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LA ROBOTICA L’uomo ha sempre desiderato demandare compiti ripetitivi o pesanti a delle macchine. I precursori degli attuali robot furono creati dagli antichi.

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1 LA ROBOTICA L’uomo ha sempre desiderato demandare compiti ripetitivi o pesanti a delle macchine. I precursori degli attuali robot furono creati dagli antichi Greci ed Egizi, ma si trattava principalmente di meccanismi ad azionamento idraulico o di manufatti in grado di muoversi attraverso delle cordicelle. Il primo ad inventare un robot più complesso fu però Leonardo da Vinci il quale realizzò un leone meccanico che andò incontro a Luigi XII al suo ingresso a Milano.

2 LA ROBOTICA La robotica è una scienza che, studiando i comportamenti degli esseri intelligenti, cerca di sviluppare delle metodologie che permettano ad una macchina (robot), dotata di opportuni dispositivi atti a percepire l'ambiente circostante ed interagire con esso, di eseguire dei compiti specifici. È una disciplina relativamente nuova, che trova il suo posto nel mercato svolgendo compiti troppo faticosi, ripetitivi, noiosi, precisi, veloci o pericolosi per essere effettuati da un uomo. Anche se la robotica è una branca dell'ingegneria in essa confluiscono approcci di molte discipline quali automazione, elettronica, fisica, informatica, matematica, meccanica.

3 ROBOTICA INDUSTRIALE Un robot industriale è un tipo di robot utilizzato nella produzione industriale, per renderla più rapida e di qualità. La norma ISO TR/ definisce il robot industriale come: “Un manipolatore con più gradi di libertà, governato automaticamente, riprogrammabile, multiscopo, che può essere fisso sul posto o mobile per utilizzo in applicazioni di automazioni industriali”

4 TIPOLOGIE DI ROBOT Esistono moltissime tipologie di robot ed è possibile catalogarli in due macro gruppi: Autonomi Non autonomi robot che operano in totale autonomia ed indipendenza dall'intervento umano e sono in grado di prendere decisioni a fronte di eventi inaspettati. Adatti a svolgere compiti in ambienti non noti a priori: esplorazione di luoghi inaccessibili all’uomo (profondità oceaniche, suolo di Marte); pulizie domestiche; compiti di giardinaggio. Gli algoritmi che gestiscono questi robot implementano tecniche di intelligenza artificiale, algoritmi genetici e reti neurali. utilizzati per adempiere a specifici compiti che riescono ad assolvere in maniera più efficace dell'uomo. L’utilizzo principale dei non autonomi è nell’industria dove questi robot permettono di ottenere una produzione più precisa, veloce e a costi ridotti. Guidati da un software deterministico che fa eseguire loro il lavoro in modo ripetitivo oppure sono direttamente pilotati dall'uomo come ad esempio i robot utilizzati dagli artificieri.

5 LA ROBOTICA NEL MONDO

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7 PRINCIPALI APPLICAZIONI INDUSTRIALI Asservimento alle macchine utensili (carico e scarico di pezzi) e pallettizzazione e depallettizzazione Lavorazioni meccaniche come forature, fresature, taglio (laser, water jet) e sbavatura di componenti

8 PRINCIPALI APPLICAZIONI INDUSTRIALI Operazioni di misura e controllo dimensionale Assemblaggio di elementi (dalle schede elettroniche ai motori), realizzato anche con più robot in una catena di montaggio Saldature per punti, ad arco elettrico, laser e al plasma

9 PERCHE’ I ROBOT NELL’INDUSTRIA Miglioramento della qualita' del prodotto: i robot non si stancano e hanno un rendimento costante. Aumento della produttivita': lavorano senza interruzioni, con movimenti estremamente veloci e, di solito, ottimizzati. Possibilità di lavorare in ambienti ostili: i robot possono essere tranquillamente adoperati in ambienti ostili all'uomo (presenza di agenti inquinanti, tossici, radioattivi) o quando il processo può risultare pericoloso per l’uomo (saldatura, verniciatura, smerigliatura, ecc) Necessità di ridurre i costi di produzione: su produzioni di grandi quantità, il robot risulta economico; ad un costo iniziale superiore dovuto all’acquisto e alla messa in produzione del robot, segue un costo/unità molto più basso.

10 REQUISITI DI UN ROBOT Un robot dovrebbe essere: Veloce Preciso Sicuro Economico Ricco di interfacce verso l’esterno Fornito di ampia memoria per la elaborazione e la raccolta dati Facile da programmare (Programmabile off line tramite Personal Computer) Adattabile alle variazioni di forma dei pezzi da lavorare

11 STRUTTURA DI UN ROBOT Un robot è composto da organi meccanici ed elettrici governati da una o più unita centrali assimilabili alla CPU di un normale computer che, unitamente a componenti di memoria riscrivibili, permettono la memorizzazione e l’esecuzione dei comandi. Nella struttura un robot può essere considerato come una macchina costituita da un certo numero di elementi uniti tra di loro (LINK) tramite giunti cinematici (JOINT) che consentono loro un movimento relativo.

12 END EFFECTOR La struttura dell’end effector dipende dall’operazione che deve compiere il robot; in alcuni casi può essere simile ad una mano dotata di dita oppure un utensile senza la possibilità di presa, ma adatto allo svolgimento di uno specifico compito. I più diffusi attrezzi per l’end effector sono le pinze di atterraggio, meccaniche o magnetiche, le pinze da saldatura e le pistole da verniciatura.

13 GIUNTI E LINK Un robot è caratterizzato da un insieme di elementi, detti link, connessi per mezzo di giunti chiamati joint. I giunti sono divisibili in due categorie: Prismatici (P): consento un moto lineare tra due link Rotoidali (R): permettono un moto rotatorio tra due link attorno ad una asse che può essere parallelo o perpendicolare agli assi dei link

14 GRADI DI LIBERTA’ Fondamentale per la caratterizzazione di un robot è il numero di assi, o i gradi di libertà, di cui è dotato. Un grado di libertà è ottenibile con un giunto, prismatico o rotoidale, che unisce due link successivi. Maggiore è il numero di gradi di libertà del robot, e maggiore è la sua capacità di assumere posizioni e orientamenti diversi, ma anche maggiore è la sua complessità.

15 TIPOLOGIE DI ROBOT I robot industriali non sono solo differenziabili a seconda dell’impiego, ma anche in base alla geometria che li caratterizza. la successione di coppie cinematiche e il numero di gradi di libertà possibili determina la struttura generale del robot, come riportato in tabella Tipo di robotSuccessione di coppie cinematicheGradi di libertà CartesianoPPP3 A PortalePPP2 - 3 PolareRRP3 CilindricoRPP3 SfericoRRP3 SCARARRP2 - 4 AntropomorfoRRR3 - 8 Pick-and-PlaceR/P 3

16 ROBOT CARTESIANI I movimenti principali sono tre e sono realizzati per mezzo di tre giunti prismatici, di conseguenza il volume utile di lavoro risulta un parallelepipedo Ad ogni grado di libertà dei giunti corrisponde un grado di libertà cartesiano; questo comporta una semplice programmazione dei movimenti, in quanto ogni punto raggiungibile è identificato da una terna cartesiana, e anche una notevole rigidezza meccanica. I robot cartesiani sono particolarmente utilizzati per operazioni di assemblaggio in ambienti strutturati e spesso sono fissati ad una rotaia che permette lo spostamento lungo uno dei tre assi. Generalmente sono utilizzati in applicazioni con grandi volumi di lavoro oppure quando è necessario effettuare più operazioni su una stessa linea. In ambito industriale i robot cartesiani costituiscono il 20% dei robot installati.

17 ROBOT A PORTALE Sono cinematicamente simili ai robot cartesiani; infatti anch’essi sono costituiti da tre giunti prismatici che consentono di ottenere un volume utile di lavoro a parallelepipedo La struttura a portale permette di sostenere il robot e di utilizzarlo per applicazioni di grosse dimensioni; inoltre, in questo modo si ha la possibilità di posizionare l’unità terminale sopra al pezzo da lavorare in modo da non ostruire la zona con il robot stesso. I robot a portale sono prevalentemente utilizzati per operazioni di movimentazione di materiale e palletizzazione; strutture dello stesso tipo, ma di ridotte dimensioni sono impiegate nel montaggio di componenti meccanici o elettronici.

18 ROBOT CILINDRICO Sono realizzati con due giunti prismatici e un giunto rotoidale che conferiscono al robot tre gradi di libertà Il volume utile di lavoro ha forma cilindrica. La disposizione degli assi permette di utilizzare strutture di questo tipo per operazioni di manipolazione di oggetti, asservimento di macchine e montaggio Rispetto ad altre configurazioni i robot cilindrici presentano minor libertà di movimento, ma hanno come vantaggio l’utilizzo di un giunto di rotazione, poco costoso e di semplice realizzazione

19 ROBOT SFERICO la struttura è costituita da un giunto prismatico e due giunti rotoidali che permettono di ottenere un volume utile di lavoro di forma semisferica. sono utilizzati in applicazioni dove non è richiesto un grande spazio di manovra.

20 ROBOT SCARA SCARA è l’acronimo di Selective Compliance Assembly Robot Arm (braccio robotico di assemblaggio a cedevolezza selettiva) ed è stato realizzato espressamente per operazioni di montaggio. E’ costituito da tre giunti, di cui due rotoidali e uno prismatico Sono particolarmente adatti a operazioni in cui è richiesta elevata precisione e piccoli spostamenti per completare il lavoro. La struttura è anche contraddistinta da una notevole rapidità di posizionamento e un’elevata precisione e ripetibilità. Nelle applicazioni industriali questi robot costituiscono l’11% del totale.

21 ROBOT ANTROPOMORFO Sono i più versatili e i più utilizzati nell’industria meccanica. La struttura di base comprende tre giunti rotoidali, ma si possono avere anche fino a otto gradi di libertà. Nel caso in cui il numero di assi sia maggiore di quattro, si parla di robot antropomorfo in quanto la struttura e i movimenti assomigliano a quelli di un braccio umano. I robot di questo tipo non presentano grandi volumi di lavoro, ma possono raggiungere un punto nello spazio da varie direzioni e orientamenti della mano; per tale motivo le applicazioni in cui i robot antropomorfi sono maggiormente utilizzati comprendono assemblaggio di pezzi, saldature, sbavatura e verniciatura.

22 ROBOT PICK AND PLACE Le strutture pick-and-place non sono propriamente considerate dei robot, ma dei manipolatori impiegati per operazioni di presa e posizionamento di oggetti. Sono utilizzati principalmente in processi produttivi in cui è richiesto lo stesso lavoro ciclicamente e generalmente sono caratterizzati da tre gradi di libertà e da un azionamento pneumatico. Le strutture di tipo pick-and-place permettono di ottenere elevate velocità e grande accuratezza nel movimento di oggetti, inoltre la possibilità di riprogrammare il robot aumenta notevolmente la flessibilità e la produzione della linea.


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