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CENNI STORICI 1920: Viene introdotto per la prima volta nel 1920 dal commediografo Karel Capek il termine ROBOT che deriva dal ceco "ROBOTA" (lavoratore),

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Presentazione sul tema: "CENNI STORICI 1920: Viene introdotto per la prima volta nel 1920 dal commediografo Karel Capek il termine ROBOT che deriva dal ceco "ROBOTA" (lavoratore),"— Transcript della presentazione:

1 CENNI STORICI 1920: Viene introdotto per la prima volta nel 1920 dal commediografo Karel Capek il termine ROBOT che deriva dal ceco "ROBOTA" (lavoratore), 1941: Viene pubblicato Ragione (Reason), un racconto di Isaac Asimov divenuto celebre perché gettò le basi delle famose "tre leggi della robotica": 1) Un robot non può recare danno a un essere umano, né astenendosi dall'intervenire può permettere che un essere umano subisca un danno; 2) Un robot deve ubbidire agli ordini che gli sono dati dagli esseri umani, eccetto i casi in cui tali ordini sono in conflitto con la Prima Legge; 3) Un robot deve proteggere la propria esistenza, purché tale protezione non violi la Prima o la Seconda Legge.

2 I primi dispositivi robotici sono stati introdotti negli anni 50 per applicazioni di teleoperazione (materiale radioattivo e altro di pericoloso) Successivamente si sono diffusi nei più svariati ambiti come per esempio in medicina; agricoltura; applicazioni in ambienti ostili (sottomarine, spaziali,…); sorveglianza, etc. CENNI STORICI

3 Dyson: Aspira la polvere e lava i pavimenti Applicazione spaziale ESEMPI DI UTILIZZAZIONE DEI ROBOT IN CAMPI DIVERSI DALLINDUSTRIA:

4 I ROBOT INDUSTRIALI Il processo di modernizzazione e la necessaria rincorsa alla competitività che ha coinvolto lindustria meccanica in contemporanea ai recenti sviluppi delle unità di controllo elettroniche hanno fatto sì che oggi i robot siano molto diffusi nellambito dellautomazione industriale (ambito in cui andremo ad approfondire le caratteristiche e i modi di funzionamento dei robot (ROBOT INDUSTRIALI))

5 DEFINIZIONE DI ROBOT INDUSTRIALE Manipolatore riprogrammabile, multifunzionale, con controllo di posizione a piu assi progettato per muovere materiali, pezzi, utensili o attrezzi speciali attraverso movimenti variabili, programmati per lesecuzione di una varietà di lavori ed operazioni tecnologiche. Manipolatore riprogrammabile, multifunzionale, con controllo di posizione a piu assi progettato per muovere materiali, pezzi, utensili o attrezzi speciali attraverso movimenti variabili, programmati per lesecuzione di una varietà di lavori ed operazioni tecnologiche.

6 VANTAGGI RELATIVI ALLIMPIEGO DEI ROBOT INDUSTRIALI MIGLIORAMENTO DELLA QUALITA DEL PRODOTTO MIGLIORAMENTO DELLA QUALITA DEL PRODOTTO AUMENTO DELLA PRODUTTIVITA AUMENTO DELLA PRODUTTIVITA MIGLIORAMENTO DELLIMMAGINE DELLAZIENDA MIGLIORAMENTO DELLIMMAGINE DELLAZIENDA POSSIBILITA DI LAVORARE IN AMBIENTI OSTILI POSSIBILITA DI LAVORARE IN AMBIENTI OSTILI A fronte di un notevole investimento iniziale necessario per linstallazione, la programmazione e la manutenzione di impianti robotizzati, ladozione dei robots porta a notevoli vantaggi per lazienda riassumibili nei seguenti:

7 STRUTTURA DEI ROBOTS ALIMENTAZIONE : è la sorgente esterna di potenza (batterie, alimentazione di rete, ecc.). UNITA DI CONTROLLO : Si occupa di controllare i movimenti del robot impartendo ordini e attuando il feedback tra i segnali dei sensori relativi ai vari movimenti attuati e il controllo stesso. INTERFACCIA UTENTE/ROBOT : serve per programmare il robot. MANIPOLATORE: Costituito dalla parte meccanica e da tutti gli altri organi, in genere elettrici, idraulici o pneumatici che attuano il movimento del robot.

8 UNITÀ DI CONTROLLO E costituita da un robusto armadio che contiene il cuore del robot ovvero tutta la parte elettronica di comando

9 Programmare un robot significa insegnargli, passo dopo passo, cosa fare per portare a termine il suo compito. Perciò spesso i costruttori scelgono degli strumenti di programmazione adatti al personale di officina che può non avere familiarità con lutilizzo di PC o particolari linguaggi di programmazione. INTERFACCIA UTENTE/ROBOT

10 CONSOLLE DI PROGRAMMAZIONE

11 UNITÀ DI CONTROLLO E INTERFACCIA UOMO/ UTENTE

12 COMPONENTI E STRUTTURA DEI ROBOTS PARTE MECCANICA: MANIPOLATORE Costituito da un basamento, da un certo numero di elementi detti link che sono connessi tra loro tramite giunti cinematici detti joint, e di un organo terminale (end effector) BASAMENTO AVANBRACCIO GOMITO MANO (END EFFECTOR) POLSO BRACCIO SPALLA CORPO

13 TIPI DI GIUNTO e GRADI DI LIBERTA GIUNTO PRISMATICO: consente il moto lineare relativo tra i due links che collega GIUNTO ROTOIDALE: consente il moto rotatorio relativo tra i due links che collega Il numero dei giunti di un manipolatore corrisponde al suo grado di libertà n. Il grado di libertà rappresenta il numero di movimenti (o assi) di cui il robot è dotato (D.O.F. Degree Of Freedom"). Di solito vengono indicati con: Il numero e la tipologia dei links e dei joints nonché la loro successione definiscono la geometria del robot

14 VOLUME UTILE DI LAVORO E costituito dallinsieme dei punti cinematicamente raggiungibili dallestremita operativa del robot.

15 Tipologie strutturali dei manipolatori Diverse tipologie geometriche vengono adottate per la costruzione di un manipolatore: Configurazione cartesiana Configurazione a portale Configurazione cilindrica Configurazione polare Configurazione antropomorfa SCARA Strutture speciali

16 CONFIGURAZIONE CARTESIANA Nella sua configurazione di base presenta 3 gradi di libertà realizzati tramite tre giunti prismatici Il volume di lavoro è costituito da un parallelepipedo Le coordinate cartesiane definiscono un punto nello spazio tramite tre coordinate lineari.

17 CONFIGURAZIONE A PORTALE UTILIZZATI PER PALLETIZZAZIONE E MONTAGGIO

18 CONFIGURAZIONE CILINDRICA (Le coordinate cilindriche definiscono un punto nello spazio tramite due coordinate lineari e una angolare). Nella sua configurazione di base presenta 3 gradi di libertà realizzati tramite un giunto rotoidale e due prismatici Il volume di lavoro è costituito da un cilindro

19 CONFIGURAZIONE POLARE Nella sua configurazione di base presenta 3 gradi di libertà realizzati tramite 2 giunti rotoidali e uno prismatico Il volume di lavoro è costituito da una sfera (Le coordinate sferiche definiscono un punto nello spazio tramite due coordinate angolari e una lineare).

20 CONFIGURAZIONE ARTICOLATA Nella sua configurazione di base presenta da 3 a 6 gradi di libertà realizzati tramite giunti rotoidali Quando presenta un numero di gradi di libertà superiore a 5 viene detto ANTROPOMORFO (a forma duomo)

21 ROBOT ANTROPOMORFI

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23 CONFIGURAZIONE SCARA ovvero Selective Compliant Assembly Robotic Arm (braccio robotico di assemblaggio a cedevolezza selettiva) Cinematicamente sono costituiti da tre giunti rotoidali rotanti attorno a tre assi paralleli ed un movimento lineare lungo lasse verticale. Sono utilizzati in operazioni precise come per esempio linserimento di un perno in un foro. Questi due assi realizzano la cosidetta cedevolezza selettiva (la struttura è cedevole solo su un piano ortogonale alla direzione di montaggio

24 Riassunto principali tipologie strutturali e dei manipolatori e loro utilizzo

25 SISTEMI PER INCREMENTARE IL VOLUME UTILE DI UN ROBOT IMPLEMENTAZIONI CINEMATICHE SULLEND EFFECTOR IMPLEMENTAZIONE ASSI (FINO A POCHE DECINE DI METRI) RICORSO A ROBOT MOBILI

26 IMPLEMENTAZIONI CINEMATICHE SULLEND EFFECTOR Rollio: movimento di rotazione del polso intorno al suo asse di simmetria. Beccheggio: movimento di rotazione del polso intorno ad un asse orizzontale e perpendicolare allasse del braccio. Imbardata: movimento di rotazione del polso intorno ad un asse perpendicolare allasse di rollio e a quello di beccheggio. ROLLIO BECCHEGGIO IMBARDATA

27 IMPLEMENTAZIONE ASSI CONTROLLATI IN CONTINUO ON/OFF

28 AUTOMATIC GUIDED VEHICLES Il carrello a guida automatica AGV, automatic guide vehicle, dal punto di vista strutturale e' molto simile ad un carrello elettrico tradizionale. La differenza sostanziale e' nell'elettronica o meglio in tutti quegli apparecchi che servono a definire la posizione del carrello per pilotarlo lungo il percorso e per fargli compiere le operazioni di carico e scarico delle merci. Il carrello a guida automatica AGV, automatic guide vehicle, dal punto di vista strutturale e' molto simile ad un carrello elettrico tradizionale. La differenza sostanziale e' nell'elettronica o meglio in tutti quegli apparecchi che servono a definire la posizione del carrello per pilotarlo lungo il percorso e per fargli compiere le operazioni di carico e scarico delle merci. Il carrello a guida automatica AGV Il carrello a guida automatica AGV Le situazioni nelle quali l'AGV eccelle sono quelle dove si presentano azioni ripetitive, continue e molto simili tra loro o dove non e' richiesta una eccessiva discrezionalità d'intervento. Un'altra ragione convincente puo' essere conseguente al tipo di AMBIENTE di lavoro ( se l'ambiente e' nocivo per il lavoratore).

29 AUTOMATIC GUIDED VEHICLES: LA GUIDA AD INDUZIONE E' il sistema piu' usato e più collaudato. E' il sistema piu' usato e più collaudato. Definito il tragitto, si installa a terra una traccia sotto la pavimentazione con un cavo elettrico per trasmettere i dati dall'unità di controllo. Definito il tragitto, si installa a terra una traccia sotto la pavimentazione con un cavo elettrico per trasmettere i dati dall'unità di controllo. Alternativamente può essere applicata una banda adesiva. L'emissione magnetica emessa dal cavo agisce su un servocomando che stabilisce la traiettoria del carrello. Alternativamente può essere applicata una banda adesiva. L'emissione magnetica emessa dal cavo agisce su un servocomando che stabilisce la traiettoria del carrello.

30 AUTOMATIC GUIDED VEHICLES: LA GUIDA LASER In questo caso e' inserito sul carrello un dispositivo di emissione laser che, riflesso su specchi posti lungo il tragitto da percorrere, consente al carrello di leggere la posizione in cui si trova e confrontarla con il percorso o con i percorsi memorizzati. Il costo del carrello in questo caso aumenta, diventando piu' flessibile ed adeguato a mutamenti di percorso frequenti.

31 AUTOMATIC GUIDED VEHICLES: LA GUIDA INERZIALE L'AGV può essere attrezzato con sistemi odometrici (misurano il numero di giri delle ruote e langolo di sterzata). L'AGV può essere attrezzato con sistemi odometrici (misurano il numero di giri delle ruote e langolo di sterzata). Per correggere la traiettoria lungo il percorso vengono installati riferimenti di piccolissime dimensioni che vengono rilevati tramite triangolazione ottenuta tramite un fascio laser emesso da una testa rotante posta sulla sommità del carrello. Per correggere la traiettoria lungo il percorso vengono installati riferimenti di piccolissime dimensioni che vengono rilevati tramite triangolazione ottenuta tramite un fascio laser emesso da una testa rotante posta sulla sommità del carrello.

32 AUTOMATIC GUIDED VEHICLES: LE COMUNICAZIONI E LA SICUREZZA La velocità degli AGV e' dettata da norme europee (pr EN 1525) ed e' intorno ai 4 km orari. La velocità degli AGV e' dettata da norme europee (pr EN 1525) ed e' intorno ai 4 km orari. Vengono montati dispositivi per evitare gli scontri accidentali lungo il percorso come per esempio sensori a infrarossi e ultrasuoni

33 Assenza di collisioni basato su controllo in avanti (forward sensing control) sui veicoli mobili Assenza di collisioni basato su controllo in avanti (forward sensing control) sui veicoli mobili Assenza di stalli Assenza di stalli Il comportamento del sistema è difficilmente predicibile Il controllo è complesso Il controllo è complesso Le tempificazioni delle operazioni di manipolazione e degli istanti di partenza dei veicoli sono casuali Le tempificazioni delle operazioni di manipolazione e degli istanti di partenza dei veicoli sono casuali Dipendenza da vincoli spaziali Dipendenza da vincoli spaziali Docking Station Load Area AGV2 Unload Area AGV2 Load Area AGV1 Unload Area AGV1 AGV2AGV1 AUTOMATIC GUIDED VEHICLES: GESTIONE DEL TRAFFICO

34 AUTOMATIC GUIDED VEHICLES: SISTEMI DI SICUREZZA PER AGV FORWARD SENSING CONTROL

35 CONTROLLO DELLA DISTANZA RECIPROCA DELLE UNITÀ PER IL MANTENIMENTO DELLA CONNESSIONE WIRELESS COL SISTEMA DI CONTROLLO AUTOMATIC GUIDED VEHICLES: SISTEMI DI ESPLORAZIONE CON CONTROLLO REMOTO

36 ALTRE CARATTERISTICHE FONDAMENTALI Carico utile (pagante): è il carico massimo totale, costituito dall'organo di presa e dall oggetto trasportato, che il manipolatore è in grado di movimentare senza ripercussioni sulle prestazioni. Precisione: capacità di raggiungere un punto assegnato nello spazio di lavoro con un errore minimo. Ripetibilità: capacità di raggiungere una stessa posizione ripetendo gli stessi movimenti. Tipologia di installazione: è il modo in cui il robot può essere installato (a pavimento, a soffito, a parete) Velocità massima: sono le massime velocità raggiungibili dai vari assi. Inerzia massima al polso: massima inerzia sopportabile dal polso senza ripercussioni sulle prestazioni. Coppia massima al polso: è il massimo valore della coppia sopportabile dai giunti del polso senza ripercussioni sulle prestazioni. Peso: è dato dal peso totale del robot con o senza il controllore. Tipo di azionamento: insieme costituito dallattuatore, dal suo comando e dal sistema di trasmissione del moto.

37 TIPO DI AZIONAMENTO AZIONAMENTO ELETTRICO: E il più diffuso grazie alle sue doti di precisione e controllabilità (motori brushless (minore massa, minor manutenzione) o motori a c.c.) AZIONAMENTO ELETTRICO: E il più diffuso grazie alle sue doti di precisione e controllabilità (motori brushless (minore massa, minor manutenzione) o motori a c.c.) AZIONAMENTO PNEUMATICO: Utilizzato solo nei casi in cui il manipolatore deve movimentare carichi molto leggeri (difficoltà nel controllo vista la comprimibilità dellaria) AZIONAMENTO PNEUMATICO: Utilizzato solo nei casi in cui il manipolatore deve movimentare carichi molto leggeri (difficoltà nel controllo vista la comprimibilità dellaria) AZIONAMENTO IDRAULICO: Utilizzato solo nei casi in cui il manipolatore deve movimentare carichi molto ingenti. AZIONAMENTO IDRAULICO: Utilizzato solo nei casi in cui il manipolatore deve movimentare carichi molto ingenti.

38 PARAMETRI CARATTERISTICI

39 DIAGRAMMI DI CARICO P(Kg) MASSIMOCARICO STATICO ROBOT L(mm) COPPIA STATICA MAX ASSE 2 INERZIA MAX ASSE 2 L. ASSE 1 L. ASSE 2 COPPIA STATICA MAX ASSE 1 INERZIA MAX ASSE 1 MASSIMO CARICO DINAMICO A2 MASSIMO CARICO DINAMICO A1

40 VELOCITA DI MOVIMENTAZIONE ATTUALMENTE LE MASSIME VELOCITA RAGGIUNGIBILI DA UN ROBOT INDUSTRIALE SONO: 2/3 m/sec per i giunti prismatici 500° /sec per i giunti rotazionali v.max v distanza

41 Laccuratezza (o precisione) di un robot è definita dal massimo errore di posizione che si ottiene quando si muove la punta del robot in un punto assegnato nello spazio (dipende dalla risoluzione spaziale del robot) Laccuratezza (o precisione) di un robot è definita dal massimo errore di posizione che si ottiene quando si muove la punta del robot in un punto assegnato nello spazio (dipende dalla risoluzione spaziale del robot) La ripetibilità definisce la capacità del robot di ritornare su un punto dello spazio con identici movimenti. La ripetibilità definisce la capacità del robot di ritornare su un punto dello spazio con identici movimenti. PRECISIONE E RIPETIBILITA Errore di posizionamento Errore di ripetibilità

42 IMPIEGO DEI ROBOT INDUSTRIALI PALLETTIZZAZIONE PALLETTIZZAZIONE PACKACING PACKACING ASSERVIMENTO ALLE M.U. ASSERVIMENTO ALLE M.U. ASSERVIMENTO LINEE ASSERVIMENTO LINEE SALDATURA SALDATURA FINITURA SUPERFICIALE FINITURA SUPERFICIALE PICKING PICKING TAGLIO TAGLIO VERNICIATURA VERNICIATURA ASSERVIMENTO A REPARTI DI FONDERIA ASSERVIMENTO A REPARTI DI FONDERIA OPERAZIONI DI MISURA O CONTROLLO DIMENSIONALE OPERAZIONI DI MISURA O CONTROLLO DIMENSIONALE

43 PALLETTIZZAZIONE

44 PACKACING

45 PACKACING

46 ASSERVIMENTO M.U.

47 ASSERVIMENTO LINEE

48 SALDATURA

49 SALDATURA

50 SALDATURA

51 SALDATURA

52 FINITURASUPERFICIALE

53 FINITURA SUPERFICIALE

54 PICKING Esempio di struttura speciale: a cinematica parallela

55 VERNICIATURA

56 FONDERIA

57 CONTROLLO DIMENSIONALE

58 ESEMPI DI ROBOT INDUSTRIALI: ABB IRB 2000 CONFIGURAZIONE ANTROPOMORFA A 6 GRADI DI LIBERTA CARICO STATICO MAX AMMESSO 10 Kg RIPETIBILITA +/-0.1 mm

59 ESEMPI DI ROBOT INDUSTRIALI: ABB IRB 2000

60 ESEMPI DI ROBOT INDUSTRIALI: ESATROLL ESEMPI DI ROBOT INDUSTRIALI: ESATROLL C500-2N Il sistema prevede la movimentazione di rack contenenti circuiti stampati completi di componenti: viene quindi realizzata una connessione intelligente fra macchine di lavorazione relative al medesimo ciclo produttivo. Il veicolo è in grado di movimentare contemporaneamente due rack posti a due livelli distinti. I rack si muovono su nastri trasportatori. Un sistema di supervisione controlla l'intero ciclo produttivo ed invia i veicoli alla macchina pronta ad essere alimentata. Particolarmente accurati i sensori di controllo e protezione: laser scanner anteriore, infrarossi posteriori, fasce sensibili (bumper) posteriormente e lateralmente. Il veicolo convive in sicurezza col personale dell'azienda


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