile relativo alla mancanza di accuratezza nel posizionamento A lt Ac dov Nel sistema di riferimento cartesiano K in fig 2 5a e fig 2 11a le coordinate dell errore sono espresse come Ax Ay Xo X13 Ay Ao Y2 Vi A A3 Zo Zi Dove xa Ya Z sono le coordinate cartesiane della posizione desiderata A e Zu Yi Z4 sono le coordinate cartesiane d
82. frenato da una battuta di arresto o catturato da un dispositivo La grande maggioranza delle pinze a magneti permanenti utilizza un proprio meccanismo per il rilascio degli oggetti presi Questa funzione supplementare controllata dal programma e la fase di rilascio diventa cos attiva Il gripper in fig 3 3 ha i magneti permanenti fissati in alloggi separati agganciati al telaio di supporto della pinza Per l espulsione degli oggetti afferrati viene utilizzato un cilindro pneumatico orientato sugli oggetti afferrati il cui pistone collegato con la piastra di sgancio alloggiata nel cablaggio mobile del telaio di supporto ap nn zi Sa IR NI NUNES ALZA I E Fig 3 3 Gripper elettromagnetico con piastra di sgancio 1 Alloggio dei magneti permanenti 2 Piastra di sgancio Uno svantaggio che la testa pu catturare anche altri oggetti ferromagnetici specialmente piccole componenti ci in alcuni casi pu avere un effetto negativo soprattutto in quanto pu influenzare il corretto posizionamento dell oggetto afferrato 3 Componenti di presa pneumatica 28 componenti passivi di presa pneumatici sono ventose a deformazione La presa dell oggetto avviene tramite la pressione della ventosa sulla sua superficie perch con la deformazione della ventosa le dimensioni del suo spazio interno si riducono e successivamente aumentano nuovamente di una certa quantit a causa della loro elasticit e
83. gancio automatica degli end effectors Ogni end effector dotato di una flangia di fissaggio che si aggancia alla corrispondente flangia di collegamento situata all estremit della catena cinematica del robot industriale Le flange servono contemporaneamente a garantire la forza di connessione e di controllo per il meccanismo di presa ma anche per le esigenze funzionali degli end effectors ad esempio essa pu essere dotata di connettori giunzioni per l adduzione di un fluido in pressione idraulico pneumatico per la conduzione di corrente elettrica per la conduzione dei segnali elettrici di controllo 40 In fig 3 19 mostrata ad esempio una flangia di collegamento sviluppata presso UVSSR FSI VUT a Brno Brno University of Technology Facolt di Ingegneria Meccanica Istituto d macchine di produzione Sistemi e Robotica Il sistema a controllo pneumatico La sostituzione automatica basata su un meccanismo di aggancio Il gancio 1 fissato su un perno che permette la sua rotazione La posizione del gancio determinata da una valvola 2 che scorre intorno ad perno cilindrico perpendicolare all asse della valvola scorrevole che viene spinto nel foro del gancio Il sistema di controllo della valvola pneumatica che si trova in un punto diverso del robot permette l ingresso di aria in pressione attraverso il cilindro pneumatico 5 Il fluido in pressione agisce sul pistone pneumatico 3 e inizia il suo movimento verticale fi
84. gia di robot industriale pi spesso utilizzata per semplici operazioni di manipolazione come la pallettizzazione Descrivi la sua struttura e spiega la sua Importanza Generalmente per un compito di pallettizzazione viene impiegato un robot con un ridotto numero di assi 4 gradi di liberta DOF invece di 6 Gli assi 4 e 5 non sono presenti poich non necessario controllare la rotazione del pezzo manipolato intorno agli assi x e y In una postazione di pallettizzazione sufficiente la sola rotazione del pezzo intorno all asse z Il corretto posizionamento del pezzo assicurato da due tiranti a barra Un vantaggio di tale struttura una maggiore capacit di carico 20 21 22 Domanda Elenca i principali vantaggi della verniciatura robotizzata Consente di risparmiare circa il 25 30 di vernice rispetto alla verniciatura manuale E ideale in tutti quei casi in cui vapori delle vernici possono risultare nocivi per la salute Domanda Descrivi l attrezzatura necessaria per i robot industriali usati per la verniciatura Pistola spray Sistema di distribuzione della vernice esterno se la vernice distribuita lungo condotti sul lato esterno del robot o integrato all interno dei bracci pi comunemente impiegato Sistema di alimentazione della vernice tramite pompa ad ingranaggi La trasmissione ad ingranaggi realizzata da un tradizionale servomotore che collegato al sistema di controllo del
85. h Republic Tower Automotive Sud S r l Italy Bildungs Werkstatt Chemnitz gGmbH Germany Verbundinitiative Maschinenbau Sachsen VEMAS Germany Euroregionala IHK Poland Korff Isomatic sp z 0 0 Wroclaw Polen Euroregionale Industrie und Handelskammer Jelenia Gora Poland Dunaferr Metallwerke Dunajvaros Hungary Knorr Bremse Kft Kecskemet Hungary Nationales Institut f r berufliche Bildung Budapest Hungary Christian St hr Unternehmensberatung Germany Universitat Stockholm Institut fur Soziologie Sweden Articolazione del materiale didattico Minos moduli 1 8 manuale soluzioni e esercizi Conoscenze fondamentali competenze interculturale gestione del progetto tecnica pneumatica azionamenti elettrici e controlli automatici componenti meccatronici sistemi meccatronici e funzioni attivazione sicurezza e teleservizio manutenzione remota e diagnosi Minos moduli 9 12 manuale soluzioni e esercizi Prototipazione Rapida robotica migrazione Interfacce Tutti i moduli sono disponibili nelle seguenti lingue tedesco inglese spagnolo italiano polacco ceco e ungherese Per ulteriori informazioni si prega di contattare Dr Ing Andreas Hirsch Technische Universit t Chemnitz Reichenhainer StraBe 70 09107 Chemnitz Tel 49 0 0371 531 23500 Fax 49 0 0371 531 23509 Email minos mb tu chemnitz de Internet www tu chemnitz de mb WerkzMasch oder www minos mechatronic eu
86. ha priorit pi alta permettere la fermata in caso di pericolo interrompere immediatamente la fornitura di energia a tutte le unit robot arresto di categoria 0 oppure deve consentire l arresto del movimento pericoloso appena possibile senza provocare ulteriori rischi arresto di categoria 1 nel caso di pi di una unit di controllo i segnali di arresto di emergenza devono poter essere dati da un unit di controllo qualsiasi e neutralizzare qualunque altro pericolo derivante dall attivit del robot rimanere attivo fino al Momento in cui viene effettuato il ripristino 42 43 e il ripristino deve essere esclusivamente manuale e non deve necessariamente causare il riavvio del sistema ma soltanto permetterlo Domanda Elenca le prescrizioni di sicurezza per la Velocit ridotta Se prevista la modalit operativa a velocit ridotta implica che la velocit della flangia di fissaggio dell end effector e del punto di riferimento dell oggetto manipolato non superino i 250 mm s Il controllo su tale modalit operativa deve essere realizzato in modo che la velocit massima non sia superata in ogni caso di guasto razionalmente prevedibile funzione errata Domanda La postazione robotizzata mostrata in figura adeguatamente protetta In caso contrario quali cambiamenti dovrebbero essere posti in essere per garantire la massima protezione By LI F THI ba TFI FARFI pE ai G ia A ig A i ao PELE
87. he I robot industriali sono largamente utilizzati anche per le lavorazioni meccaniche Questo settore in particolare in continua espansione e ci dovuto principalmente alle capacit sempre crescenti da parte dei robot industriali di eseguire lavorazioni con elevata precisione Esempi di applicazioni sono la piegatura di lamiere e la formatura dei tubi In entrambi i casi il robot industriale opera come un manipolatore ausiliario che cambia la posizione e l orientamento del componente nella macchina piegatrice Un robot industriale KUKA impiegato nella piegatura di lamiere mostrato in fig 4 17 E necessario ovviamente 63 attrezzare la postazione anche con un alimentatore automatico di semilavorati che assicuri il loro accurato posizionamento prima che vengano rilevati dal manipolatore Anche per questo tipo di lavorazione in alcuni casi si utilizzano sistemi di visione per il controllo automatico dei componenti fabbricati par gt Fig 4 17 Robot industriale KUKA usato come manipolatore ausiliario al momento della piegatura di componenti in lamiera fonte KUKA Industrial Robot Una postazione per la formatura di tubi che provvista di un alimentatore automatico di semilavorati rappresentata in fig 4 18 L alimentazione regolare di semilavorati realizzata mediante uno step feeder alimentatore a gradino Fig 4 18 Cella robotizzata per la formatura di tubi fonte Mewag Innovation Rob
88. he l operazione di misura conclusa e che il robot pu rimuovere il componente il componente viene rilasciato per essere rimosso La lunghezza degli alberi pu variare come segue 120 mm Alberi di tipo 1 Shaft 1 140 mm Alberi di tipo 2 Shaft 2 152 mm Alberi di tipo 3 Shaft 3 Naturalmente ci possono essere pezzi difettosi Scrap Questi sono etichettati come rottami In funzione del risultato della misurazione il robot colloca il componente nell apposito contenitore Shaft 1 Shaft 2 Shaft 3 oppure Scrap Il programma del robot dovrebbe iniziare con la verifica di inizio fine produzione Basandoti sulle tue conoscenze con particolare riferimento all esempio nel capitolo 4 2 7 svolgi seguenti esercizi e Disegna uno schema concettuale della postazione in 2D o 3D e Definisci gli input e gli output necessari e Definisci le procedure operative del robot e Definisci i punti operativi del robot e Disegna un diagramma di flusso per il compito assegnato e Sviluppa un programma per il compito assegnato sintassi ABB Rapid Soluzione e Inputs e Outputs e Procedure operative del robot e Punti operativi del robot e Schema postazione e Diagramma di flusso e Esempiodi programma Dichiarazione dati 27 Domanda Elenca e descrivi le categorie di componenti di un sistema di controllo legati alla sicurezza 28 Domanda A quale categoria corrisponde l architettura mostrata in figura
89. i robot Per la nozione generale di robot possibile adottare la definizione dettata dall ing Ivan M Havel CSc 2 come citato in 3 p 20 Il robot un sistema integrato automatico o comandato da calcolatore capace di interazione autonoma e finalizzata ad un compito con l ambiente naturale basata su istruzioni conferite dall uomo L interazione consiste nel rilevare e riconoscere l ambiente e nel manipolare oggetti o muoversi all interno dell ambiente La suddetta definizione applicabile senza dubbio ad un gran numero di sistemi robotici destinati a varie applicazioni non solo industriali La natura di un robot industriale stata correttamente definita dal Prof Ing P N Beljanin 1 Il robot industriale una macchian funzionante autonomamente automa progettata per riprodurre alcune delle funzioni intellettive e motorie dell uomo in operazioni di fabbricazione basilari o ausiliarie senza la presenza costante dell uomo A tal fine esso e dotato di strumenti in grado di fornire alcune delle capacit umane udito vista tatto memoria ecc ha l abilit di autoapprendimento organizzazione e adattamento vale a dire capacit di adattamento ad un dato ambiente Il dispositivo cos definito il sostituto ideale dell uomo nel processo di produzione Che si tratti di un robot industriale o di un manipolatore industriale deve essere determinato in base all analisi del suo livello di intelligenza
90. i base del programma per i robot KUKA linguaggio KRL mostrata in fig 5 21 INI line contains ine indicat HOME position Is a initializations for internal p an default robot position variables and parameters usually used as the first and lost position Motion data set PDAT for PTP motions CPDAT for LIN and CIRC motions Number of Base End point HOME pi Coordinate System name 7 1 32 Number of Tool Coordinate System 1 16 Velocity 0 100 CONT End point Velocity 0 001 2 m s for PTP motions IS approximated for LIN and CIRC motions Fig 5 21 Esempio di utilizzo delle istruzioni per la programmazione del moto linguaggio KRL KUKA 5 2 7 Caso studio Compito di pallettizzazione Compito Due nastri trasportatori Feeder_1 Feeder 2 alimentano in maniera irregolare un robot industriale Il robot preleva i componenti dalla posizione 1 Position_1 e dalla posizione 2 Position_2 La presenza di componenti nelle rispettive posizioni segnalata da fotocellule Il compito del robot posizionare i componenti 45 in totale sul pallet ed inviarli mediante un nastro trasportatore alle successive postazioni fig 5 22 79 Position 2 Fig 5 22 Schema della cella robotizzata per un compito di pallettizzazione e Diagramma di flusso Per la scrittura di codice di programmazione ed in particolare per la programmazione relativa alla pianificazione di un compito u
91. i di manipolazione con robot ABB 84 Fig 5 26 Esempio di simulazione di una cella per applicazioni di saldatura mediante robot FANUC robot 85 6 SICUREZZA DELLE POSTAZIONI DI LAVORO ROBOTIZZATE Prima di mettere in funzione una postazione di lavoro robotizzata deve essere eseguita un analisi dei rischi della postazione stessa L analisi dovrebbe comprendere l individuazione di tutti rischi connessi con il ciclo di vita della postazione di lavoro robotizzata in questione Ci significa che essa deve includere le seguenti fasi della vita di servizio trasporto montaggio ed installazione messa in funzione utilizzo funzionamento e manutenzione messa fuori servizio smontaggio e smaltimento Quando tutte le situazioni di pericolo sono state individuate deve essere effettuata una stima dei rischi connessi con ognuna di esse La base per la stima dei rischi la determinazione di un possibile danno infortunio e la probabilit del suo accadimento In caso di situazioni di pericolo con tasso di rischio elevato devono essere adottate misure di protezione per ridurre il rischio Le misure a livello costruttivo sono lo strumento principale per ridurre i rischi Se queste non possono essere applicate vengono adottate misure protettive di sicurezza coperture sensori di sicurezza ecc L ultimo livello di riduzione dei rischi consiste nell informare gli utenti tramite etichette di sicurezza posizionate sul robot e istruzioni per l uso
92. i lavorazione costituito principalmente da due parti posture posizione e orientamento e logica di programma strutture di controllo comunicazione calcoli Le logiche del programma e la maggior parte dei comandi di movimentazione possono essere efficacemente sviluppati off line a partire dai dati CAD con l intervento del programmatore Eventualmente ulteriori comandi di movimentazione necessari ad individuare l effettiva collocazione del pezzo all interno della cella di lavoro possono essere programmati on line In questo modo vengono sfruttati vantaggi di entrambe le tecniche Programmazione dei robot per apprendimento immediato In modalit TEACH l end effector testa tecnologica guidato dal programmatore lungo un percorso desiderato il quale viene registrato nel sistema di controllo In modalit REPEAT dopo l attivazione del programma il robot continua a ripetere l attivit registrata Tale metodologia utilizzata principalmente per la saldatura continua lungo un percorso desiderato oppure per l applicazione di vernice o di rivestimenti protettivi Programmazione dei robot mediata Il programmatore utilizza il pannello di controllo per guidare end effector del robot fino al punto desiderato che viene salvato nella memoria del sistema di controllo Successivamente il robot esegue delle operazioni preimpostate su tali punti oppure nello spazio fra di essi Tale tecnica ad esempio molto pratica per effettu
93. i montaggio ovvero montaggio semplice ad esempio assemblaggio di componenti operazione di manipolazione giunzione cucitura chiodatura ecc incollaggio Operazioni di controllo Compiti speciali Fig 3 1 Esempi di teste di IR amp M a Testa per saldatura a punti b Testa per saldatura ad arco c Testa da taglio Un pi largo impiego di queste teste in futuro richiede l uso di sensori per sistemi di controllo adattativi 3 3 Teste di manipolazione grippers Classificazione delle componenti di presa Le teste di manipolazione presa sono finalizzate ad afferrare oggetti per una loro ulteriore manipolazione Generalmente tali teste sono progettate per specifiche applicazioni gestite direttamente da utenti di robot e manipolatori industriali Le parti delle teste a diretto contatto con gli oggetti manipolati sono dette componenti di presa A seconda del tipo di forza di contatto tali componenti di presa sono classificate in meccaniche magnetiche pneumatiche Allo stesso tempo possibile dividere le componenti di presa in passive attive 26 Le componenti di presa passive non consentono di per s il controllo delle forze di contatto contrariamente a quelle attive Le teste di presa basate su componenti passivi generalmente consentono di afferrare un oggetto ma il suo rilascio determinato da un azione esterna Da questo punto di vista ai componenti di presa si applica la
94. i sicurezza Se il controllo da vari dispositivi di attivazione indipendenti abilitato cio nella zona di sicurezza ci sono pi persone con dispositivi di attivazione il funziomento del robot possibile solo nel caso in cui tutti i dispositivi hanno pre impostata in quel momento la posizione centrale attivazione L interruzione dei dispositivi di attivazione non deve portare ad un guasto che consenta l attivazione del funzionamento del robot Il teach pendant o il dispositivo di programmazione devono avere la funzione di arresto di emergenza Il teach pendant non deve consentire l attuazione del funzionamento automatico del robot Prima dell attivazione della modalit automatica necessaria una conferma indipendente dal lato esterno della zona di sicurezza Se il teach pendant permette il controllo di un gruppo di robot si deve permettere il controllo del funzionamento di uno o pi robot separatamente o contemporaneamente Dopo il funzionamento in modalit manuale tutte le funzioni del sistema robotico devono essere sotto il controllo di un unico teach pendant 6 3 6 Requisiti per la cooperazione operativa robot progettati per operare in scenari cooperativi devono avere un indicazione visiva che mostra che il robot in modalit di cooperazione operativa arrestarsi quando l operatore si trova nella zona di lavoro sotto cooperazione operativa Quando l operatore lascia la zona del lavoro il robot pu tornare alla m
95. i sopra di una linea di saldatura di scocche di automobili KAWASAKI UNIMATE Hanginig type Fig 2 24 Linea di saldatura con robot Fig 2 25 Robot KUKA KR 125 UNIMATE in configurazione di base e a Wandrobot parete J fo il layout ABB BAA un layout derivato direttamente dal modello base della combinazione KD RRR Un modello side hanging simile al precedente caso quello derivato dal modello base del robot KUKA vedi Fig 2 26c che presenta il layout delle coppie cinematiche CAA nella combinazione di base RRR il robot derivato il KUKA KR 125 un robot industriale montato a parete D avente il layout delle coppie cinemtaiche dell ABB BAA In questo caso l utilizzo di una bilancia osservabile da un punto di vista sia morfologico sia strutturale vedi Fig 2 25 22 2 2 3 Tipologie di robot industriali derivati da diverse combinazioni di coppie cinematiche ac Il layout del ZCY RTR si avvicina molto a quello dei modelli base di robot industriali nella combinazione RRT VERSATRAN Solo le prime due coppie cinematiche sono scambiate Si tratta di una differenza simile a quella realizzata all interno del layout della combinazione TTT Come primo movimento quindi eseguita la traslazione verticale nella direzione dell asse z come nel caso del robot IGM LIMAT 2000 che piuttosto un eccezione nella sua categoria del modello K Al contrario ci sono diversi modelli che derivano
96. i stessi requisiti della categoria B Inoltre i componenti di sicurezza di un sistema di controllo di categoria 1 devono essere progettati e realizzati con particolari affidabili e secondo principi di sicurezza collaudati Per essere considerato affidabile un componente deve rispettare uno dei seguenti requisiti E stato ampiamente utilizzato in passato in casi analoghi con risultati soddisfacenti 92 stato costruito e certificato in base a principi che ne assicurano l idoneit e l affidabilit ai fini della sicurezza L architettura stabilita per la categoria 1 la stessa della categoria B Anche in un sistema di categoria 1 non vi copertura diagnostica per cui il verificarsi di un guasto pu comportare la perdita della funzione di sicurezza A titolo di esempio questa categoria pu essere definita da un sistema di elaborazione come mostrato in fig 6 2 A questa categoria appartengono ad esempio gli interruttori di posizione per un utilizzo sicuro Oltre ai principi ben sperimentati possiamo citare tra gli altri i seguenti rilascio forzato ad esempio dove i contatti sono collegati per mezzo di un accoppiamento fisso con camera di controllo vedi fig 6 3 controllo positivo guida positiva Come esempio pu servire il circuito di fig 6 2b dove la connessione di elementi di controllo praticamente non si differenzia dalla categoria B con l eccezione della spia di controllo che rileva lo stato del motore
97. i un danno incidente con la sua severit Domanda Definisci il concetto di organo terminale end effector L end effector un dispositivo terminale specificatamente realizzato per essere collegato ad un interfaccia meccanica attraverso la quale il robot svolge la sua funzione operativa Domanda Definisci il concetto di sistema robotico N Un sistema robotico sistema robotico industriale un sistema che comprende un robot uno o pi end effector e tutti gli equipaggiamenti dispositivi o sensori necessari al robot per svolgere le sue funzioni operative Domanda Definisci il concetto di spazio massimo Lo spazio massimo una zona che comprende il volume di lavoro del robot cos come indicato dal costruttore ed inoltre quello dell end effector e del pezzo lavorato Domanda Definisci il concetto di spazio limite restricted space Lo spazio limite quel sottoinsieme dello spazio massimo definito da vincoli che impongono limiti che non possono essere oltrepassati Domanda Definisci il concetto di spazio operativo A Lo spazio operativo quel sottoinsieme dello spazio limite che effettivamente descritto dal robot mentre opera secondo il programma utente Domanda Definisci il concetto di utilizzo previsto di un robot L utilizzo previsto del robot l impiego del robot in ottemperanza alle informazioni contenute nel suo manuale d uso
98. ia di forma SMA 2 collettore di aspirazione 3 dita raschianti 4 tubo di aspirazione 5 sensore ad ultrasuoni 6 telecamera D Gripper sensoriale del robot adattativo UNIMAT E USA Fra i sensori automatici il sensore tattile sicuramente il pi importante per l adattivit del robot Gli attuali sensori tattili sono essenzialmente sofisticati rilevatori di forza o pi precisamente di pressione che rilevano i valori di forza e pressione e li convertono in impulsi di tensione Il sistema prensile sviluppato per i robot UNIMATE dotato di questo tipo di sensori In fig 3 14b mostrato il modello di tale sistema 36 3 3 3 Forze agenti sugli oggetti afferrati sotto l azione del moto del robot Un oggetto afferrato da un robot industriale come in fig 3 15 sar sottoposto a forze esterne ed inerziali Fig 3 15 Gripper dotato di dita Fig 3 16 Forze agenti su un gripper a due prese Fra le forze esterne possiamo enumerare la forza di gravit dove m kg la massa dell oggetto e g 9 81 m s l accelerazione gravitazionale e le forze di attrito eventualmente la loro somma SE E dr BR 2 7 Dove F N la pressione normale agente sulle ganascie perpendicolarmente alla superficie dell oggetto e f 1 il coefficiente di attrito Durante il moto orizzontale rettilineo agiscono le forze inerziali dove a ay m s sono le componenti orizzontali dell accelerazione Durante
99. iche nella costruzione dei robot industriali Il sistema di azionamento dei robot e dei manipolatori industriali IR amp M un meccanismo mobile costituito da una serie di legami binari interconnessi per mezzo di coppie cinematiche KP Ognuna delle coppie cinematiche ha per lo pi un grado di libert coppie cinematiche con pi gradi di libert ad esempio coppie cinematiche piane o cilindriche non sono tipicamente impiegate nella costruzione degli IR amp M Lo stesso vale per la combinazione di due coppie cinematiche rotazionali in un singolo giunto costituente una coppia cinematica sferica la quale viene impiegata raramente a causa delle caratteristiche progettuali che la rendono non adatta per l installazione in servomotori Nei robot e manipolatori industriali vengono solitamente impiegate coppie cinematiche lineari per le traslazioni e rotoidali per le rotazioni Al fine di rappresentare le strutture cinematiche degli IR amp M stato adottato un sistema di simboli schematici che richiamano le caratteristiche tipiche dei diversi giunti Coppia cinematica traslazionale o prismatica T Una rappresentazione di questa coppia cinematica relativamente semplice e richiede solo la descrizione del movimento lineare di due corpi l uno lungo l altro Tuttavia devono essere considerati diversi possibili movimenti relativi dei due corpi a Un corpo corto si muove su una guida lunga support design vedi Fig 2 2a b Un corpo e
100. icurezza che stato programmato separatamente per le aree 1 e 2 In alternativa possibile utilizzare due barriere fotoelettriche di sicurezza una barriera fotoelettrica indipendente per ciascuna area Un altra possibilit potrebbe essere l impiego di pedane di sicurezza una pedana di sicurezza separata per ciascuna area 47 Domanda Elenca le prescrizioni di sicurezza relative al Energia latente L operatore addetto al robot regolatore addetto alla manutenzione deve disporre di mezzi che consentano il rilascio controllato dell energia latente Ogni fonte di energia latente ad esempio serbatoi per lo stoccaggio di aria fluidi in pressione condensatori batterie elementi elastici bilancieri volani devono essere provvisti di una adeguata etichetta di sicurezza 48 49 50 51 Domanda Elenca le prescrizioni di sicurezza relative agli elementi di controllo Gli elementi di controllo devono essere progettati e costruiti in modo da impedire manipolazioni accidentali con l uso di interruttori a serratura o pulsanti protetti La condizione in cui operano gli elementi di controllo deve essere chiaramente indicata ad esempio acceso condizione di guasto funzionamento automatico ed essere facilmente intelligibile con una chiara indicazione della sua condizione di funzionamento La realizzazione e la progettazione del sistema operativo di un robot devono garantire che in caso di robot azionato da un dispositivo
101. il moto verticale agiscono le forze inerziali oi el Fg SOM 2 5 SON E E 2 9 dove a m s la componente verticale dell accelerazione e sgn a 1 per l accelerazione e 1 per la decelerazione sgn v 1 per il movimento verso l alto e 1 per il movimento verso il basso Durante la rotazione dell oggetto di massa m kg lungo un percorso circolare di raggio r m alla velocit v m s la variazione del vettore velocit genera la forza centripeta Fy N FRIRNINIe e AO IA OI09 DIIIE E EG Gk ARGS 2 10 La velocit v m s 1 dipende dal raggio r m mentre la velocit angolare w rad s 1 si ricava come S I IJ SAN KW WWW 2 11 e dunque ER LT e Y F Y Fll lel lb fgddcesd AG aexoxo x 2 12 La velocit angolare w rad s 1 dipende dalla frequenza di rotazione n s 1 EE 2 13 In un riferimento non inerziale in rotazione si genera la forza centrifuga A che in un sistema di riferimento inerziale viene spesso indicata come la reazione alla forza centripeta In questo caso l entit della forza centrifuga uguale alla forza centripeta Fy La forza centrifuga diretta dal centro di curvatura della traiettoria del corpo il centro della circonferenza Il risultato della forza centrifuga l accelerazione centrifuga ao La forza centripeta Fd bilanciata da vari tipi di ganasce nel caso di sulla base di fig 3 15 pari alla somma delle forze di attrito che agiscono sull
102. istica SI 4 CELLE DI LAVORO ROBOTIZZATE Le celle robotizzate sono sistemi complessi che inglobano un ampia gamma di elementi di differente tipologia Per ottenere un funzionamento ottimale dell intera cella necessario che tutti gli elementi che la compongono cooperino in maniera corretta Ad esempio nel caso della pallettizzazione il moto del robot deve essere opportunamente sincronizzato con la velocit del dispositivo di alimentazione del materiale e g nastro trasportatore Oggigiorno sono numerose le attivit industriali che vengono automatizzate con successo ma naturalmente vi sono settori in cui l impiego dell automazione pi ricorrente e per i quali la progettazione di una cella robotizzata si potrebbe svolgere secondo criteri standard poich le problematiche generali da affrontare sono ben note Ciononostante sempre raccomandabile analizzare ogni problema individualmente cercando di comprendere fattori che hanno maggiore influenza sul funzionamento della cella e trovare la soluzione adeguata fattori che influenzano l utilizzo di postazioni robotizzate possono essere divisi in tre categorie principali che sono interconnesse e si influenzano mutuamente La prima categoria fa riferimento alla funzione finale della postazione in cui il robot industriale deve essere impiegato Bisogna infatti considerare il tipo di robot industriale che meglio si adatta alla situazione specifica le periferiche da utilizzare e la fattibi
103. ita della loro funzione di sicurezza La figura precedente mostra l architettura stabilita per la categoria B dove Im rappresentano dispositivi di interconnessione il dispositivo di input ad esempio il sensore di posizione L rappresenta i circuiti logici del sistema di controllo O rappresenta il dispositivo di output Categoria 1 una categoria con una migliore resistenza ai guasti conseguita principalmente attraverso la selezione e l uso dei componenti Per questa categoria si applicano gli stessi requisiti della categoria B Inoltre i componenti di sicurezza di un sistema di controllo di categoria 1 devono essere progettati e realizzati con particolari affidabili e secondo principi di sicurezza collaudati Per essere considerato affidabile un componente deve rispettare uno dei seguenti requisiti E stato ampiamente utilizzato in passato in casi analoghi con risultati soddisfacenti E stato costruito e certificato in base a principi che ne assicurano l idoneit e l affidabilit ai fini della sicurezza L architettura stabilita per la categoria 1 la stessa della categoria B Anche in un sistema di categoria 1 non vi copertura diagnostica per cui il verificarsi di un guasto pu comportare la perdita della funzione di sicurezza Categoria 2 una categoria con una migliorata struttura dei componenti di sicurezza del sistema di controllo che include una funzione di controllo periodico Questa categ
104. ivamente a mano e non pu causare il riavvio del sistema lo deve solo permette 6 3 2 Arresto di sicurezza Il robot deve avere almeno un circuito di interruzione di sicurezza categoria di arresto 0 o 1 assicurando il collegamento con dispositivi di protezione esterne in cul 89 e un arresto di categoria 0 rappresenta un arresto del robot in cui la fornitura di energia per controllare le parti del robot immediatamente rimossa il cosiddetto arresto incontrollato e e un arresto di categoria 1 rappresenta un arresto controllato del robot qualora gli elementi di controllo del robot siano alimentati al fine di raggiungere l arresto dopo l arresto l alimentazione viene rimossa All attivazione del dispositivo esterno di protezione il circuito di rottura di sicurezza deve avviare un arresto di tutti i Movimenti del robot una rimozione dell alimentazione per tutte le unit robot ed evitare altre situazioni pericolose derivanti dal controllo del sistema robotico che possono presentarsi entro l arresto L arresto pu essere attivato manualmente o con l aiuto della logica di controllo 6 3 3 Velocit ridotta Se l operazione con velocit ridotta pre impostata la velocit della flangia di fissaggio dell end effector e il punto di riferimento dell oggetto manipolato non deve superare i 250 mm s Un controllo sulla velocita ridotta deve essere costruito e realizzato in modo tale che in caso di qualsiasi difetto razionalment
105. l orientemento dei componenti da manipolare e di conseguenza dell organo terminale secondo tutti gli assi Per questo motivo si utilizzano robot con un ridotto numero di assi si veda fig 4 13 Il vantaggio immediato una cinematica inversa semplice da implementare nel sistema di controllo del robot ed una maggiore capacit di carico dovuta all utilizzo della struttura a parallelogramma Il robot in grado di eseguire traslazioni lungo tutti e tre gli assi cartesiani mentre in grado di eseguire rotazioni solo attorno all asse perpendicolare alla sua base In genere questo l asse Z della terna di riferimento base per una descrizione pi dettagliata in merito alla scelta delle terne di riferimento si veda il capitolo 5 60 Fig 4 13 Robot per la pallettizzazione con un ridotto numero di assi fonte KUKA Industrial Robots Una cella robotizzata per la pallettizzazione con due punti di scarico del materiale rappresentata in fig 4 14 Poich con questo tipo di postazione l operatore entra frequentemente nella zona di lavoro del robot per estrarre pallet necessario rendere la zona sufficientemente sicura in maniera tale che la collisione del robot con altri macchinari o con l operatore non si verifichi Queste postazioni generalmente sono equipaggiate con scanner il cui scopo monitorare continuamente la zona di lavoro ed individuare intrusioni accidentali Fig 4 14 Cella di pallettizzazione con due punti di sca
106. l XX ed Il XXI secolo ha dato luogo alla nascita di fabbriche completamente automatizzate come quelle operate dalla compagnia giapponese FANUC Altri robot industriali hanno trovato impiego in applicazioni non manifatturiere tra cui l agricoltura La parte della fig 1 3 incorniciata in rosso rappresenta una selezione di tipici robot industriali Quello a sinistra prevede una programmazione mediante apprendimento immediato Questa consiste in una prima fase denomina modalit TEACH durante la quale il programmatore guida il robot lungo il percorso desiderato il quale viene registrato nel sistema di controllo successivamente dopo l attivazione del programma memorizzato nella modalit denominata REPEAT il robot continua a ripetere l attivit registrata Questi robot trovano impiego principalmente nei processi di saldatura continua lungo un percorso desiderato oppure nei processi di verniciatura o di deposizione di rivestimento protettivo Quello a destra prevede una programmazione implicita o mediata durante la quale il programmatore mediante un teach pendant una sorta di pannello di controllo guida il robot fino al punto desiderato che viene salvato nella memoria del sistema di controllo Dopo aver memorizzato il percorso il robot esegue delle operazioni preimpostate su tali punti oppure nello spazio fra di essi Questi robot sono molto appropriati per esempio nella saldatura a punti di carrozzerie nelle fabbriche di
107. l interno della ventosa si ottiene contemporaneamente la caduta di oggetti leggeri che potrebbero altrimenti potrebbero aderire alla ventosa Componenti di presa attivi 1 Componenti meccanici di presa attivi Le teste di presa meccaniche attive sono giustamente definite pinze Essi sono di solito dotati di ganasce mobili componenti attivi di presa il cui moto pu essere governato da motori di vario genere e tipo L organo di presa pi adatto sarebbe una mano umana ma la sua implementazione tecnica resta molto difficile La soluzione a tre dita di fig 3 15 sembra ottimale Tuttavia ai fini della manipolazione di oggetti ordinari sono solitamente sufficienti due sole componenti ganasce che si muovono tra di loro di moto lineare traversale o rotatorio motori che muovono queste componenti attive sono anch essi lineari in particolare cilindri pneumatici ed idraulici elettromagneti con armature mobili o rotazionali motori pneumatici ed idraulici motori elettrici elettromagneti di rotazione Tra il motore e le ganasce necessario installare una trasmissione che trasmetta il moto prismatico o rotazionale del motore alle ganasce Le tabelle che seguono 3 1 3 4 mostrano diverse alternative rispetto alla cinematica delle pinze nelle trasformazioni da T1 a T4 a cui sono associate le soluzioni progettuali mostrate in fig 3 5a e Table 3 1 Kinematic structure of gripping Table 3 2 Kinematic structure of grippin effectors wi
108. l robot dovr operare Il vantaggio principale del metodo di programmazione on line che data la sua semplicit non richiede operatori con competenze specifiche Per contro necessario che il robot sia a disposizione dell operatore al momento della programmazione e che venga allontanato dalle funzioni produttive Nella figura seguente fig 5 1 sono mostrati i componenti fondamentali del sistema robotico robot industriale a 6 DOF unit di governo teach pendant e PC per la programmazione off line 67 Inelustrial 6 DOF robot KUKA ER 1502 Teach pendant Robot controller KUKA KA CH CHT line programming system e g Robcad ie industrial PE real time operating system Hard drive CD ROM USE Communication modules Jee Ethemet Profibus DeviceNet CANI Batteries e Power unit e Teach pendant e Stifety logie Fig 5 1 Componenti fondamentali di un sistema robotico industriale 5 2 1 Interfaccia utente teach pendant Sebbene oggigiorno siano disponibili soluzioni wireless wireless teach pendant sono ancora largamente utilizzate teach pendant connessi via cavo all unit di governo del robot Gli attuali teach pendant possono essere divisi in due categorie che differiscono per la loro configurazione e Configurazione verticale fig 5 2 Ci che caratterizza questo design una altezza maggiore della larghezza un display relativamente piccolo collocato sulla parte alta
109. lata tramite collegamento seriale di due contatti di scambio nella parte di alimentazone Signal Y Signal processing proce 1 d FE d d Output t el Fig 6 5 Schema a blocchi e esempio di una soluzione tecnica di categoria 3 95 6 4 5 Categoria 4 Ancora una volta questa categoria nel suo principio basata sulla combinazione di categoria B e di categoria 1 Tuttavia deve anche rispettare i requisiti sugli elementi di controllo in modo che un guasto nel controllo possa essere rilevato prima che possa provocare disturbi nella funzione di sicurezza ma a differenza della categoria 3 in caso di guasti multipli non rilevati non pu verificarsi una perdita della funzione di sicurezza del sistema A titolo di esempio questa categoria pu essere definita da un sistema di elaborazione come mostrato in fig 6 6a in cui si vede il principio di raddoppio pi frequentemente utilizzato con la coesione reciproca dei rami di controllo individuale con ulteriori comunicazioni tra rami indipendenti Come esempio pu servire il circuito di fig 6 6b con il collegamento di due circuiti di controllo independenti con una connessione ridondante doppia sia per il tasto START che per il tasto di STOP In caso di guasto in uno dei circuiti l unit controllata tramite collegamento in serie di due contatti di scambio nella parte di alimentazione Fino a questo punto il circuito simile a quello per la categoria 3 Tut
110. latori industriali non proprio adeguato e deve essere inteso come una delle tante teste di uscita end effectors di un IR amp M che consentono le suddette operazioni L end effector di per s pu essere applicato a un qualsivoglia robot e al pari di un sistema di orientamento esso non modifica in maniera apprezzabile la morfologia del robot architettura Dal punto di vista costruttivo gli end effectors possono essere classificati in teste tecnologiche di manipolazione grippers combinate Speciali Il progresso dell automatizzazione ha determinato la necessit della loro sostituzione automatica durante il processo di lavorazione ma soprattutto della loro adattabilit che uno degli elementi chiave per l autonomia e per il miglioramento dell intelligenza artificiale dei sistemi robotici 3 2 Teste tecnologiche Una tipica operazione tecnologica oggetto di applicazioni robotiche la saldatura elettrica e l applicazione di vernici e rivestimenti protettivi o anche altre operazioni tecnologiche effettuate a macchina ad esempio macchina manuale di rettifica ecc o con l uso di uno strumento apposito 25 Le teste tecnologiche sono dunque classificate in teste per saldatura a fusione elettrica ovvero saldatura ad arco fig 3 1a saldatura a punti fig 3 1b Spruzzaggio di vernici e rivestimenti protettivi Fig 1 2 Taglio tramite apposito attrezzaggio fig 3 1C Operazioni d
111. lavoro alla quale sono legati ma anche con l oggetto della robotizzazione la sua forma dimensione peso composizione ecc Nelle pagine seguenti verranno mostrate la struttura e l utilizzo di diversi PD 3 4 3 1 Trasportatori trasportatori sono elementi fondamentali per il trasporto di componenti e pezzi oggetti di manipolazione e possono essere di varie forme e tipologie Essi possono trasportare semilavorati parti finite strumenti attrezzi di produzione assiemi o anche materiale di scarto pi utilizzati sono e Nastri trasportatori e Trasportatori a catena e Trasportatori a sospensione e Trasportatori a vibrazione e Trasportaori in produzioni automatiche e linee di assemblaggio e Rulli trasportatori rai a Da Fig 3 21 Esempio di nastro trasportatore che fornisce componenti ad un robot manipolatore 43 Fig 3 22 Esempio di nastro trasportatore in uso con un manipolatore di pizze a giunti plastici industria alimentare Oltre ai nastri trasportatori classici attualmente se ne utilizzano nuovi tipi come nastri modulari adatti alla movimentazione di prodotti leggeri in diversi ambiti industriali Il suo grande vantaggio sta nella flessibilit nel gestire le linee secondo differenti percorsi nella facile manutenzione e nei bassi costi cfr fig in basso Fig 3 23 Linea di produzione per occhiali trasportatori modulari 44 Fig 3 24 Trasportatore a catena telaio in lega di allumini
112. lcuni casi in particolare per le materie plastiche si utilizza oltre al robot per la verniciatura un secondo robot per trattare la superficie da verniciare al fine di migliorarne l aderenza della vernice Generalmente la superficie preriscaldata con plasma mentre sempre meno impiegato il tradizionale risciacquo con acqua Alcuni costruttori di robot integrano la cella con dei sistemi di visione telecamere per l individuazione di eventuali difetti nel processo di verniciatura e g bolle o crepe sulla superficie verniciata Fig 4 16 Postazione dotata di due celle robotizzate per la verniciatura fonte ABB Le celle sono dotate in genere di un sistema di trasporto a sospensione per i componenti da verniciare e di una postazione in cui componenti verniciati attendono l essicazione della vernice camera di essiccazione Un esempio di postazione robotizzata dotata di due celle per la verniciatura rappresentato in fig 4 16 Si noti che nella stessa postazione sono presenti due ulteriori robot con la funzione di sistemare i componenti da verniciare sul sistema di trasporto e dopo la verniciatura nella camera di essiccazione In alcuni casi robot per la verniciatura vongono montati al soffitto Questo layout permette una riduzione della superficie occupata dalla postazione ed una riduzione del rischio che si depositi vernice sui robot ci comporta anche una riduzione dei costi di manutenzione 4 3 4 Operazioni tecnologic
113. le normative in essere e nel caso siano applicate le normative di sicurezza per usi specifici in modo da resistere a Sforzi di esercizio attesi ad esempio frequenza di commutazione Contatto con i materiali utilizzati in lavorazione per esempio vernice Altri effetti esterni rilevanti ad esempio vibrazioni meccaniche o guasti di alimentazione sistemi di Categoria B non sono dotati di alcuna copertura diagnostica per cui il verificarsi di un guasto pu causare la perdita della loro funzione di sicurezza La fig 6 1 mostra un tipico esempio di circuito di categoria B dove il controllo del motore START STOP stato progettato come un normale pulsante di START e un tasto STOP chiudibile a chiave clip on In caso di STOP il motore pu essere avviato utilizzando il pulsante di avvio tramite l interruttore R e l avvio del motore assicurato mediante il contatto ausiliario dell interruttore R anche dopo che il tasto di avvio stato rilasciato L arresto pu essere eseguito premendo il pulsante E STOP Tuttavia in caso di guasto ad esempio in caso di condensa dei contatti dell interuttore R il movimento pericoloso non sar fermato Lia AWR Another contro CIC ul N Fig 6 1 Esempio di una soluzione tecnica di categoria B 6 4 2 Categoria 1 una categoria con una migliore resistenza ai guasti conseguita principalmente attraverso la selezione e l uso dei componenti Per questa categoria si applicano gl
114. li sono note come strutture derivate Fig 2 6 Trasformazione delle strutture di robot industriali concepite come combinazioni di tipo TRR a Rappresentazioni schematica e figurativa del robot industriale UM 160 URS b Rappresentazioni schematica e figurativa del robot industriale PROB 5 CZ dove X Z rappresentano le traslazioni lungo gli assi x e z A A C C rappresentano le rotazioni intorno agli assi x e z B il punto di riferimento Le applicazioni pratiche sono in accordo con la teoria che definisce per n gradi di libert il numero di possibili combinazioni di coppie cinematiche T ed R 1 i 3 i TORUS OBLOUN in ceco un termine tratto dall architettura dove descrive modanature convesse semicircolari unite mediante una modanatura concava Esse si ritrovano ad esempio nelle basi delle colonne Ioniche o Attiche variet orizzontale oppure nel profilo degli stipiti gotici variet verticale 10 DEE 2 1 dove n un numero naturale Per un numero di gradi di libert n 3 il numero di possibili combinazioni esteso ad un totale di m 2 8 gruppi come mostrato nella tabella 2 1 Tabella 2 1 Combinazioni di coppie cinematiche basiche e derivate linkages with rotation max TRT TTR RTR TRR hetero genous linkage homo genous linkage linkages with two basic derived and more linkage linkage rotations Questo schema gi comprende la struttura
115. line avviene su un computer dove sono impiegati modelli della cella di lavoro completa di robot pezzi e barriere Nella maggior parte deli casi programmi di lavorazione possono essere creati sulla base dei dati CAD gi esistenti perci la programmazione veloce ed efficace Tali programmi sono verificati con la simulazione e ogni eventuale errore viene preventivamente corretto Vantaggi Non Impegna attrezzature produttive Efficace programmazione delle logiche e dei calcoli attraverso strumenti di debugging avanzati percorsi sono definiti solo in base a modelli e ci pu implicare la necessit di affinare il programma direttamente on line o usare dei sensori Efficace programmazione delle posizioni di lavoro Verifica del programma di lavorazione attraverso simulazione e visualizzazione Ben documentata attraverso simulazioni con appositi programmi Riutilizzo dei dati CAD gi esistenti Il costo di programmazione indipendente da quello di produzione La produzione pu continuare anche in fase di programmazione Strumenti di supporto al processo ad esempio selezione di parametri di saldatura Svantaggi Necessita di investire in un sistema di programmazione off line 2 jaws Programmazione dei robot ibrida La tecnica di programmazione off line pu essere migliorata sfruttando i vantaggi di quella on line In tal caso si parla generalmente di programmazione ibrida Un programma d
116. lit dell implementazione La seconda categoria riguarda i fattori ambientali quali temperatura consumo di energia necessit di mantenere la pulizia in certi ambienti e g industria alimentare grado di variabilit strutturale dell ambiente in cui si opera Ultimo aspetto ma non meno importante e il costo totale della postazione rispetto anche alle possibilit economiche del cliente che dovr acquistarla Pertanto l attivit di progettazione di una cella robotizzata pu essere affrontata e risolta in diversi modi pensando a diverse soluzioni Per esempio il costo iniziale di una postazione completamente automatizzata sicuramente maggiore del costo di una postazione in cui i robot lavorano con l ausilio di un operatore secondo una modalit semi automatica Tuttavia l elevato grado di affidabilit con cui una postazione completamente automatizzata pu smaltire elevati volumi di produzione potrebbero renderne conveniente l acquisto Di conseguenza come esposto precedentemente necessario affrontare la progettazione di ciascuna postazione robotizzata in maniera individuale cercando soluzioni specifiche anche perch il continuo sviluppo tecnologico unitamente alla continua riduzione del costo delle apparecchiature che integrano la postazione robotizzata apre la strada a nuove soluzioni progettuali 4 1 Componenti fondamentali di una cella robotizzata L elemento principale di una cella robotizzata ovviamente il robot in
117. lla porta di accesso alla cella cos da arrestare il funzionamento del robot se l operatore deve accedere all interno della postazione Il robot industriale nella sua configurazione base non corredato di sensori per il monitoraggio dell ambiente circostante sensori esterocettivi eccetto i sensori per il controllo degli attuatori sensori propriocettivi Al fine di rendere la postazione in grado di operare con sufficiente affidabilit in maniera automatica necessario equipaggiare il robot con sensori appropriati e ben noti nell automazione industriale ad esempio luci di sicurezza allarmate sensori induttivi sensori di contatto Esempi di questi sensori sono riportati in fig 4 3 RH j i H Mu VU A Wi j II d s IA NY N DO GN Wand 0 I i fl F 1 I EN Fig 4 3 Alcune tipologie di sensori utilizzati nell automazione Industriale fonte Siemens Come indicato precedentemente necessario garantire all interno dell intera postazione che non si verifichino collisioni accidentali tra robot e operatore per questo motivo la cella robotizzata delimitata da una recinzione che evita l accesso all operatore mentre il robot in funzione Se l operatore deve recarsi in prossimit del robot ad esempio per la programmazione del moto l apertura della porta sensorizzata causa il blocco automatico delle attivit del robot Questo argomento trattato in m
118. lo attraverso punti di accesso designati Questi ingressi o porte sono dotati di sensori di sicurezza che forniscono segnali al sistema operativo nel caso in cui lo spazio venga invaso Dopo l apertura ad esempio la porta l interruttore di sicurezza disinserito il che provoca l arresto dei movimenti pericolosi 100 f oi Fig 6 15 Serrature di sicurezza SICK Solution A Solution B Fig 6 16 Principio di funzionamento di serrature di sicurezza con dispositivo di chiusura e di lock out In posizione 1 la porta in fig 6 16 bloccata Mentre la soluzione A garantisce che i contatti di rilascio 21 22 rimangano bloccati e la porta chiusa in caso di mancanza di alimentazione la soluzione B permette alla porta di essere aperta in caso di interruzione di corrente In posizione 2 se applicata la soluzione A allora la tensione viene trasmessa alla bobina A1 A2 mentre in caso di soluzione B l alimentazione viene scollegata dalla bobina che causa la disattivazione dei contatti di rilascio 21 22 e lo sblocco della porta La posizione 3 mostra l apertura della porta quando i contatti di posizione della porta 11 12 che avviano il blocco degli attuatori sono scollegati 6 5 6 Tappeti di sicurezza Servono per la messa in sicurezza di zone pi grandi intorno a zone di pericolo Quando un tappeto calpestato tutti i movimenti pericolosi devono essere fermati Un tappeto composto da due piastre a contatto
119. mando per il controllo del robot nella zona di sicurezza tale dispositivo deve soddisfare i seguenti requisiti e Al momento dell azionamento del robot con il teach pendant o con un dispositivo di programmazione deve essere utilizzato un controllo a velocit ridotta e Se il teach pendant offre la possibilit di selezionare velocit pi elevate esso deve permettere di fermare l operazione settare la velocit dal valore iniziale di base al valore pi alto programmato indicare la velocit pre selezionata ad esempio 90 attraverso la visualizzazione dell informazione di velocit sul display del teach pendant Dopo il rilascio di tutti pulsanti e di altri dispositivi sul teach pendant per mezzo del quale possibile azionare il robot il Movimento del robot deve fermarsi I dispositivi di attivazione sul teach pendant devono avere tre posizioni e il loro rilascio o la pressione oltre la posizione centrale serve per prevenire i rischi ad esempio il funzionamento del robot dispositivi di attivazione possono essere una parte del teach pendant oppure possono essere separati ad esempio con dispositivi di attivazione a pressione controllata e devono operare in modo indipendente da tutte le altre operazioni o funzioni di controllo del dispositivo Se ci sono pi interruttori su un dispositivo di attivazione premendo completamente qualsiasi pulsante deve essere impedito il controllo con altri pulsanti e causare un arresto d
120. mente la parola inglese abour ma fu suo fratello il pittore Josef Capek che gli consigli di utilizzare la parola robot Sta di fatto che dal 1921 quando fu messa per la prima volta in scena l opera di Capek R U R subito divent popolare nel mondo e con essa la parola ceca robof Per esempio ai bambini giapponesi nelle scuole viene insegnata l origine ceca della parola robot Da quel momento in poi la parola robot stata comunemente utilizzata per indicare qualsiasi dispositivo automatizzato o meccanizzato dai distributori di cibo ai piloti automatici Inevitabilmente essa stata anche associata ai tanti tentativi che si sono succeduti nella storia di costruire androidi artificiali dalle sembianze umane principalmente basati su concetti meccanici Va osservato che questi concetti erano del tutto estranei a Karel Capek il suo concetto di robot era legato alla biochimica Tuttavia nella Repubblica Ceca i robot vengono classificati come macchine inanimate in accordo con il paradigma inanimato hrad Nella produzione industriale di massa comunque le macchine ampiamente impiegate adibiti a funzioni normalmente espletate dall uomo generalmente non vengono chiamate robot ma automi o macchine automatiche Questo perch gli automi nell aspetto somigliano molto poco all uomo e le loro funzioni sono in gran parte altamente specialistiche auto operatori manipolatori a singola funzione ecc
121. na cella robotizzata S 4 2 Controllo delle celle robotizZate e 54 4 5 Tipologiedi cellerobotizzato mene Sg A Sells EENEG 57 E EE E 59 e Se VNE En A E 62 Ae EE 63 5 Ambiente di ProGramMMaAZIONE cccccccsssssssscccccssssssssssscccccccccsssssssscccccscssssssssssscescosees 67 Dees Ko dee ZO NC nananana 67 SZ EECHER 67 Steck Interracera EECH 68 322 DOE1Mdustnalto botanica aaa dio 70 32 52 Bpolbgie principal d EE eege ge gue a 73 5 24 Approssimazione del imot ilaele 75 5 2 5 Breve panoramica delle istruzioni per 1 robot ABB 77 5 2 6 Breve panoramica delle istruzioni per 1 robot KUKA 79 5 2 7 Caso studio Compito di pallettizzazione 79 ib Programmazione Ornellaia 83 6 SICUREZZA DELLE POSTAZIONI DI LAVORO ROBOTIZZATE ccccceeees 86 Ol erminl definizioni dI bist 86 6 2 Requisiti per la costruzione di robot nonsooeennnnssseeensssssseerossssseeressssese 87 6 2 1 Componenti dell unit di alimentazione i 87 6 2 2 Interruzione o sbalzo della alimetazione elettrica 87 0 20 AIM iii dda 88 AE ER ne E caio 88 6 2 5 Compatibilit elettromagnetica EMC 88 AE DR Ge NEE E E e DEE 88 0 2 7 Elementi EIERE ricicla alain 88 6 3 Requisiti per le parti relative alla sicurezza dei sistemi di controllo 88 6 3 1 Comando di arre
122. namento ed il meccanismo di orientamento e chiude la catena cinematica di base BKC costituita dal meccanismo di posizionamento e a volte anche dal meccanismo di locomozione La catena cinematica KC quindi comprende la catena cinematica di base ed il meccanismo di orientamento Un compensatore della posizione a volte inserito tra il meccanismo di orientamento e end effector La fig 2 1 mostra un esempio di classificazione dei componenti del sistema di azionamento di un robot dotato di un meccanismo di locomozione lineare presentato in fig 2 1 Ornentation Gears macharism T propelters 8 An Bo GC a G Output E Orientation head n mechanism TAT A i c gin _ Locomotion C EEN mg machenis Orientation Positioning d Pai mechanism mechanism Sc ia rl om v TATE A 4 Fig 2 1 Esempio di classificazione dei componenti del sistema di azionamento di un robot industriale stazionario a Robot industriale adattativo APR 20 VUKOV PRESOV SK b Robot industriale BEROE RB 321 BG X meccanismo di locomozione Meccanismo di posizionamento CBB APR 20 CZY BEROE RB 321 B Punto di riferimento Ao Bo Co Meccanismo di orientamento possibile disposizione Nota X Y Z traslazione lungo gli assi x y Z A B C rotazioni intorno agli assi x y Z AO BO CO rotazioni intorno agli assi del meccanismo di orientamento 2 1 2 Coppie cinemat
123. ne START nel caso in cui il pulsante viene premuto e rilasciato o la funzione di TEST nel caso in cui il tasto venga mantenuto Quando la funzione di TEST in esecuzione il motore di uscita ancora in stato di riposo e comincia solo dal rilascio del pulsante Maggiore sicurezza di questo curcuito garantita dal collegamento in serie di due contatti di scambio In un sistema di categoria 2 ci deve essere una copertura dignostica media di tutte le parti di sicurezza del sistema di controllo tra cui l individuazione di guasti a basso livello Il tempo fra i guasti di singoli canali del circuito deve essere da breve a lungo input processing testing dl Fig 6 4 Schema a blocchi ed esempio di una soluzione tecnica di categoria 2 6 4 4 Categoria 3 Questa categoria nel suo principio basata sulla combinazione della categoria B e della categoria 1 Tuttavia deve anche soddisfare i requisiti sugli elementi di controllo in modo che un fallimento nel controllo possa essere individuato prima che possa causare disturbo alla funzione di sicurezza Ancora una volta come esempio questa categoria pu essere definita da uno schema di elaborazione come mostrato in fig 6 5b 94 Come esempio pu servire il circuito di fig 6 5b dove presente la connessione di due circuiti indipendenti con una connessione ridondante doppia per entrambi i tasti di START e STOP In caso di guasto in uno dei circuiti l unit control
124. niche venivano presentati nuovi robot Questi riproducevano la forma degli armigeri muovevano le mani e rispondevano a semplici domande con una voce riprodotta da un grammofono L elettricita consenti di controllare i robot in modo pi efficace rispetto all impiego di manovelle camme e molle Per esempio il robot TLEVOX costruito nel 1927 da Brit R J Wensly era in grado di afferrare la cornetta del telefono quando questo squillava e di rispondere con voce umana L americano Whitman Zase cre un umanoide radiocomandato denominato OCCULTA Esso era destinato a scopi militari ovvero per distruggere barricate o per superare blocchi militari La parola robot deriva dall antico termine slavo rob la quale si ritrova anche nelle parole ceche robota che significa lavoro duro forzato e faticoso e robi lavorare ma anche nelle parole v roba produzione lavorazione obr b lavorare macchina utensile ecc Il geniale scrittore ceco Karel Capek us la parola robot per identificare degli esseri creati artificialmente nella sua opera R U R nel 1920 L acronimo R U R sta per Rosum s Universal Robots liberamente tradotto come Univers ln roboti pana Rozuma la parola rozum in ceco significa cervello o intelletto Originariamente Karel Capek voleva nominare i suoi robot Labors ovviamente con l obiettivo di utilizzare la parola latina abore o eventual
125. nismo di posizionamento mentre la terza rotazione intorno all asse dell oggetto manipolato viene scartata Ci evidenziato nella tabella 2 3 dalla R tra parentesi Comunque l uso di tutte le tre coppie cinematiche rotazionali pu essere vantaggioso per orientare opportunamente gli oggetti si consideri ad esempio l assemblaggio di un perno con linguetta o di un profilo scanalato all interno del relativo foro in un mozzo O ancora la coppia cinematica terminale pu essere adattata ad un braccio che ha per esempio una saldatrice all estremit E ovvio che le considerazioni teoriche sul meccanismo di orientamento sono strettamente correlate alle sue applicazioni pratiche La precedente analisi ha mostrato che la progettazione di una coppia cinematica rotazionale nel meccanismo di orientamento cos come nel meccanismo di posizionamento pu comportare sia la rotazione intorno al proprio asse senza un braccio di rotazione supplementare sia la rotazione intorno ad un braccio r vedi Fig 2 8 Inoltre nel meccanismo di orientamento difficile determinare la pertinenza agli assi x y O Z in quanto si ha a che fare con una disposizione molto mobile Denotare le coppie cinematiche rotazionali nel meccanismo di orientamento come ou Qo 3 etc pi adatto P dd Gat Ca AY n TA NO o a a b e b Fig 2 8 Realizzazione di una coppia Fig 2 9 Due possibili disposizioni di tre cinematica nel meccani
126. no al punto morto Il pistone pneumatico fissato sulla valvola che scorre su un giunto a vite e trasmette l azione della forza su di esso All altra estremit della valvola scorrevole c una molla che permette il movimento Il movimento del perno cilindrico sulla valvola scorrevole causa la rotazione del gancio attorno al perno centrale Il gancio riprende la seconda posizione di riposo che contrassegnata da una linea tratto punto in figura A questo punto la flangia robot pronta ad accogliere la flangia dell end effector La centratura assicurata dalla svasatura sulla parte cilindrica della flangia dell end effector e dalle spine di centraggio 6 Per distaccare le flange viene interrotta l alimentazione Il sistema pneumatico viene decompresso l intero meccanismo ritorna alla posizione originaria grazie alla molla 4 mentre il gancio fissa il perno di presa dell end effector e lo mantiene in posizione In caso di sgancio avviene il processo inverso In caso di perdita di pressione la flangia end effector ancora mantenuta con la stessa forza sistemi per la sostituzione automatica degli end effector rappresentano un alternativa ai robot universali e polivalenti Quando si progetta una linea di produzione necessario esaminare quale sistema sia preferibile per il compito assegnato Il sistema di sostituzione automatica oltre a dei vantaggi porta anche costi di acquisto pi elevati e pi alto rischio di rottura 3 4 D
127. nte y 3 Fig 2 16 Ricarica con connessione a Fig 2 17 Ricarica con connessione pavimento automatica aerea 1 Connettore 2 Caricabatteria esterno 3 1 connettore 2 polo di ricarica 3 batteria caricabatteria interno 4 batteria 18 Quando il livello di carica si avvicina a quello minimo il sistema di controllo batteria genera un segnale Il segale di minimo batteria tarato in modo da consentire al veicolo di terminare la propria attivit e andare alla stazione di carica 2 2 ESEMPI DI IR amp M RAPPRESENTATIVI DAL PUNTO DI VISTA COSTRUTTIVO 2 2 1 Tipologie di base Le tipologie di base di robot industriali derivano dalla combinazione di coppie cinematiche del tipo a TTT b RIT c RRT d RRR che consentono di raggiungere gli spazi di lavoro descritti in Fig 2 5 aa Lo schema XYZ in combinazione con quello TTT si caratterizza per il moto verticale dell organo terminale lo spazio di raggiungibilit costituito da un cuboide Il design spesso caratterizzato da un portale a montante singolo Fig 2 18a b o multiplo Fig 2 18c d e f g La coppia cinematica prismatica orizzontale per il movimento lungo l asse Y solitamente del tipo a scorrimento Fig 2 2a come il robot MANTA Fig 2 18a oppure a sospensione Fig 2 2b come il robot PRKM 20 Fig 2 18b f Fig 2 18 Schema di robot a portale a MANTA J e PRKM 20 BUT in Brno CZ b il francese RENAULT PORTIQUE 80 c d i tedeschi REIS e e
128. o DE 08 LLP LdV TOI 147110 MINOS durata dal 2008 al 2010 Il presente progetto finanziato con il sostegno della Commissione europea L autore il solo responsabile di questa pubblicazione comunicazione e la Commissione declina ogni responsabilit sull uso che potr essere fatto delle informazioni in essa contenute A ge DG Istruzione e cultura Programma di apprendimento permanente www minos mechatronic eu 1 Domanda Descrivi metodi di programmazione dei robot Programmazione dei robot On Line La programmazione on line viene effettuata presso lo stesso sito di produzione e coinvolge la cella di lavoro Il robot viene programmato attraverso un teach box ovvero uno strumento che registra e memorizza i movimenti meccanici per successivi richiami ed esecuzioni mediante un sistema elettronico o computerizzato La programmazione on line presenta i seguenti vantaggi svantaggi rispetto a quella off line Vantaggi Facilmente accessibile Il robot programmato in base all effettiva posizione dell attrezzatura e dei pezzi Svantaggi Tiene Impegnate attrezzature produttive di valore Lentezza di movimento durante la programmazione Logica di programma e calcoli difficili da Implementare La produzione sospesa durante la programmazione Il suo costo equivale a quello di produzione Generalmente mal documentata Programmazione dei robot Off Line La programmazione off
129. o curve ad inserto forze elevate materiali della catena plastica o acciaio Fig 3 25 Trasportatore a catena con guide laterali regolabili 45 Fig 3 26 Trasportatore a catena guide in plastica i Po A li _ If b il KA L i OR Las mP A feele pi H K e Li SP a AI L A GN thet p Fig 3 27 Esempio di trasportatori a sospensione in entrambi i casi la linea pu trasportare pesi superiori ad 80 kg Fig 3 28 Esempio di rulli trasportatori in una RW manipolazione e impilamento di piani di legno 46 Fig 3 29 Rulli trasportatori in esercizio in una RW manipolazione ed impilamento di scatole di cartone Fig 3 30 Rulli trasportatori interoperazionali durante la produzione di dischi in lega leggera per automobili 47 Fig 3 31 Rulli trasportatori in una RW con manipolatore a portale 3 4 3 2 Posizionatori e accessori di saldatura La figura seguente illustra una RW per saldature che utilizza una speciale tavola che serve a posizionare correttamente il pezzo da saldare Fig 3 32 Sistema di posizionamento come dispositivo periferico per saldature Due IR tipo RRR eseguono la saldatura a punti mentre il posizionatore fissa le parti da saldare e compie semplici movimenti sulla base di quelli di robot industriali 48 Fig 3 33 Dispositivo periferico per saldatura ad arco il posizionatore tiene fermi pezzi da saldare e compie semplici movimenti in base al braccio
130. odalit di funzionamento automatico Se viene effettuata una guida manuale del robot il dispositivo manuale di guida deve essere localizzato vicino all end effector e dotato di arresto di emergenza e dispositivi di attivazione Il robot deve avere il funzionamento con velocit ridotta pre impostata e la velocit non pu essere superiore a 250 mm s Un robot deve sempre mantenere la distanza dall operatore Questa distanza deve essere in conformit con la ISO 13855 Un fallimento a causa del mancato rispetto della distanza impostata deve provocare l arresto di sicurezza Il robot deve avere il funzionamento a velocit ridotta pre impostata non superiore a 250 mm s e la sua posizione deve essere monitorata La costruzione di un robot deve garantire sulla flangia o nel punto di riferimento dell oggetto manipolato 80 W di funzionamento al massimo o la forza massima di 150 N determinata tramite la valutazione dei rischi AI momento della progettazione del robot si deve garantire costruttivamente o per mezzo del suo sistema di controllo che questi valori non vengano superati 91 6 4 Descrizione delle categorie delle parti relative alla sicurezza dei sistemi di controllo 6 4 1 Categoria B La categoria B quella di base tra le categorie di sicurezza definite dalle normative e dai regolamenti Le parti di sicurezza del sistema di controllo devono essere progettate costruite selezionate assemblate e connesse in modo da rispettare
131. oduzione Questa tecnica nota come controllo CIM Computer Integrated Manufacturing e presenta gi un notevole grado di flessibilit tuttavia all atto della sua implementazione necessario registrare la massima capacit del sistema limitando di conseguenza le operazioni possibili Una valutazione dei costi deve tener conto quindi di questa necessit WW d Li Robot Controler Robot La Robot Controler Controler Ethernet Fig 4 5 Controllo via ethernet di una linea robotizzata 55 w L Key EE Plant Control CO D 7 d a T ia Al Wu di Lo i o E O Se A e I__ SE Punching Device a i S 7 I SR Material Removal Area i 1 steet a Welding Robot i Eeer Serge Material Input Area es 1 3 5 9 10 12 Inline Stations 2 4 7 8 13 Motor Starter I si fia 3 52 58 Loop 2 Modules ee isolate Robot Controller D D 8 el Ge Emergency Stop Switch 6 C C I L 7 Fi i ri Fi Z i e af II e IL LIL LI 11104131 Fig 4 6 Esempio di controllo tramite PLC interconnessi utilizzando un DeviceNet bus fonte Phoenix Contact Inc Un altra possibilit aumentare il numero di ingressi e uscite mediante il collegamento di un PLC esterno utilizzando vari tipi di bus industriali DeviceNet Profibus ecc In questo modo possibile collegare diversi robot e o al
132. ogiche come lo stampaggio ed il taglio Postazione di stampaggio il robot funziona come un manipolatore ausiliario che cambia la posizione e l orientamento del componente da piegare nella macchina di piegatura piegatura di lamiere formatura di tubi Postazione di taglio una testa di taglio ad alta velocit utilizzata come end effector 25 26 Postazione di rettifica il robot dotato di una testa rettificante e di un sensore che misura le forze e i momenti in modo che la mola eserciti sempre una forza costante sulla superficie in lavorazione Domanda Descrivi una postazione robotizzata progettata per l incollaggio Il robot dotato di una pistola connessa con un sistema di alimentazione automatica del collante e di una centralina di riscaldamento che impedisce l essiccazione della colla nella pistola quando il robot inattivo La postazione pu essere inoltre dotata di un sistema di preriscaldamento locale delle parti da incollare al fine di realizzare una migliore adesione plasma Compito di manipolazione e misura Compito Un robot industriale afferra continuamente componenti alberi dal deposito alberi e li colloca in un sistema automatico di misura in cui viene determinata la lunghezza degli stessi Il robot invia al sistema di controllo della stazione di misura un segnale di avvio misurazione al tempo stesso questo segnale indica il corretto posizionamento del componente nel sistema di misura
133. oria anche conforme ai requisiti della categoria B Il controllo periodico pu essere automatico e deve Consentire il funzionamento quando non sono stati rilevati errori Generare un segnale di output che avvia una opportuna procedura di controllo quando viene rilevato un errore L output deve innanzitutto avviare la modalit di sicurezza Se ci non possibile si deve almeno dare un segnale di pericolo La figura precedente mostra le caratteristiche dell architettura fissate per la categoria 2 dove Im rappresentano dispositivi di interconnessione rappresenta il dispositivo di input ad esempio il sensore di posizione L rappresenta i circuiti logici del sistema di controllo m il sistema di monitoraggio O rappresenta il dispositivo di output TE il dispositivo di test OTE rappresenta l output del dispositivo di test Dato un sistema di categoria 2 Il verificarsi di un guasto causa la perdita della funzione di sicurezza tra un controllo e l altro Il controllo pu rilevare la perdita della funzione di sicurezza Categoria 3 i componenti di sicurezza di un sistema di controllo SRPICS di categoria 3 devono essere progettati in modo che un singolo guasto in una qualsiasi di tali parti non possa in aleun modo compromettere la loro funzione di sicurezza Quando ragionevolmente possibile un singolo guasto deve essere rilevato prima in corrispondenza della successiva richiesta della fun
134. ose Il dimensionamento dei magneti passa per la determinzione del numero di dipoli e dalla forza di presa F necessaria a compensare gli effetti esterni dinamici e statici Per i grippers che utilizzano teste magnetiche attive la forza di presa normale Fra vale In 1 dove la corrente nella bobina di eccitazione del magnete n il numero di avvolgimenti di ogni bobina u0 il coefficiente di permeabilit nel vuoto Sp la superficie della superficie di contatto dell elettromagnete surface of the pole extensions Rm1 la resistenza magnetica del nucleo Rm2 la resistenza magnetica del traferro Rm3 la resistenza magnetica del materiale ferromagnetico 3 3 4 Sostituzione automatica degli end effectors Il sistema di sostituzione automatica degli end effectors contribuisce alla flessibilit dei robot industriali Ci nasce dalla necessit per un robot industriale di effettuare diverse operazioni sia di manipolazione sia tecnologiche Il vantaggio di questo sistema la possibilit di adattarsi a un cambiamento di dimensione e forma degli oggetti manipolati o di tecnologia operativa senza interrompere il ciclo di funzionamento Il robot sulla base del proprio programma aggancia gli utensili necessari e dopo aver completato l operazione pu cambiare nuovamente l end effector Electrical connectors J m 333 Control panel S N Fig 3 18 Concetto di sostituzione Fig 3 19 Dettaglio del sistema di ag
135. ot industriale RENAULT Fig 2 28 Robot industriali HORIZONTAL 80 F a UM 160 RUS b GE ROBO R 60 J Dallo schema e dalla vista assonometrica del robot UM 160 in figura 2 28a appare evidente che esso un dispositivo che opera con bracci rotazionali molto simili ai sistemi della combinazione RRR ASEA TRALLFA tuttavia invece della prima rotazione utilizzato un movimento dritto lungo entrambi gli assi Il volume di lavoro pertanto passa da un toro rotazionale antropomorfo angolare multi angolare a un comune segmento cilindrico come nei casi ad e bc precedentemente menzionati Un interessante esempio progettuale di questa tipologia di robot rappresnetato dal robot giapponese GE ROBO R 60 in figura 2 28 24 3 END EFFECTORS 3 1 Applicazione e classificazione degli end effectors La catena cinematica aperta dei robot e dei manipolatori industriali IR amp M si chiude con l apparato operativo stesso struttura meccanica end effector testa secondo lo specifico attrezzaggio Per quanto riguarda i robot e i manipolatori industriali ci che conta la specifica applicazione 1 Inserimento di oggetti all interno dei contenitori di lavoro di attrezzature di produzione e loro estrazione Manipolazione inter stazione Operazioni tecnologiche Operazioni di controllo Compiti speciali Ch IS Pertanto il termine pinza gripper usato frequentemente per designare l end effector di robot e manipo
136. ot industriali in genere a sei assi si utilizzano anche per le lavorazioni di taglio Tuttavia bisogna tenere in considerazione che essendo comunque una catena cinematica seriale probabilmente la massima accuratezza ottenibile non sar mai comparabile con quella 64 ottenibile dalle tradizionali macchine da taglio principalmente per la minore rigidezza della struttura Per questo motivo un robot industriale pu essere utilizzato per applicazioni che non richiedono elevata precisione Un organo terminale da taglio prodotto dalla ABB e mostrato in fig 4 19 Fig 4 19 Organo terminale da taglio di un robot industrial ABB Cutting head of an ABB robot fonte ABB I robot industriali sono utilizzati molto frequentemente anche nelle operazioni di rettifica In questi casi in genere necessario utilizzare un sensore di forza collocato tra la flangia del robot e il suo organo terminale Questa tipologia di sensore misura la forza e o il momento che nasce all organo terminale dovuto al contatto tra esso e l ambiente circostante Utilizzando un controllo di forza possibile fare in modo che la forza di contatto esercitata dalla mola sul componente da rettificare sia costante Un esempio di rettifica di un cerchione utilizzando un robot industriale Fanuc mostrato in fig 4 20 Fig 4 20 Rettifica di un cerchione fonte PushCorp Inc 65 Anche per I operazione di incollaggio fig 4 21 possibile utilizzare un robot
137. ounted cabinet of cables water cooled with power unit for axis 7 gun E e d We Welt Le d ff Robot j power unit ARO weld gun Signals peer e y ca AOOO0ONO EW J ie iaiia HERE o swing frame i Weld current p 3 KUKA robot controller KUKA robot KR C1 with motor driven weld gun Fig 4 11 Configurazione di base relativa al robot per saldatura per punti KUKA fonte KUKA Industrial Robots 4 3 2 Manipolazione Il robot industriale usanto di frequente anche allo scopo di manipolare pezzi durante le lavorazioni in particolare per il posizionamento di semilavorati nelle macchine utensili Una cella robotica integrata utilizzata per questo tipo di operazione mostrata in fig 4 12 Il 59 trasporto del semilavorato realizzato manualmente mediante sistemi di trasporto Queste celle sono in genere equipaggiate anche con sistemi di visione per il riconoscimento automatico della posizione dei pezzi e di sistemi per il cambio automatico dell organo terminale Naturalmente per questo tipo di operazioni si richiede alla cella la maggiore adattabilit possibile al prodottto da manipolare 7 Fig 4 12 Cella robotizzata integrata per il posizionamento del semilavorato nella macchina utensile fonte Fastems Un altro esempio di operazione di manipolazione la pallettizzazione e depallettizzazione all inizio ed alla fine dei processi produttivi Con task cos semplici non necessario modificare
138. plessivo che un tempo assegnato e che si pu considerare uno dei principali parametri in base ai quali progettare la cella robotizzata e Approssimazione per il moto generico fig 5 13 L origine della terna utensile non passa per il punto P2 ma segue un percorso che la porta al punto P3 pi rapidamente Anche in questo caso non possibile conoscere in anticipo il percorso che seguir l origine della terna utensile P3 P1 Fig 5 13 Moto generico PTP MovejJ il punto P2 approssimato e Approssimazione per il moto lineare fig 5 14 L origine della terna utensile passa vicino al punto P2 secondo un percorso a curvatura regolare Di conseguenza il robot pu proseguire il moto senza fermarsi e di conseguenza percorre la traiettoria in un tempo minore E possibile definire una misura della distanza tra due percorsi raggio Pie Fig 5 14 Moto rettilineo LIN MoveL il punto P2 approssimato 75 e Approssiamzione del moto circolare fig 5 15 L origine della terna utensile TCP non prosegue lungo il percorso circolare che porta al punto finale del percorso circolare PEND e si muove secondo un percorso a curvatura regolare che per gli stessi motivi precedentemente esposti richiede un tempo minore per raggiungere il punto P Anche in questo caso possibile definire una misura della approssimazione del percorso raggio P P START Fig 5 15 Moto circolare CIRC MoveC il punto PEND ap
139. prossimato e Esempio di un percorso con approssimazione del moto fig 5 16 tooll Tool Coordinate System as amp Fi pl po Mn SEA ege f SE d LA ae a a H Pa dd W ei DN S A at d k a i d 14 V ba d Wo oF Fi KW ee ef e po a p2 j e deg Fig 5 16 Esempio di un percorso con approssimazione del moto il punto P1 approssimato Si assume che il punto di partenza dell organo termianle del robot sia pO Le istruzioni seconso la sintassi utilizzata per i robot ABB linguaggio RAPID che consentono al robot di seguire la traiettoria da pO a p3 attraverso p1 e p2 sono 1 MoveL p1 v200 z10 tool1 2 MoveL p2 v100 fine tool1 3 Moved p3 v500 fine tool1 76 Il valore z10 10 mm di raggio critico per l approssimazione Il valore fine usato per i tratti senza approssimazione 5 2 5 Breve panoramica delle istruzioni per i robot ABB e robtarget definisce la posizione del robot nello spazio si veda l esempio in fig 5 17 TT Position relative Orientation relative to robot base to robot base X Y Z mm Quaternions LO 9E9 9E9 9E9 969 op DI CONST robtarget p2 800 Robtarget name Fig 5 17 Esempio di definizione di un punto robtarget linguaggio Rapid ABB Robot External axis configuration data positions cf1 cf4 cf6 ctx mm e wobjdata work object definisce la posizione del sistema di riferimento utente User f
140. rame e Object frame ma Object frame pu essere anche zero si veda ad esempio la fig 5 18 Fixed coordinate system true false PERS wobjdatafeedert Workobject Robot hold User frame name true false position X Y Z mm Fig 5 18 Esempio di definizione della terna di riferimento utente wobjdata linguaggio Rapid ABB User frame Objectframe Object frame orientation position orientation Quaternions X Y Z mm Quaternions qi q2 q3 q4 qi q2 q3 q4 T1 e tooldata definisce il sistema di riferimento utensile e altre sue carattiristiche per un esempio si veda la fig 5 19 PERS tooldata Grippe o Robot hold Tool weight kg Centre of true false Quaternions gravity of the tool X Y Z mm qi q2 q3 q4 Orientation of the tool load Moments of inertia kg m2 if all inertial components are 0 the tool is handled as a point mass Fig 5 19 Esempio di definizione del sistema di riferimento solidale al componente wobjdata linguaggio Rapid ABB e istruzioni per le tipologie di moto fondamentali moto generico moto lineare moto circolare per un esempio si veda la fig 5 20 robtarget zone for approximation via point auxiliary point Fig 5 20 Esempio di utilizzo delle istruzioni per la programmazione del moto linguaggio Rapid ABB 78 5 2 6 Breve panoramica delle istruzioni per i robot KUKA La struttura d
141. re dovuto ad un comportamento umano facilmente ipotizzabile robot robot industriale manipolatore riprogrammabile multifunzione controllato automaticamente programmabile secondo tre o pi assi che pu essere rigido o mobile destinato ad un uso in automazione industriale end effector un dispositivo appositamente costruito per essere collegato ad una interfaccia meccanica e che permette al robot di svolgere la sua funzione sistema di robot sistema di robot industriali un sistema che comprende un robot un end effector o pi end effector e apparecchiature dispositivi o sensori necessari al robot per svolgere la sua funzione 86 stop di protezione un tipo di interruzione di attivit che permette al robot di essere correttamente fermato per scopi preventivi di protezione e che assicura il corretto riavvio della logica del programma spazio lo spazio tridimensionale che comprende lo spostamento di tutte le parti del robot lungo i loro assi spazio massimo spazio che comprende le parti mobili del robot specificate dal fabbricante l end effector ed il pezzo da lavorare spazio limite una parte dello spazio massimo limitato da barriere che non devono essere superate spazio di manovra spazio operativo sottoinsieme dello spazio limite che effettivamente descritto dal robot mentre opera secondo il programma utente spazio salvaguardato spazio che limita un circuito chiuso di dispositivi di sicurezza componentistica di si
142. reazione al segnale di controllo e la facilit di manutenzione 6 2 7 Elementi di controllo Gli elementi di controllo devono essere progettati e costruiti in modo da impedire la manipolazione involontaria con un interruttore con serratura a chiave o pulsanti schermati Gli elementi di controllo devono essere facilmente leggibili e lo stato da essi indicato deve essere chiaramente visualizzabile ad esempio alimentazione attiva rivelazione di guasti funzionamento automatico Il sistema operativo del robot deve essere progettato e costruito in modo da garantire che nel caso in cui il robot sia azionato da un dispositivo unico di programmazione un pannello la sua attivazione o il cambio di selezione del controllo locale da qualsiasi altra fonte ad esempio un secondo pannello siano impediti 6 3 Requisiti per le parti relative alla sicurezza dei sistemi di controllo Le propriet del sistema di controllo della sicurezza dei robot sono stabilite in modo da soddisfare le categorie descritte in ISO 13849 1 per la descrizione delle categorie vedi paragrafo 5 4 Questa norma elenca i requisiti di sicurezza e le istruzioni per i principi di costruzione e integrazione di componenti di sicurezza dei sistemi di controllo SRP CS compreso un modello software Per queste parti di SRP CS nella norma sono specificate le 88 caratteristiche che comprendono il livello delle propriet necessarie per le funzioni di sicurezza da eseguire La norma
143. rico fonte trillium automation Inc 61 4 3 3 Verniciatura La verniciatura robotizzata utilizzaza di frequente e in paricolare si rende necessaria se i vapori prodotti sono dannosi per la salute Inoltre questo metodo permette di risparmiare il 25 30 di vernice rispetto alla verniciatura manuale Tra gli altri vantaggi c una minore necessit di manutenzione ed un incremento di sicurezza dovuto alla minore presenza di operatori in aree pericolose I robot Impiegati in questo tipo di lavorazione gi nelle loro configurazioni base sono dotati di sistemi di distribuzione per il trasferimento delle vernici all organo terminale tubi ed cavi che in passato erano collocati all esterno del robot vengono alloggiati in cavit ricavate all interno dei bracci del robot Questa soluzione costruttiva vista l assenza di organi deformabili all esterno della struttura la cui posizione peraltro difficilmente calcolabile con accuratezza porta ad un incremento del volume di lavoro del robot minimizza la probabilit di collisioni e facilita la programmazione Fig 4 15 Postazione per verniciatura fonte ABB Gli organi terminali dedicati alla verniciatura robotizzata sono in genere di tipo pneumatico o elettrostatico Il trasferimento della vernice realizzato mediante pompe a ingranaggi e la alimentazione della vernice realizzata mediante regolatori di pressione controllati pneumaticamente con misura del flusso
144. rischi di un robot e del suo presunto utilizzo possibile rilevare che in una particolare applicazione potrebbero essere necessarie ulteriori caratteristiche del sistema di controllo della sicurezza del robot non prescritte dalla norma relativa alla categoria 3 ma magari prescritte da quelle relative alle categorie 2 o 4 6 3 1 Comando di arresto di emergenza Ogni comando che consenta l avvio del robot o l inizio di qualsiasi altra situazione pericolosa deve essere fornito con l opzione di controllo manuale della funzione di arresto di emergenza quali e deve lavorare sia come arresto di categoria 0 sia di categoria 1 la selezione della categoria di arresto di emergenza dipende dai risultati dell accertamento dei rischi e deve essere superiore a tutte le altre funzioni e attivit in tutti i regimi massima priorit e attiva un arresto in caso di pericolo e disconnette la fornitura di energia a tutte le unit robot arresto di categoria 0 o deve essere gestito in un modo che permetta di fermare il movimento pericoloso non appena possibile categoria 1 stop senza che si verifichino altri rischi e se viene utilizzato pi di una unit di controllo ordini efficaci di arresto di emergenza devono essere forniti da qualsiasi unit di controllo e deve rimuovere ogni altro pericolo derivante dal funzionamento del robot deve rimanere attivo fino al momento in cui il ripristino avviene e il ripristino deve essere effettuato esclus
145. rme di sicurezza 44 46 Domanda Quali sensori di sicurezza possono essere usati per salvaguardare gli accessi agli spazi di lavoro individuali 1 e 2 mme EELER EE E Lietta sr d ees BSEERRRSRSSEISEIRR aaa a a j A ERI MI PS eee LEE E EE ELIT ISR EEE po eee ee e e hs TA A AE LAZIO RS LR A ee T H mm se mmm mm mm mmm mmm mm e pm em eem em mm ke ELTETE LF EELEE EAA EL CARA epes ech ee n nT virile Energia latente Domanda Elenca le prescrizioni di sicurezza relative all 47 48 Domanda Elenca le prescrizioni di sicurezza relative agli elementi di controllo 49 Domanda Elenca le prescrizioni di sicurezza riguardanti le interruzioni o le fluttuazioni dell alimentazione 51 Domanda Elenca le prescrizioni di sicurezza riguardanti l equipaggiamento elettrico 52 Domanda Definisci il concetto di danno 53 54 55 56 57 58 59 60 Domanda Definisci il concetto di rischio Domanda Definisci il concetto di sistema robotico MECCATRONICA Modulo 10 Robotica Soluzioni concetto Petr Blecha Zdenek Kol bal Radek Knoflicek Ales Pochyly Tomas Kubela Radim Blecha Tomas Brezina Universita Tecnica di Brno Cechia Concetto europeo per la Formazione Continua in Meccatronica di personale esperto nella produzione industriale globalizzata Progetto UE no 2005 146319 Minos durata dal 2005 al 2007 Progetto UE n
146. robot agisce come un settimo asse Alimentazione della vernice per mezzo di regolatori di pressione a controllo pneumatico provvisti di misuratori di flusso Sistema di cambiamento del tipo di vernice valvole a comando pneumatico Protezione esterna del robot materiale tessile strato di Teflon Domanda Descrivi le tipologie di postazioni di verniciatura in relazione alla tecnologia impiegata Verniciatura Con vernici liquide diluibile solo in solventi speciali ad alto rischio di esplosione il robot deve avere una protezione sufficiente dei suoi componenti elettrici Migliore adesione dello strato applicato sulla superficie Rivestimento con vernici in polvere non vi alcun pericolo di esplosione il processo di verniciatura pi lento minore adesione degli strati di vernice applicati alla superficie La postazione di lavoro pu essere dotata di un ulteriore robot che prepara la superficie da spruzzare preriscaldandola plasma fiamma ecc 23 Domanda Descrivi una postazione robotizzata progettata per la verniciatura 1 Postazione per il carico e lo scarico delle parti dai nastri trasportatori governata da un robot industriale 2 Postazione di verniciatura 3 Postazione di asciugatura della vernice libera a fuoco ecc 4 Le celle sono dotate di un alimentatore di tipo a sospensione per l alimentazione dei pezzi da spruzzare 24 Domanda Descrivi le postazioni progettate per operazioni tecnol
147. robotico dotato di testa tecnologica Fig 3 34 Produzione automatizzata di forche per carrelli elevatori con moduli rotanti a scomparsa liberamente programmabili come una periferica di RW ed un robot agganciato al portale 49 3 4 4 Classificazione dei PD in base al loro ruolo nella cella robotizzata Come accennato nell introduzione questi dispositivi sono spesso sviluppati in studi di progettazione indipendenti successivamente essi sono prodotti per le particolari esigenze della RW o del cliente In pratica la soluzione adottata per risolvere un particolare problema di progettazione di un PD dipende dal costruttore e dal progettista Sulla base dell esperienza possibile affermare che solo raramente lo stesso tipo di periferica viene reimpiegato in luoghi differenti 5 10 dei casi Nei casi rimanenti le periferiche sono costruite appositamente o comunque fortemente modificate fino ad avere il carattere di un nuovo dispositivo Mono scopo Fig 3 35 Interconnessione di celle di lavoro robotizzate per mezzo di nastri trasportatori Descrizione del layout interno della postazione di lavoro tecnologica robotizzata RTW in figura Ci sono tre tipi di IR strutture a catena cinematica seriale di tipo RRR e SCARA e strutture parallele di tipo TRIPOD Compito del robot di effettuare la manipolazione e l assemblaggio di componenti piccoli e leggeri ai quali ben si adatta questo tipo di PD trasportatori connettono le singole
148. rova alla massima distanza dal centro del riferimento l errore risultante sostituendo tali valori in 2 2 An A A R cosA cos Ag cos 2Ag 2R R sin Ag cos Ag cos 2A R sin A sin 2A da cui sviluppando A 2 Rysin AQ 0 5 sinA sin2A 0 5 cosA cos2A 0 5 2 5 C Ad esempio assumendo R 1 000 mm Ag 10 A 0 1 mm il risultato Acx 0 2 mm Acc 2 9 mm Ags 4 1 mm Aca 10 5 mm e ancora assumendo che il punto di riferimento B si trovi nella posizione di volta in volta pi sfavorevole rispetto ai diversi sistemi di riferimento otteniamo Aca 52 5 Ack Acs 20 5 Ack Acc 14 5 Ack L analisi dei 4 sistemi di riferimento mostra che a parita di accuratezza della meccanica dei manipolatori un robot industriale operante senza feedback di errore composto di unita regolabili nel sistema TTT ad esepio posizionamento nel sistema di riferimento cartesiano K sara il pi accurato 2 1 5 Robot industriali a cinematica parallela Recentemente hanno trovato applicazione alcune interessanti soluzioni che derivano dall idea di fissare l attrezzo di taglio ad una tavola piattaforma tenuta da 3 sospensioni di lunghezza variabile e dotate di un giunto articolato che ne permette la rotazione durante la lavorazione Siccome sono necessarie almeno 3 sospensioni per fissare univocamente la posizione del piano nello spazio e l uso di 6 sospensioni si rivelato ottimal
149. rsto schema consigliabile per il fatto di avere pi basse richieste dimensionali per l elemento terminale della BKC e dalla possibilit di operare superando un ostacolo verticale In ogni caso non stato mai prodotto per molto tempo In fig 2 22 mostrato uno dei componenti del sistema robotico modulare APR 2 5 dell azienda VUKOV di Presov tipo 03 Fig 2 22 Schema e modello del robot modulare APR 2 5 03 SK 21 db Lo schema CC Z RRT analogo a quello precedente del tipo derivato in combinazione RTT non era mai stato utlizzato in pratica e apparve nel 1986 quasi contemporaneamente in diverse aziende con il nuovo nome di SCARA Fig 2 23 Robot industriali del tipo SCARA a BOSCH SR 800 D b GEC BODY GB c Pana Robot Hr 155C J Questo robot differentemente dagli altri in combinazione RRT che nella configurazione di base rappresentato dal sistema sferico di UNIMATE trasforma il suo volume di lavoro in un sistema cilindrico Pertanto avviene un cambiamento del layout sferico in uno cilindrico e per la precisione all interno della combinazione di base KD RRT eb Lo schema ABZ RRT deriva direttamente dal tipo UNIMAT E si tratta comunque di un robot montato a parete Una soluzione pratica ad esempio il robot KAWASAKI UNIMATE problemi tecnici riguardano soprattutto i componenti oleodinamici e dinamici dovuti alla gravit In Fig 2 24 mostrato un robot UNIMATE montato a parete installato al d
150. seguente classificazione Componenti di presa meccaniche passive fixed and adjustable props flexible and suspended jaws attive con motore idraulico con motore pneumatico con motore elettrico con elettromagnete magnetiche passive magneti permanenti attive elettromagneti pneumatiche passive ventose oppure con valvola ausiliaria attive con pompa a vuoto Con un elettore speciali componenti di presa passivi 1 Componenti di presa passivi Oltre i pi semplici componenti meccanici passivi che nella pratica serovono a prendere trasferire e metter via parti ci sono anche altre interessanti soluzioni con pinze flessibili o mobili ovvero collari di presa mostrate in fig 3 2 Fig 3 2 Esempi di sistemi di presa meccanici passivi a con pinze elastiche b con pinze mobili 27 Il design di un collare di presa con pinze elastiche mostrato in fig 3 2a La presa ottenuta facendo aderire le pinze flessibili sulla superfice esterna della parte 1 in alto in figura sopra l asse oppure su quella interna 2 in basso in figura sotto l asse Il movimento del braccio robotico usato per la presa per il rilascio si pu usare il movimento contrario del braccio dopo che l oggetto viene preso da un altro manipolatore o agganciato nell accessorio di rilascio della macchina tirato gi da un gancio unidirezionale nel feeder ecc A volte il collare di presa
151. si modi di controllare una postazione robotizzata con riferimento ai collegamenti con altri dispositivi Disegna uno schema Controllo basato sul solo sistema di controllo di base del robot Teach Pendant Robot Gripper Controler Actuators Emergency Stop Switch Connessione del sistema di controllo del robot con un PLC di supervisione via rete ad esempio DeviceNet A Controler PLC Control il t em mm em mm A em em em om em em WW DLC Control g0 WS conveyer en pp pm pr a a ee Controllo remoto di una postazione di lavoro pi complessa con diversi robot industriali tramite rete Ethernet e server OPC 17 18 19 SH Robot Robot Controler Controler Robot Controler Ethernet Domanda Quali sono gli elementi pi importanti di una postazione robotizzata per la saldatura ad arco Elementi di base Generatore di corrente Torcia di saldatura Alimentatore del filo Elementi supplementari Sensore di collisione Dispositivi per la pulizia della torcia di saldatura ed il taglio del filo Unit di calibrazione automatica del TCP tool center point posizionatore del pezzo da saldare Domanda Quali sono gli elementi indispensabili di una postazione robotizzata per la saldatura a punti Generatore di corrente elettrodi per la saldatura a punti Unit di processo che assicura il regolare flusso del liquido di raffreddamento Domanda Quale tipolo
152. smo coppie cinematiche rotazionali nel rotazionale degli IR amp M meccanismo di orientamento degli a Con un asse IR amp M b b c con un braccio rotazionale a La prima e la terza coppia cinematica hanno assi paralleli nella posizione di base b Gli assi di tutte le tre coppie cinematiche sono reciprocamente perpendicolari 13 G o ath op A VO 7 74 Ret fi Pelt 9I H o a b c d e f Fig 2 10 Le disposizioni pi comuni relative alla combinazione di due coppie cinematiche nel meccanismo di orientamento degli IR amp M Le rotazioni cambiano spontaneamente direzione quando diverse coppie cinematiche vengono combinate tra loro Anche in questo caso analogamente al meccanismo di posizionamento necessario monitorare la loro disposizione Il monitoraggio degli assi paralleli non cos significativo come nel meccanismo di posizionamento in quanto l attivit del meccanismo di orientamento in differenti posizioni di lavoro presunta In linea di massima le posizioni mostrate in fig 2 10 sono utilizzate nella combinazione di due coppie cinematiche rotazionali nel meccanismo di orientamento In una combinazione di tre coppie cinematiche il numero di possibili disposizioni aumenta ulteriormente analogamente a quanto accade nel meccanismo di posizionamento Comunque le due varianti maggiormente nella pratica sono mostrate in fig 2 9 Nell esempio di fig 2 9a la terza coppia cinematica presenta una certa inclinazione risp
153. stanza maggiore sar l errore Fig 2 11 Coordinate in un sistema di riferimento cartesiano a cilindrico b sferico c e antropomorfo d Nel sistema di riferimento antropomorfo multiangolare in fig 2 5d la posizione desiderata espressa come Ao Ri 0 AQ 9 AQ R2 a Aa mentre le coordinate di quella effettiva sono A Ri x s Re a che in coordinate cartesiane diventano cfr fig 2 10d 1 A X R cos Re cos a m x COS 9 y R cos 9 Re cos amp m cos o Z R cos mp Ra cos a T Q Ao Xo COS Ag R cos Io Ag R2 COS Q T 9 AQ AQ Y2 Sin Ag R cos Ag R2 COS Q T 0 AQ Aa Zo Ri sin Io Ag R2 sin a T Q AQ AQ In questo caso la posizione del punto di riferimento B che si trova all estremit del braccio R2 influenzata non solo da e a che dipendono dai bracci Re eh ma anche dall angolo om e tutto ci anche mantenendo costante om L angolo influenza la distanza del punto di riferimento B rispetto al centro del riferimento che dipende anche dalla lunghezza dei bracci H e Re Assumendo per semplicit o 0 e 0 cio che il sistema di riferimento orientato in modo che l asse x si allineato al braccio R R e che Ag Aa Ag Ry Ro R e infine a x cio che il braccio Re allineato ad H lungo l asse x e 15 dunque che il punto di riferimento B si t
154. steso si muove all interno di una guida corta slide design vedi Fig 2 2b C Design di estensione o telescopico vedi Fig 2 2c s gu _ po a b c Fig 2 2 Rappresentazione schematica delle coppie cinematiche traslazionali a carrello b pattino scorrevole c telescopica In assenza di altri simboli speciali si assume che l elemento movente della coppia cinematica in fig 2 2 non possa allo stesso tempo ruotare Coppia cinematica rotazionale R Nella rappresentazione di una coppia rotazionale Rotational Kinematic Pair RKP bisogna considerare le sue caratteristiche specifiche che riguardano la rotazione intorno al proprio asse oppure la rotazione di un braccio di lunghezza r intorno ad un asse eccentrico giunto Inoltre bisogna considerare anche la direzione della vista del giunto rotazionale frontale planare o laterale RKP con un braccio rotazionale r a c RKP con rotazione intorno al proprio asse RKP con un angolo di rotazione illimitato e RKP con un angolo di rotazione limitato f b d a g g Fig 2 3 Coppie cinematiche rotoidali con angolo di rotazione illimitato a c con braccio di lunghezza r e b d intorno al proprio asse r 0 Va notato che anche una semplice rappresentazione schematica riesce a trasmettere l idea del tipo di moto rotatorio consentito dai vincoli costruttivi Tipici esempi sono mostrati nelle Fig 2 3 e Fig 2 4
155. sto di emergenza 89 0 52 EE 89 055 Nooo dia 90 Dech Modalita di funzionamento sar aaa 90 6 3 5 Controllo tramite un teach pendant 90 6 3 6 Requisiti per la cooperazione operativa Li 91 6 4 Descrizione delle categorie delle parti relative alla sicurezza dei sistemi di CONO nto 92 OMi AUS ON Barnard 92 042 MOAT SOM ME 92 045 Cioe 94 O44 Ciel Leida 94 OAD e EE 96 6 5 Dispositivi di sicurezza Drot 96 6 5 1 Dispositivo di arresto di emergenzg 96 0 52 Batriere rotoelettrach e di SiCULCZ Za esa 97 0 5 5 Laserscanner e 99 O 5 4 Bamiro Sonde aaa liane dialisi 100 0 55 Sensonidisicltezza perle DEE 100 EE D Ge Kee EE 101 6 6 Esempio di protezione di una postazione di lavoro robotizzata 102 1 STORIA SVILUPPO E DEFINIZIONE DI ROBOT 1 1 DALLE MACCHINE DA SCRIVERE Al ROBOT La tendenza all impiego di umanoidi o macchine rassomiglianti ad esseri viventi al fine di servire l uomo antica quanto la stessa cultura umana La costruzione delle prime statuine semoventi risale all antico periodo bizantino Nell Iliade Omero racconta che Efesto uno degli Dei dell Olimpo impieg nella sua casa cameriere forgiate di oro puro Nel periodo che va dal 400 al 365 A C Archita da Taranto cre con il legno un uccello meccanico la famosa colomba di Archita Si dice che il piccione contenesse al suo interno un piccolo palloncino con una v
156. struzione e produzione dipende da particolari necessit di manipolazione verniciatura ecc Perci spesso il PD una macchina destinata ad una specifica applicazione come accade con i diversi end effectors 3 4 2 Classificazione dei PD rispetto alla loro funzione In questo caso i PD sono usati per cambiare la posizione del centro di massa di un oggetto nello spazio L oggetto viene ricollocato cambiando la posizione del suo centro di massa mentre l orientamento del pezzo resta costante Possiamo avere i seguenti PD elencati in base alla direzione nella quale viene spostato il centro di massa e centro di massa si muove lungo una linea e centro di massa si muove lungo una circonferenza e centro di massa si muove in un piano e centro di massa si muove nello spazio Esempio di PD usato per muovere il centro di massa dell oggetto lungo una retta questo tipo di PD serve a permettere lo spostamento intervallato di oggetti lungo una linea come mostrato in fig 1 senza modificare l orientamento dell oggetto Questo uno dei gruppi pi importanti 42 Fig 3 20 Movemento di oggetti lungo una linea mentre l orientamento resta costante movimento ad intervalli t 3 4 3 Classificazione dei PD rispetto alle loro caratteristiche costruttive Le soluzioni costruttive dei dispositivi periferici dipendono sempre dal tipo di macchina di produzione manipolatore o robot industriale ma soprattutto con la postazione di
157. t del contatto ventosa oggetto S da 0 6 a 0 7 dalla superficie racchiusa dalla ventosa in contatto in mm e dal gradiente fra pressione interna p in MPa ed esterna pa pressione atmosferica in MPa essa data da Folles anice 2 18 Il vuoto dato dalla differenza delle pressioni per ventose senza anelli di compressione per teste non regolabili con anelli di compressione esso vale circa 0 030 0 035 MPa Ap p P La forza di presa tangenziale dipende invece dal coefficiente k 1 00 1 25 che comprende la forma della superficie di contatto oggetto ventosa la qualita e lo stato della superficie dell oggetto e dal coefficiente di attrito uo 0 25 0 60 fra il materiale della ventosa e quello dell oggetto a diretto contatto con essa Dove k il fattore di forma per una forma circolare varia da 0 8 0 9 Nel caso di grippers con teste magnetiche passive che sono perpendicolari alle superfici di contatto la forza di presa normale F vale PR CO ORRORE OTIS TOT 2 21 1610 Fig dove B il coefficiente di induzione magnetica dei dipoli S l area della sezione dei dipoli magnetici in m La sezione del magnete attivo in m installato fra poli 39 Dipende dal coefficiente di deviazione k 1 1 to 1 2 e da quello di induzione magnetica del magnete permanente Bn La forza di presa tangenziale puo essere ricavata dalla stessa formula vallida per le vent
158. tare ad un movimento automatico di un robot o del suo end effector 6 2 3 Alimentazione L equipaggiamento del robot deve permettere a ciascuno dei suoi sistemi di alimentazione potenzialmente pericolosi es elettrico meccanico idraulico pneumatico ecc di poter essere scollegato consentendo un blocco switch out o qualsiasi altra forma di blocco di sicurezza 6 2 4 Energia latente L operatore del robot regolatore addetto alla manutenzione deve disporre di mezzi che permettano un rilascio controllato di energia latente Ogni fonte di energia latente ad esempio cilindri di stoccaggio di aria fluido compresso condensatori batterie molle pesi di bilanciamento volani devono essere provvisti di una etichetta di sicurezza appropriata 6 2 5 Compatibilit elettromagnetica EMC La costruzione e le progettazione di robot devono essere conformi alle IEC 61000 per evitare movimenti pericolosi o situazioni di pericolo derivanti da segnali di disturbo causati da interferenze elettromagnetiche EMI interferenze radio RFI o da scariche elettrostatiche ESD 6 2 6 Equipaggiamento elettrico La costruzione e la progettazione delle apparecchiature elettriche del robot devono essere conformi alle corrispondenti prescrizioni IEC 60204 1 La norma specifica i requisiti e le istruzioni per l equipaggiamento elettrico delle macchine con particolare attenzione alla sicurezza del personale e dei beni la coerenza nelle caratteristiche di
159. tavia la differenza che se si verificano guasti multipli per esempio in caso di condensa dei contatti di alimentazione K1 e K2 la funzione di sicurezza comunque garantita e il movimento non pu essere riavviato input 1 L bk Signal i processing 1 3 d V anemer Control circuits Fig 6 6 Schema a blocchi e esempio di una soluzione tecnica di categoria 4 6 5 Dispositivi di sicurezza protettivi 6 5 1 Dispositivo di arresto di emergenza La EN ISO 13850 stabilisce i requisiti per i dispositivi di arresto di emergenza La presente norma internazionale specifica i requisiti funzionali e principi di costruzione per la funzione di arresto di emergenza delle macchine indipendentemente dal tipo di energia utilizzata per la funzione di controllo A questo scopo un dispositivo di comando azionato manualmente ed utilizzato per l avvio delle funzioni di arresto di emergenza deve essere considerato un dispositivo di arresto d emergenza Esso pu avere la forma di un pulsante a fungo un filo una corda una barra una leva o un interruttore a pedale e deve essere situato in ogni luogo di controllo dell operatore L interruttore di arresto di emergenza deve avere un pulsante rosso con uno sfondo giallo Questo dispositivo deve lavorare sul principio dello stop forzato diretto con fissaggio meccanico mediante chiusura 96 Fig 6 7 Visualizzazione dei pulsanti di Stop di emergenza 6 5 2 Barriere fotoelettriche
160. temi di categoria 4 una maggiore copertura diagnostica e l uso di componenti con una maggiore affidabilit e durata Dato un sistema di categoria 4 La funzione di sicurezza in caso di guasto singolo garantita guasti sono individuati prima che si verifichi la perdita della funzione di sicurezza Viene preso in considerazione l accumulo di errori non rilevati 28 Domanda A quale categoria corrisponde l architettura mostrata in figura 29 30 Signal _ Periodical processing testing al gt tt L architettura mostrata in figura corrisponde a quella fissata per la categoria 2 Questo tipo di architettura prevede una funzione di controllo periodico ad intervalli opportuni L avvio del controllo periodico pu essere automatico e deve Consentire il funzionamento quando non sono stati rilevati errori Generare un segnale di output che avvia una opportuna procedura di controllo quando viene individuato un guasto In un sistema di categoria 2 Un guasto causa la perdita della funzione di sicurezza tra un controllo e l altro Il controllo pu rilevare la perdita della funzione di sicurezza Domanda Se una postazione robotizzata messa in sicurezza per mezzo di barriere fisiche e di un numero sufficiente di sensori di sicurezza per tutti i possibili ingressi essa deve essere comunque dotata di un pulsante di arresto di sicurezza Sl Domanda A che distanza di sicurezza S dall area di pericolo deve
161. th the T1 transmission effectors with the T2 transmission 30 Table 3 3 Kstruttura inematic structure of gripping Table 93 4 Kinematic structure of gripping effectors with the T3 transmission with the T4 transmission In fig 3 6 sono mostrati diversi esempi di soluzioni progettuali per la trasformazione da T1 a T4 insieme al tipo di trasmissione indicato nella relativa tabella NS A 5 CA re vA VA A 7 vA Z FA Zb G P LA N A AMANN PTZ LLLLE Fig 3 6 Esempi di grippers nelle trasmissioni da T1 a 14 a Pinza tipo T1 governata da un motore lineare pneumatico con ganasce aperte da molle trasversali trasmissione di tipo 3 D Pinza tipo T2 governata da un cilindro idraulico e con ganasce a rotazione aperto da molle di trazione tipo di trasmissione 2 c Pinza tipo T2 governata da un elettromagnete lineare e con ganasce a parallelogramma chiuso da una molla di compressione trasmissione di tipo 8 d Pinza tipo T3 tipo di trasmissione 2 con ganasce governate da un motore elettrico di rotazione mediante un innesto a frizione per mezzo del quale possibile regolare la forza di presa e Pinza tipo 14 con trasmissione ad ingranaggi tipo di trasmissione 1 e un motore elettrico di rotazione 1 motore elettrico 2 frizione conica 3 trasmissione ad ingranaggi conici 4 trasmissione ad ingranaggi anteriore 5 bracci rinforzati 6 ganasce 31 2 Componenti di presa magnetici
162. ti finite strumenti attrezzi di produzione assiemi o anche materiale di scarto pi utilizzati sono nastri trasportatori trasportatori a catena trasportatori aerei trasportatori a vibrazione trasportatori in linea di assemblaggio automatizzate e trasportatori a rulli Domanda A cosa servono i posizionatori e gli attrezzi di saldatura posizionatori e gli attrezzi di saldatura sono usati per fissare la posizione di saldatura Il posizionatore fissa Il pezzo da saldare ed inoltre esegue semplici movimenti per realizzare mediante una testa tecnologica saldature ad arco con pinze o a punti saldatura a resistenza Domanda Elenca gli elementi di base di una postazione robotizzata e descrivi quelli pi importanti Robot industriale 1 Linea di connessione 2 Sistema di controllo alloggiamento che contiene il controllore del robot i trasformatori di frequenza dei singoli assi ed eventuali altre periferiche 3 Teach pendant per mezzo del teach pendant possibile muovere il robot nello spazio e quindi creare un percorso di lavoro per punti che il robot dovr successivamente seguire in modalit automatica 4 end effector si trova sulla testa del robot e serve ad eseguire delle specifiche operazioni ad esempio presa dei pezzi saldatura ecc Sensoristica Elementi per la prevenzione della collisione fra robot e operatore umano come ad esempio barriere meccaniche Domanda Descrivi i diver
163. tile scomporre la procedura in operazioni elementari e rappresentare l algoritmo mediante un diagramma di flusso Nella tabella 5 2 sono rappresentati alcuni simboli utilizzati per la costruzione dei diagrammi di flusso Tab 5 2 Elementi di base costituenti il diagramma di flusso e inizio o fine della e diramazioni DR e operazioni programmazione DR etc elementari e Diagramma per la programmazione del compito di pallettizzazione fig 5 23 SI definiscono le seguenti variabili segnali e procedure o un contatore per i 45 componenti Counter o ingressi dei sensori che segnalano la presenza dei componenti nelle posizioni 1 e 2 Di1 e Di2 o procedure di manipolazione dei componenti dalle posizioni 1 e 2 Get From Poet and Get From _Pos2 o procedure per Il posizionamento dei componenti sui pallet Palletize o segnali di uscita per il rilascio dei componenti sul pallet Release_ Pallet 50 Counter lt 45 Yes Yes No Release Pallet 1 Yes Get From Posl Counter Counter 1 Fig 5 23 Diagramma di flusso relativo al compito di pallettizzazione e Programmazione del compito di pallettizzazione per la struttura del programma si veda la fig 5 24 1 Program data declaration MODULE Palletize_task Name of the program Palletize task VAR Gounter 0 Definition of the counter CONST robtarget Get_Comp_1 pa Grasp a component from position 1 Feeder 1 CONST robtarget Get Comp_2
164. tilizzano pompe a vuoto pneumatico o elettori per il loro funzionamento L estrattore un dispositivo di scarico o di pompaggio alimentato da un ugello a getto di acqua gas o vapore Nel caso delle pompe a vuoto pi camere a vuoto possono essere collegato al sistema di scarico comune La forza del vuoto ottenuto determinata dal tipo di pompa a vuoto solitamente si va da 30 a 80 kPa Nel caso di teste di presa dotate di estrattore quest ultimo pu essere condiviso fra diverse camere a vuoto oppure ciascuna camera pu avere un elettore separato Nel secondo caso la camera a vuoto ed il meccanismo di espulsione costituiscono in genere una sola unit cfr fig 3 8a Il vantaggio delle teste a vuoto con meccanismo di espulsione rispetto alla pompa a vuoto il loro costo incomparabilmente inferiore d altra parte per c un grande consumo di aria compressa Gli eiettori sono quindi pi adatti alle teste di presa pi piccole In fig 3 8b mostrato il meccanismo di controllo della testa di un eiettore a vuoto dotato di un silenziatore sul tubo di scarico L unit di espulsione dotata di un ingresso supplementare attraverso il quale possibile immettere aria compressa nella camera a vuoto qualora sia necessario rilasciare velocemente l oggetto afferrato Le teste di presa magnetiche attive con elettromagneti non devono essere confuse con le teste di presa meccaniche pinze controllate da elettromagneti 32 Ce TINNA ST
165. tori a cestello pallets carrelli di trasporto Domanda Come possono essere classificati i dispositivi terminali Peripheral Devices PD in relazione al modo in cui realizzano lo spostamento di un oggetto ovvero pi precisamente del suo centro di massa L oggetto viene ricollocato cambiando la posizione del suo centro di massa mentre l orientamento del pezzo resta costante E possibile riconoscere i seguenti PD elencati in base alla direzione nella quale viene spostato il centro di massa dispositivi che spostano il centro di massa lungo una linea lungo una circonferenza in un piano o nello spazio 12 Domanda Come possono essere classificati i dispositivi terminali PD in relazione 13 alle loro soluzioni costruttive Le soluzioni costruttive dei dispositivi terminali sono sempre consistenti con il tipo di macchina di produzione manipolatore o robot industriale ma soprattutto con le finalit della postazione di lavoro Infine esse dipendono dall oggetto da manipolare la sua forma dimensione peso composizione ecc Dal punto di vista costruttivo dispositivi terminali possono essere classificati in trasportatori posizionatori e attrezzi di saldatura Domanda Quali tipi di trasportatori conosci trasportatori sono elementi fondamentali per il trasporto di componenti e pezzi oggetti della manipolazione e possono essere di varie forme e tipologie Essi possono 14 15 16 trasportare semilavorati par
166. tri macchinari ad un unica postazione e controllarli in maniera centralizzata per mezzo di un unico PLC e g Siemen Simatic in tempo reale Questo il metodo utilizzato pi di frequente nella pratica 56 4 3 Tipologie di celle robotizzate 4 3 1 Saldatura Le celle robotizzate impiegate per la saldatura possono essere divise in due tipologie a seconda della tecnologia utilizzata Ciascuna di esse richiede l utilizzo di periferiche dedicate Una postazione per la saldatura ad arco equipaggiata oltre che con i componenti fondamentali quali generatore cannello per saldatura e carrello trainafilo con del componenti addizionali per incrementare l automatizzazione delle operazioni Per motivi di sicurezza si utilizza un sensore di collisione posizionato sulla flangia del robot che cambia il valore logico del segnale di uscita in caso di contatto accidentale del cannello con un ostacolo Questa variazione dell ingresso logico dovuta alla collisione interpretata dal sistema di controllo come condizione di errore e causa l arresto immediato di tutti gli attuatori Di conseguenza in postazioni equipaggiate con sensori di collisione non si verificano danni ai componenti pi costosi quale ad esempio il cannello per saldatura Se il robot saldasse con continuit si verificherebbe un progressivo intasamento del cannello con conseguente degrado della qualit della saldatura Per questo motivo le celle per la saldatura sono equipaggiate
167. unto finale PEND Il raggio della circonferenza definito da un punto ausiliario PAUX punto di via L istruzione nel linguaggio sviluppato da KUKA CIRC CIRC motion per ABB MoveC Circular move 5 2 4 Approssimazione del moto In generale si pu dire che l utilizzo delle tipologie di moto fondamentali precedentemente definite di per se non sarebbe sufficiente per la maggior parte delle applicazioni pratiche Una caratteristica comune peraltro necessaria a tutti i moti definiti che la velocit dell organo terminale in corrispondenza del punto finale di ciascuna primitiva di percorso P2 PEND si veda sopra deve annullarsi Infatti immaginando di pianificare il moto mediante l unione di pi primitive lineari o circolari nei punti di contatto si avrebbero necessariamente delle spigolosit in corrispondenza delle quali si verificherebbe una discontinuit della velocit Pertanto per inseguire il riferimento assegnato il robot dovr arrestare il suo moto in ogni punto intermedio Se si disposti a rinunciare al vincolo di passaggio per i punti di cui sopra possibile fare in modo che il robot vi passi vicino mantenendo una curvatura regolare che consente di proseguire il moto senza fermarsi In questo caso i punti in oggetto sono chiamati punti di via Di conseguenza la traiettoria sar pi regolare e pi veloce Perci questa approssimazione consente anche una riduzione del ciclo di lavoro com
168. urata all affidabilit ecc tre fattori suddetti possono essere visualizzati per mezzo di un diagramma in coordinate cartesiane x y e z 4 p 38 4 intelligence brel man in ine production procest Emmmputorg conto Evelemmg F i GY NI d Physical paopertine E H e SC SEH a helenperaiars mister eine balamoere Poel Delile merita lly imeuareni manipulators Fig 1 4 Confronto schematico tra uomo e macchina in un processo di produzione NODA s xx La fig 1 4 presenta una descrizione molto schematica dell uomo in un processo di produzione Egli caratterizzato da un alto livello di intelletto necessario per il processo di produzione in questione un livello piuttosto alto del fattore relativo alle possibilit funzionali ma da un basso livello del fattore relativo alle propriet fisiche L uomo pertanto schematizzato medinate un parallelepipedo di piccolo spessore lungo l asse delle propriet fisiche L uomo ha sempre avuto questa consapevolezza per questo motivo egli ha sempre realizzato macchine in grado di sopperire alle sue incapacit fisiche Le macchine da cantiere e loro simili controllate direttamente dall uomo ad esempio escavatori ruspe bilancieri ecc sono schematizzate in due dimensioni nel piano individuato dalle propriet fisiche e dalle possibilit funzionali D altra parte gli elaboratori computer sistemi di controllo sono anch esse rappresentate in due
169. uzione di robot industriali e manipolatori Coppia cinematica Prismatica fi 5 Domanda A cosa servono i dispositivi terminali Peripheral Devices PD per i robot industriali e per i manipolatori 6 Domanda Che funzione svolgono i dispositivi terminali Peripheral Devices PD 7 Domanda Quali sono i vantaggi nel uso di dispositivi terminali Peripheral Devices PD in una postazione tecnologica robotizzata Robotized Technological Workplace RTW 8 Domanda Quali sono le soluzioni costruttive e la relativa classificazione dei dispositivi terminali Peripheral Devices PD 9 Domanda Quali caratteristiche funzionali devono avere i dispositivi terminali Peripheral Devices PD 10 Domanda Come possono essere classificati i dispositivi terminali Peripheral Devices PD in relazione alle loro caratteristiche costruttive di base 11 Domanda Come possono essere classificati i dispositivi terminali Peripheral Devices PD in relazione al modo in cui realizzano lo spostamento di un oggetto ovvero pi precisamente del suo centro di massa 12 Domanda Come possono essere classificati i dispositivi terminali PD in relazione alle loro soluzioni costruttive 15 Domanda Elenca gli elementi di base di una postazione robotizzata e descrivi quelli pi importanti 16 Domanda Descrivi i diversi modi di controllare una postazione robotizzata con riferimento ai collegamenti con altri dispositivi Disegna uno schem
170. ystem Sistema di riferimento World Coordinate World Coordinate mondo System System Sistema di riferimento base Robot Base Coordinate User Coordinate System Sistema di riferimento base Object Coordinate System La programmazione del moto nello spazio operativo notevolmente pi semplice rispetto alla programmazione giunto per giunto moto ad impulsi Naturalmente il sistema di controllo del robot implementa algoritmi che possono variare tra i robot di diversi costruttori per la trasforzazione di coordinate e per il calcolo della cinematica inversa in fig 5 9 sono rappresentate le principali differenze KUKA e ABB Si parla di cinematica diretta quando si calcolano posizione ed orientamento della terna utensile a partire dai valori delle variabili di giunto mentra si parla di cinematica inversa quando si calcolano le variabili di giunto a partire dalla posizione e dall orientamento dell organo terminale 72 FORWARD Transformation A ra coordinates X Y Z rotations A B C special parameters 5 T ABB coordinates X Y Z Robot controller rotations quaternions special parameters cfi cha cf6 cx INVERSE Transformation Fig 5 9 Trasformazione di coordinate 5 2 3 Tipologie principali di moto Le tipologie principali di moto includono in particolare le seguenti categorie e Moto generico fig 5 10 Fig 5 10 Moto generico 73 Per questa tipologia
171. ystem Set Di 2 WaitUntil Do 2 1 Reset Di 2 IF Do_3 1 THEN Shaft_1 Reset Do 3 ELSE IF Do 4 1 THEN Shaft 2 Reset Do 4 ELSE IF Do 5 1 THEN Shaft_3 Reset Do_5 ELSE Scrap ENDIF ENDIF ENDIF ENDPROC ENDMODULE 27 Domanda Elenca e descrivi le categorie di componenti di un sistema di controllo legati alla sicurezza componenti di sicurezza dei sistemi di controllo sono raggruppati in categorie e classificati in base alla loro resistenza alle avarie e di conseguenza al loro comportamento in caso di guasto Tale classificazione dipende dalla progettazione strutturale delle parti dalla possibilit d individuazione dei guasti e o dall affidabilit dei componenti utilizzati Ad ogni categoria viene assegnato uno dei cinque livelli noti come categorie B 1 2 3e 4 Categoria B la categoria di base Le parti di sicurezza del sistema di controllo devono essere progettate costruite selezionate assemblate e connesse in modo da rispettare le normative in essere e nel caso siano applicate le normative di sicurezza per usi specifici in modo da resistere a Sforzi di esercizio attesi ad esempio frequenza di commutazione Contatto con i materiali utilizzati in lavorazione per esempio vernice Altri effetti esterni rilevanti ad esempio vibrazioni meccaniche o guasti di alimentazione sistemi di Categoria B non sono dotati di alcuna copertura diagnostica per cui il verificarsi di un guasto pu causare la perd
172. zate per alcune applicazioni meno complesse Nel caso di queste semplici barriere di luce di sicurezza il trasmettitore e il ricevitore possono essere alloggiati in una scatola cosiddette barriere ottiche riflettenti fig 6 9 Uno specchio posto sul lato opposto riflette il fascio di ritorno al trasmettitore L oggetto rilevato interrompe il fascio riflesso e provoca un cambiamento nel segnale di uscita Il trasmettitore e il ricevitore operano con una lente comune La luce trasmessa passa attraverso lo specchio di divisione e la lente fino al vetro riflettente Lo specchio riflette la luce trasmessa di nuovo alla lente Dividing mirror Transmitter Transmitter Reflecting Lense H i ne i l eflectin receiver glass Receiver glass i Object Fig 6 9 Barriera ottica riflettente Un altra opzione posizionare il trasmettitore e il ricevitore su lati opposti le cosiddette barriere fotoelettriche a una via fig 6 10 L oggetto interrompe il raggio e fa scattare il trasmettitore indipendentemente dalla propriet della sua superficie Transmitter i Receiver Object Fig 6 10 Barriere fotoelettriche a una via Nelle barriere fotoelettriche multi raggioo il passo cio la distanza tra i raggi limitrofi definisce la capacit di risoluzione della barriera di sicurezza e la sua efficacia Pi piccolo il passo dei raggi pi piccolo l oggetto intruso che pu essere rilevato dalla barriera La 98 risoluzione della b
173. zione di costi e di tempo necessario per la produzione e per l assemblaggio della cella robotizzata A valle della simulazione e della conseguente generazione ove possibile del codice sorgente nello specifico linguaggio di programmazione necessario modificare il programma generato in quanto il modello per sua definizione approssimato Perci importante quantificare il livello di accuratezza del modello di simulazione rispetto alla cella reale e analizzare con attenzione i risultati delle simulazioni ed i conseguenti programmi sviluppati prima di caricarli nel sistema di controllo del robot I pacchetti software commerciali disponibili per la simulazione e la programmazione fuori linea possono essere divisi in due grandi categorie e software sviluppati dai produttori di robot industriali e g ABB KUKA etc e software universali sviluppati da terze parti La prima categoria utilizzata in genere in abbinamento esclusivo ad un robot industriale di un particolare produttore il che costituisce senz altro uno svantaggio non universale d altro canto il principale vantaggio di questi prodotti che essi sono principalmente basati sui cosiddetti controller virtuali i quali garantiscono le stesse possibilit di programmazione dei teach pendant Inoltre anche l output nella forma di programmi off line dovrebbe rispettare pienamente la reale sintassi dei robot e le relative possibilit di programmazione Esempi di questi sistemi
174. zione di sicurezza La figura precedente mostra le caratteristiche dell architettura di categoria 3 dove Im rappresentano i dispositivi interconnessione 11 12 sono i dispositivi di input ad esempio sensori C rappresenta il sistema di controllo incrociato L1 L2 rappresentano circuiti logici separati m il sistema di monitoraggio 01 02 sono dispositivi di output TE il dispositivo di test OTE rappresenta l output del dispositivo di test Un sistema di categoria 3 Garantisce la funzione di sicurezza anche in caso di un singolo guasto Pu individuare alcuni ma non tutti i guasti Impedisce che l accumulo di errori non riconosciuti porti alla perdita della funzione di sicurezza Categoria 4 le parti relative alla sicurezza del sistema di controllo SRPICS di categoria 4 devono essere progettate in modo da evitare che un singolo guasto in una parte qualsiasi del sistema possa causare la perdita della funzione di sicurezza e da garantire l individuazione di un singolo guasto prima o in corrispondenza della successiva richiesta di funzione di sicurezza ossia immediatamente all inizio o alla fine del ciclo di funzionamento della macchina Se il rilevamento non risulta possibile l accumulo di errori non riconosciuti non deve portare alla perdita della funzione di sicurezza L architettura dei sistemi di categoria 4 la stessa della categoria 3 La differenza fra le categorie 3 e 4 per i sis

meccatronica - ADAM - Leonardo da Vinci Projects and Products

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents