Sistemi di automazione e robotica: end effector, controllo e programmazione

Sistemi di Automazione e Robotica

18/01/23 sistemi di automazione sono divisi a breve raggio con estensione fluida, e i sistemi a lungo raggio hanno uno spazio ampio.

Funzionalità dei Robot

Prendere Oggetti con Robot

per prendere oggetti si usano o ventose che per depressione prendono l'oggetto. solitamente si sfrutta l'effetto venturi per fare piccole operazioni pick and play. per la ceramica si montano degli aspiratori più grandi per aspirare l'oggetto. oppure si utilizzano organi più meccanici che stringono il mio oggetto sono delle pizze. anche qui l'aria compressa o il segnale elettrico fino alla pinza. Ci sono dei sensori che comandano la pinza allo stato di chiusura.

Montaggio Mandrini e Operazioni di Sbavatura

montaggio di mandrini: monto una presetta ed è collegato il robot. questi servono a fare operazioni di sbavatura. Per la saldatura poi ci sono gli estrusori per espellere cemento materiale plastico sono in ottica di flessibilità

End Effectors e Ciclo di Lavoro

Scheduling del Ciclo di Lavoro del Robot

End effectors Scheduling del ciclo di lavoro del robot Sequenza di operazioni codificata nel programma robot o nel PLC Lo stesso robot può dover utilizzare diversi tool nel corso del programma Procedura di cambio tool calibrata inizialmente e poi automatizzata

Magazzino Utensili e Cambio Tool

End effectors Magazzino utensili Scheduling del ciclo di lavoro del robot Sequenza di operazioni codificata nel programma robot o nel PLC Pinze disponibili nel magazzino Lo stesso robot può dover utilizzare diversi tool nel corso del programma Procedura di cambio tool calibrata inizialmente e poi automatizzata per far fare ai due robot due cose diverse, è necessario un magazzino in cui i due robot fanno cose diverse esempio prendere pinze diverse

Progettazione e Sicurezza delle Pinze

La pinza si limita a prendere, bisogna disegnare la pinza in maniera tale che sia adeguata a prendere l'oggetto. bisogna sempre valutare anche la questione di sicurezza ad es il robot si ferma e la pinza si blocca.

Controlli e Sensori per Pinze

alta attenzione dei controlli: io ho bisogno di sapere se la pinza è aperta o meno se il sensore si stacca io non so la posizione della pinza. se ho il doppio segnale devono essere sempre tutti e due accesi.

Flessibilità del Sistema con Cambio Utensili

Cambio degli utensili mi permette di rendere molto flessibile il sistema. il tool changer è il dispositivo che si occupa del cambio abbiamo due piastre una primaria e una secondaria, quest'ultima va sull'utensile e l'altra sul robot. il sistema sganci e aggancia l'utensile. sono presenti anche dei collettori che permettono di portare aria compressa ed energia elettrica.

Classificazione e Caratteristiche degli Organi di Estremità

Classificazione Organi di Estremità

Classificazione in base allo scopo operativo organi di estremità per operazioni tecnologiche

• organi di presa (pinze, sistema a ventose, ecc ... )
• organi di saldatura a punti o continua
• dispositivi di taglio (laser, waterjet, ecc ... )
• organi per pulizia, lavaggio o sbavatura
• organi di verniciatura
• estrusori

Caratteristiche Generali degli End Effectors

Caratteristiche generali:

• operazioni tecnologiche eseguibili con end effectors di ridotti peso e dimensioni, in presenza di forze di lavoro di limitata entità
• prestazioni in termini di accuracy non comparabili con quelle di macchine utensili di tipo Specializzato

56le caratteristiche generali: posso avere a che fare con utensili con dimensioni modeste perche concorrono con tutto il resto. è necessario ad esempio che si compensino le forze necessarie se bisogna valutare l'automazione per una azienda: si considera il carico utile (quanto peso mi servono), gli spazi utili per muoversi, i gradi di libertà, ogni sistema avrà una accuracy adeguata, i costi del sistema

Criteri di Confronto per Robot Industriali

Parametri di Base per Robot Industriali

Criteri di confronto Riassumendo, i parametri di base per un confronto tra i robot industriali sono:

• Carico utile (payload)
• Mobilità (numero gdl)
• Spazio di lavoro (volume, forma)
• Agilità e velocità effettiva
• Accuracy, Repeatability and Resolution (positioning performance)
• Massa e rigidezza strutturale
• Costi

questi sono i criteri per un sistema automatizzati.

Sistema di Controllo Robot

Descrizione del Sistema di Controllo

SISTEMA DI CONTROLLO Il sistema di controllo

• Dispositivo di calcolo molto sofisticato, composto in genere da un sistema multiprocessore, collegato in rete con altre risorse locali di controllo, monitoraggio e immagazzinamento dati.
• Esigenze:
• parte meccanica molto complessa
• richieste di elevate prestazioni
• diversificazioni d'impiego dei robot.
• Le funzioni di base che un controllore di robot deve svolgere sono:
• Interazione con l'operatore;
• Immagazzinamento di dati;
• Pianificazione dei movimenti del manipolatore;
• Controllo in tempo reale del moto dei giunti;
• Gstione I/O per monitoraggio di sensori, interazione con altri macchinari e interazione con altre risorse computazionali.

Connessione e Funzionamento del Controllore

nell'industria 4.0 è necessario connettere il sistema di controllo con tutta la fabbrica. ci sono dei pc con caratteristiche diverse dai soliti. sono sistemi real time i controllori dei robot non possono mettersi in pausa, garantiscono un timing precisa rigoroso, c'è una costanza di tempi. il controllore deve interagire con l'operatore, per immagazzinare i dati e poi gestisce il dialogo con l'esterno con altri robot e con il PLC i computer a logica programmabile, hanno una forte caratteristica real time; questi scandiscono tutto quello che succede nell'impianto. il robot sa come deve spostare la piastrella e lo sa perchè ha il suo programma, il PLC è quello che riceve il sensore che la mattonella sta arrivando e invia il segnale al robot. ci sono i bast di campi, connettono le macchine tra di loro, dove viaggiono i segnali, sono sistemi binari es manda 1 se c'è la mattonella c'è 0 se non c'è la mattonella. i robot ricevono questi segnali dal plc che coordina tutti i segnali.

Componenti del Sistema di Controllo

57Il sistema di controllo Motion commands Motion Planner Trajectory generator Controller Actuators Sensors

Movimenti Programmati del Robot

Movimenti programmati dall'utente: 1) Nello spazio dei giunti si comanda rotazione assi robot {01. ... ,0)} Essendo già nello spazio giunto, il controllore procede alla generazione della legge di moto per ogni motore 2) Nello spazio di lavoro dell'end-effector Si comanda posizione end-effector {x,y,z."x,Ty,12} Si effettua prima una cinematica inversa per ottenere i movimenti di giunto prima della generazione delle leggi di moto

Cinematica Inversa e Diretta

Se bisognadire al robot bisogna dare al robot le coordinate in cui si deve muovere. se ho un robot antropomorfo e voglio andare da sx a dx (linea retta) è un calcolo di cinematica inversa La cinematica diretta: io ti dico l'angolo di giunto e tu calcoli dove stai. lo ti do l'angolo di giunto a 20°-10° ecc che posizione esce fuori? cinematica inversa: io voglio raggiungere la posizione xyz come devo mettere i miei giunti?il controllore non si deve preoccuppare di raggiungere le posizioni con caratteristiche dinamiche accellerazione e velocità. per gli angoli? inoltre devo capire come varia la velocità? se vado troppo veloce posso imprimere delle forze che mi rompono l'oggetto, per cui è necessario che faccia muovere il mio robot con delle velocità giuste.

Architettura del Sistema di Controllo

Il sistema di controllo Robot controller system cabinet Itustrial ntot sensing medale Ortet braker Manipulator Sen the Sone die pever sage rundtés Industrial rabat Ada 1 C Serus Brus bach pending year Industrial rabat Senn the - 1 pever suge ruské? Axis 2 - Sovs drive control possi Surwe din --- NEM ON_ Paston feedback Servo Give Did efecter (out) guardare slide da dx: ho in un modulo antropomorfo sei modulo di potenza che controllano ognuno un motore

Teach Pendant e Sicurezza

58c'è un controllore collegato con il teach pendant che si regge in mano, ha dei sistemi di sicurezza, per questioni di sicurezza dove si può switchare su modalità manuale. c'è il tasto di sicurezza detto uomo morto che lascia tutto. drive unit ciascuna unità riceve un segnale dai suoi sensori i motori mette.

Attuatori nei Robot Industriali

Caratteristiche dei Servomotori Elettrici

Attuatori I robot industriali sono per la maggior parte azionati tramite servomotori elettrici (di tipo AC brushless) con le seguenti caratteristiche:

• Bassa inerzia ed elevato valore del rapporto potenza/peso
• Elevata possibilità di sovraccarico e sviluppo di coppie impulsive
• Elevato campo di variazione di velocità
• Elevata precisione di posizionamento
• Basso fattore di ondulazione della coppia (torque ripples)

Motori ad elevata dinamica controllati in posizione

Componenti degli Attuatori

Attuatori I robot industriali sono per la maggior parte azionati tramite servomotori elettrici (di tipo AC brushless) con le seguenti caratteristiche:

• Bassa inerzia ed elevato valore del rapporto potenza/peso
• Elevata possibilità di sovraccarico e sviluppo di coppie impulsive
• Elevato campo di variazione di velocità
• Elevata precisione di posizionamento
• Basso fattore di ondulazione della coppia (torque ripples)

Robot Cabinet land 2 Gearing Controller AC Motor Current Joint Axis N Feedback Motors Drive Unit Encoder i motori sono di tipo C a corrente alternata. perchè hanno caratteristiche di buon rapporto peso e potenza (sono leggeri quando il robot si muove). hanno la capacità di essere molto reattivi tendono ad essere fluidi nel movimento, possono farli cambiare velocità.

Sensori nei Robot Industriali

Importanza e Tipi di Sensori

Sensori Il sistema robot può essere visto come una macchina intelligente di connessione tra percezione e azione. La parte sensoriale ha quindi una importanza rilevante, sia in termini di funzionamento e performance (es. inseguimento delle leggi di moto) che di sicurezza. I sensori a bordo robot si dividono in: 1) Propriocettivi

• Posizione dei giunti
• Velocità dei giunti
• Coppia nei giunti 2) Esterocettivi
• Sensori di forza (celle di carico)
• Sensori tattili
• Sensori di prossimità
• Sensori di visione

Dettagli sui Sensori Propriocettivi ed Esterocettivi

Sensori Il sistema robot può essere visto come una macchina intelligente di connessione tra percezione e azione. La parte sensoriale ha quindi una importanza rilevante, sia in termini di funzionamento e performance (es. inseguimento delle leggi di moto) che di sicurezza. I sensori a bordo robot si dividono in: 1) Propriocettivi

• Posizione dei giunti 7
• Velocità dei giunti Encoder integrato su ogni motore
• Coppia nei giunti Misurata direttamente solo nei Cobot, altrimenti stimata da corrente assorbita 2) Esterocettivi
• Sensori di forza (celle di carico)
• Sensori tattili
• Sensori di prossimità
• Sensori di visione
• Sensori per applicazioni particolari (suono, umidità, fumo, pressione, temperatura)
• Sensori per applicazioni particolari (suono, umidità, fumo, pressione, temperatura)

59 Motori ad elevata dinamica controllati in posizione Arm Links