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ROBOT (Sensori (Sensori di visione: sistemi di telecamere
una o più…
ROBOT
Sensori
Sensori di visione:
- sistemi di telecamere
- una o più telecamere
- sistema computerizzato per analisi di immagini
la telecamera non necessariamente deve essere installata sul robot, può essere posta anche in un punto del volume di lavoro.Tramite il sistema di gestione, il robot deve rilevare la presenza dell'oggetto, la sua posizione e il suo orientamento.
Il robot è in grado di correggere i propri movimenti a seconda delle analisi delle immagini.
Utilizzo:
- prelievo oggetti disposti in ordine sparso;
- riconoscimento oggetti disposti insieme ad altri
- eseguire controlli
- operazioni di assemblaggio con allineamenti preventivi
!Visione bidimensionale
- Immagine trasformata in livelli di grigio
- soglia per trasformarla in immagine binaria
- analizzata per estrarre i parametri di valutazione
- I parametri ricavati vengono comparati con dei parametri di riferimento, per eseguire le azioni
- serve quindi una fase di apprendimento
- identificano la poszione e lo stato del pezzo da maneggiare
- permettono l'interazione del robot con l'ambiente esterno.
- permettono alla UDG di dialogare con l'ambiente esterno.
- per ambiente esterno si intende l'insieme di macchine e attrezzature che interagiscono con il robot.
Nell'asservimento della m.u. , il robot deve:
- sapere quando il ciclo di lavorazione è terminato
- se il magazzino p.finiti ha spazio libero
- se il nuovo grezzo è nella corretta posizione di prelievo.
Sensori di contatto:
- microinterruttori
- sensori capacitivi o induttivi di prossimità
- matrici sensibili alla pressione
vengono installati:
- nell'ambiente esterno, per controllare l'apertura di un organo della m.u.
- sulle dita del robot, per sentire la presenza dell'oggetto da manovrare.
usi potenziali:
- montaggio, per eseguire allineamenti
- ispezione, per identificare il pezzo
- manipolazione, per individuare il pezzo.
Sensori di sforzo
- installati sul polso, permettono di misurare le sollecitazioni a cui il robot è sottoposto;
- possono identificare situazioni critiche, in cui il robot è soggetto a urti o contatti indesiderati con ambiente esterno
- utilizzati in manipolazione e montaggio
Sensori: altri tipi
Fase sperimentale.
Laser, ultrasuoni o infrarossi: per misurare la distanza tra mano del robot e oggetto da manovrare
Vocali: per controllare e programmare il robot.
Impieghi
Verniciatura
- movimenti ripetitivi e alternativi
- richiesta buona ripetibilità ma non una elevata precisione
- struttura ideale: ARTICOLATA (grande flessibilità)
- azionamento indicato: ELETTRICO (traiettoria prestabilita e precisa)
- controllo continuo
Saldatura
- analogo alla vernciuatura, viene richiesto un certo livello di autoapprendimento.
- saldatura continua -> controllo continuo
- saldatura a punti -> controllo punto punto
Montaggio
- assemblaggio prodotti
- alta precisione -> struttura SCARA o cartesiana
- sistemi guida rigidi e precisi (azionamento elettrico)
Manipolazione
- operazioni carico&scarico m.u.
- confezionamento prodotti
- robot flessibile -> struttura cilindrica o articolata
- azionamento elettrico
- controllo punto punto
Misura e ispezione
- elevata precisione, struttura cartesiana o cartesiana a portale
- bassi attriti richiesti -> vite a ricircolo di sfere
- dispositivi di recupero giochi nei giunti
- organo di presa sostituito da tastatore di misura
Sistema di azionamento
Sistema atto a trasformare energia di vario tipo in energia meccanica sulla base di segnali di comando a bassa potenza.
Sistema azionamento pneumatico
- Poco costoso ma poco rigido (aria fortemente comprimibile)
- Utilizzato per manipolatori semplici (chiusura apertura dell'organi di presa) adibiti a semplici manovre ripetitive.
Sistema azionamento oleodinamico
- sistema in disuso, utilizzato su robot di grandi dimensioni adibiti alla manipolazione di oggetti ingombranti.
- 3 inconveniente:
- uso enorme di potenza per gestione olio;
- regolazione tramite complesse e costose servovalvole;
- pressione elevata per l'intero impianto.
Sistema azionamento elettrico
- Azionamento più diffuso.
- Precisione e ripetitibilità
- Semplicità di controllo
- semplicità di interfacciamento con udg
MOTORI: asincroni con inverter o brushless.
Necessità di un sistema di pilotaggio
Unità di governo
- disposta in un armadio elettrico ed elettronico separato dall'area di lavoro (per ragione di sicurezza)
- deve controllare i movimenti del robot, eseguire i cambi di coordinate, gestire la programmazione.
- Nell'armadio sono contenuti:
- schede elettroniche di controllo e programmazione;
- memorie;
- azionamenti;
- quadri elettrici di potenza.
le schede elettroniche sono gestite da multiprocessori che hanno compito di:
- gestione
- programmazione
- interpolazione
- cambi di coordinate
- controllo dati dei sensori
vengono connessi ad essa:
- apparecchiature necessarie per programmazione (tastiere monitor)
- azionamenti;
- traduttori di posizione;
- sensori.
sistema di controllo
- funzionamento con anello chiuso, retroazione di velocità e posizione.
- Operazioni con due sistemi di controllo:
- Punto-Punto movimento tra due punti senza controllo di traiettoria;
- Continuo movimento con controllo di traiettoria, necessità di un interpolatore.
- dotate di funzioni di autodiagnostica;
- comando: il sistema di controllo fornisce i segnali agli azionamenti dopo averle confrontate con i dati attuali.
- cinematica: fornisce le effettive posizioni dei vari assi
- dinamica: tenendo conto del carico sul braccio, modifica i parametri per gli azionamenti, così da migliorare l'efficienza.
- Gestione sensori: attivazione dei sensori a seconda dell'operazione da eseguire.
- Cercano di emulare il braccio umano.
- Corpo: rappresenta base strutturale del robot;
- Spalla: prima articolazione;
- Braccio;
- Gomito;
- Polso;
- Mano;
- Dita= gripper, organo di presa.
Gradi di libertà:
- movimenti di cui è dotato il robot.
In pratica il robot può essere considerato come una m.u. a c.n. progettata per la movimentazione e manipolazione e non per la lavorazione di precisione.
Elementi costitutivi
- Struttura meccanica
- sistema di azionamento
- sistema di controllo/unità di governo
- sensori
Struttura meccanica
Struttura cartesiana
- molto preciso ma poco flessibile
- 3 gdl (traslazione lungo gli assi cartesiani)
- modellazione e programmazione semplici, uso coordinate cartesiane
- rotaia applicata al basamento -> strutture ingombranti
Utilizzo:
- se necessito di elevata precisione e ripetibilità di posizionamento
- elevati volumi di lavoro.
- lavorare su più stazioni su di una stessa linea
X0,y0,z0 sistema di coordinate generali sul basamento, centrato a seconda del costruttore
xe,ye,ze sistema di coordinate della mano, centrato al centro della mano
-
Struttura cilindrica
- Costituito da un asse di rotazione e due assi lineari;
- Ogni punto del volume di lavoro è identificato da una terna di coordinate cilindriche.
- Volume di lavoro idealmente cilindrico, utile all'asservimento della macchina utensile.
- Coordinate:
- Rotazione TETA della struttura;
- raggio del braccio "r";
- altezza del braccio "h".
- generico punto P(teta,r,h) se visto dal robot e P(x,y,z) se visto da operatore.
- quindi z=h; x= r cos(teta); y=r sen(teta)
- l'unità di governo deve quindi eseguire prima un cambio di coordinate.
La struttura risulta essere meno precisa rispetto alla cartesiana, ma più flessibile.
Struttura sferica
- Due assi di rotazione e uno lineare
- Ogni punto del volume di lavoro è determinato da una terna di riferimento polare
- Nato per saldatura delle scocche, oramai superato.
- Anche qui abbiamo due sistemi di riferimento e, analogamente alla struttura cilindrica, l'Udg deve fare un cambio di coordinate.
- P(teta,phi,r) se visto da robot, P(x,y,z) se visto da operatore.
- Volume di lavoro è una porzione di sfera, la doppia rotazione rende il robot più flessibile ma meno rigido e preciso.
-
Struttura S.C.A.R.A.
- braccio robotizzato di assemblaggio a movimento selettivo.
- Concepito per operazioni di montaggio automatico di piccoli componenti.
- GDL: due rotazioni attorno a due assi paralleli, una traslazione verticale.
- Notevole rapidità di posizionamento, elevata rigidezza, elevata ripetibilità.
- Necessita di un cambio di coordinate.
Polso del robot
- Le varie strutture garantiscono il raggiungimento del punto di lavoro nel volume con i primi 3 gdl (rotazioni, traslazioni, moti combinati).
- Sul polso si possono raggiungere sino a 3 ulteriori GDL di rotazione, così da avvicinarsi al punto di lavoro con orientazioni diverse.
- Rotazione polso, basculamento polso, rotazione terminale del polso.
- Un 7° gdl può essere costituito dal traslare dell'intera struttura su di una guida installata al pavimento.
- Sul polso possono essere montati elementi differenti (pinze,utensili).
Mano
- elemento importante del robot.
- consente al robot di eseguire i compiti per cui è stato designato.
- la configurazione della mano è funzione del compito assegnato al robot (organo di presa o utensile).
Organi di presa:
- permettono l'afferraggio e la manipolazione di oggetti e sono costituiti da organi prensili (dita).
- 3 tipi di comando: magnetico(lamiera no zinco e alluminio), meccanico (elemento con massa elevata), a depressione(lamiere e cristalli).
- Si ricorre al cambio automatico di gripper tramite magazzino utensili
Utensili
- per saldature ad arco, per punti..
- per sbavatura
- pistole per verniciatura
- crogioli per colata metalli
- teste laser per taglio e saldatura.
- pistole per deposizione collanti.
Applicazioni
Vantaggi
- miglioramento qualità prodotto (costanza rendimento)
- aumento produttività
- immagine azienda
- lavorazioni in ambienti ostili all'uomo
- minore richiesta di personale
Criteri di introduzione
- ambiente di lavoro ostile per l'uomo
- lavoro fortemente ripetitivo
- difficoltà di manipolazione per peso/ingombro pezzi
- asservimento m.u. ad alta produttività
- semplici operazioni ripetitive
- tempo ciclo manuale superiore a 5 sec
- elementi disposti in ordine in contenitore o orientati in un modo preciso
- peso pezzo inferiore a 100 kg
- no controlli richiesti su operazioni svolti
- sostituzione di due persone in 24 ore
- settaggi e cambiamenti del sistema poco frequenti
Caratteristiche
- tipo
- volume di controllo
- precisione dei movimenti
- gradi di libertà
- capacità di carico
- velocità di lavoro
Volume di controllo
- Definisce lo spazio sino al polso del robot, non considera l'organo di presa.
- viene fornito dal costruttore con grafici quotati
Precisione movimenti
- Risoluzione
- precisione
- ripetibilità
Risoluzione
Il più piccolo movimento del polso che può essere eseguito dal robot.
Dipende da:
- risoluzione sistema di controllo
- imprecisione meccanica dei vari giunti
- tipologia giunti della struttura
- rigidezza giunti
Risoluzione complessiva: combinazione vettoriale delle risoluzioni dei singoli giunti, può essere migliorata aumentando la memoria dell'udg.
Precisione
- Capacità di posizionare l'organo di presa in un determinato punto del volume di controllo.
- Tanto migliore quanto più piccola è la risoluzione.
- Idealmente pari a metà della risoluzione.
- Nella realtà varia a seconda del punto del volume di controllo.
Dipende dalle imprecisioni meccaniche dei giunti.
Ripetibilità
Capacità del robot di posizionare l'organo di presa sempre nello stesso punto.
Usualmente inferiore alla precisione, dovrebbe idealmente rimanere costante nel volume di controllo.
Dipende dalle imprecisioni meccaniche dei giunti.
Velocità di lavoro
- fattore importante per giudicare la produttività del robot
- maggiore è la velocità (ordine di qualche metro al secondo) maggiore è la produttività
- legata al carico sul polso, alla precisione richiesta e alla distanza da percorrere(oggetti pesanti devono essere mossi lentamente, una elevata precisione richiede basse velocità)
-
Programmazione
- Manuale, per autoapprendimento
- manuale, tramite linguaggio
- assistita, off-line.
- il robot viene fatto muovere secondo una traiettoria desiderata, sotto il comando dell'operatore.
- la traiettoria viene memorizzata punto per punto, così da creare il programma.
- Il percorso seguito viene memorizzato dalla Udg per essere ripercorso a bisogno.
Linguaggio per le udg dei robot, utilizza comandi descrittivi per le varie funzioni:
- movimento a punto
- apertura/chiusura organo di presa
- attesa
- controllo stato sensori esterni
- interpolazione lineare
- interpolazione circolare
- programmazione di traiettorie complesse
le quote da raggiungere sono immesse dal programmatore, dopo averle rilevate su campo.
- Ausilio di un calcolatore esterno, senza usare il robot e la sua udg.
- programmazione collegata ad un programma cad, dove vengono simulati l'ambiente di lavoro e la struttura del robot.
- il sistema di programmazione traduce in programma una traiettoria eseguita virtualmente sul Cad da parte del programmatore.
- Necessità di:
- descrizione geometrica di tutti gli oggetti presenti nell'ambiente di lavoro;
- descrizione fisica
- descrizione cinematica di tutti i giunti del robot;
- descrizione delle caratteristiche dei manipolatori.
Celle robotizzate
- sistemi produttivi dove il robot viene utilizzato come sostitutivo all'uomo
- applicazione tipica ->asservimento a m.u. e presse
- robot preleva il pezzo da lavorare, lo porta in zona di lavorazione, prende il pezzo lavorato
- necessità di un sistema di segnalazione sotto osservazione di un elaboratore centrale.
- non è detto che le operazioni avvengano in sequenza, possono avvenire anche in contemporanea
- il calcolatore deve:
- controllare sequenza operazioni
- controllare operazioni in simultanea
- decidere sulla base dei segnali degli interblocchi
- gestire i cambi di produzione
- valutare la produttività della cella
Comunica con:
- singoli elementi della cella per avvio singoli cicli
- interblocchi per gestione sequenza operazioni
- Definizione ideale: macchina in grado di compiere operazioni di cui è capace l'uomo senza essere affetto dai suoi limiti.
- Definizione alternativa: manipolatore multifunzionale riprogrammabile, progettato per movimentare materiali, pezzi, utensili con movimenti variabili programmati.
- Caratteristiche:
- manipolazione di oggetti e utensili,
- flessibilità.
Ragioni diffusione:
- Ragioni sociali:
- mancanza di personale;
- progressiva riduzione orario di lavoro;
- aumento tenore di vita;
- aumento costo manodopera.
- Ragioni tecniche:
- necessità di eseguire un sempre maggior numero di operazioni complesse da parte dell'uomo;
- Ragioni economiche:
- Crescita concorrenza su mercati mondiali;
- impianti costosi sfruttati a pieno solo tramite l'ampio utilizzo di robot.
L'uomo ha il compito di programmare, supervisionare e controllare.