Robotica industriale: origini, sviluppo e classificazione dei robot

Robotica Industriale: Origini e Sviluppo

ROBOTICA INDUSTRIALE
ORIGINI E SVILUPPO
Il termine robot deriva dal cecoslovacco "robotnik", che letteralmente significa "lavoratore
forzato" o "schiavo", e possiede un'origine letteraria e fantastica: esso fu introdotto e usato
per la prima volta nel 1921, dallo scrittore e drammaturgo cecoslovacco Karel Capek nel suo
dramma fantascientifico R.U.R. (i robot universali della Rossum). Nell'opera di Capek, la
società Rossum produce uomini e donne artificiali da utilizzare come lavoratori, ciò comporta
l'esclusione di alcune caratteristiche umane inutili, come i sentimenti e le emozioni; tutto ciò
che rimane loro è la capacità di lavorare. I robot sono venduti dalla Rossum come lavoratori
versatili, a tempo debito sono utilizzati come soldati in guerra. Un associato della Rossum
però, trova il modo di introdurre nei robot dolore ed emozioni, finendo col porre le basi per
una ribellione da parte degli androidi, con conseguente distruzione del genere umano.
Tuttavia è tra la fine degli anni '50 e l'inizio degli anni '60 che inizia la vera storia dei robot,
periodo in cui questo termine abbandona il significato letterario e fantascientifico per
assumere quello tecnico.

Il primo robot industriale fu prodotto dalla società statunitense UNIMATION
CORPORATION: questa azienda realizzò nel 1959 un prototipo funzionante ed installò nel
1961 il primo robot presso gli impianti della General Motors per il trattamento di parti
realizzate per fusione al fine di sostituire l'uomo in questo lavoro pericoloso (esposizione ad
elevate temperature, rischio di essere colpiti da schizzi bollenti di metallo fuso, inalazione di
fumi nocivi). Il compito di questo robot, denominato UNIMATE era quello di assistere una
macchina per la pressofusione, estrarre gli oggetti di metallo ad altissima temperatura ed
immergerli in bagno di acqua calda per farli raffreddare. Pochi anni dopo la stessa società
realizzò un robot capace di eseguire saldature a punti nelle carrozzerie di automobili.

Nel 1966 un'azienda norvegese produttrice di apparati per la meccanizzazione
dell'agricoltura, non riuscendo a reperire mano d'opera per la verniciatura a spruzzo per le
proprie macchine sviluppo un manipolatore in grado di eseguire automaticamente tale
lavorazione, che venne poi prodotto in molti esemplari e commercializzato con successo.

Il primo robot italiano fu invece realizzato nel 1969 dalla DEA: si trattava di una macchina per
la saldatura a punti. Nel 1973 la Olivetti costruì, per uso interno, un sistema di montaggio a
più bracci, nel quale vennero utilizzati per la prima volta dei sensori tattili, questo modello
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1venne successivamente commercializzato con il nome di SIGMA, ed è una delle applicazioni
della robotica nelle operazioni di assemblaggio.

A metà degli anni '70 i robot iniziarono ad essere prodotti da grosse industrie, nel 1974 fu
prodotto il "T-3" (la macchina del domani), un robot molto sofisticato capace di scegliere
punte da trapano da uno scaffale portautensili, e praticare una serie di fori con tolleranza di
0.13 mm. Questa macchina lavorava con una velocità fino a 5 volte maggiore rispetto a
quella di un uomo. Il robot SCARA fu realizzato solo nel 1981 dai giapponesi, mentre nel
1982 gli Stati Uniti realizzarono il primo robot cartesiano. Da questo momento in poi
iniziarono a nascere robot sempre più sofisticati (assemblaggio, saldatura adattiva).
Attualmente si sta lavorando per realizzare dei robot che siano in grado di autoistruirsi per
l'esecuzione di un compito assegnato (intelligenza artificiale). La prima applicazione dei robot
in campo industriale fu nelle grandi case automobilistiche e nel campo elettromeccanico,
successivamente furono introdotti in modo significativo in tutti gli altri processi industriali. I
robot industriali possono essere classificati in 3 fasi storiche, in base al grado di tecnologia
si parla perciò di generazione di robot.

Generazioni di Robot Industriali

Robot di Prima Generazione

I robot della prima generazione sono quelli utilizzati agli inizi degli anni '60. Essi erano in
grado di compiere operazioni di carico/scarico di macchine utensili o semplici operazioni di
manipolazione di pezzi e materiale. Tali robot erano progettati per ripetere una successione
di operazioni predeterminate, indipendentemente dai cambiamenti dell'ambiente circostante,
si trattava infatti di robot ciechi, sordi e muti, che non disponevano di apparecchiature per
relazionarsi ed entrare in contatto con il mondo esterno, per cui l'ambiente doveva essere
strutturato in modo tale da facilitare le loro azioni, e gli oggetti che maneggiavano dovevano
essere disposti in modo predefinito. I robot della prima generazione erano esclusivamente
meccanici ed a funzionamento pneumatico, ciò significava che quando ricevevano un
comando, lo eseguivano fino a quando non venivano arrestati da un fine corsa per poi
ripartire non appena ricevevano un altro comando.

Robot di Seconda Generazione

I robot della seconda generazione furono introdotti negli anni '70, essi erano in grado di
svolgere compiti più complessi: saldatura a punti, verniciatura, taglio, foratura. Avevano
capacità elementari di comunicare con l'ambiente circostante, erano infatti dotati di sistemi
meccanici ed elettronici che gli permettevano di avere una percezione dell'ambiente. Erano
dotati di sistemi di segnalazione delle avarie tramite spie luminose.

Robot di Terza Generazione

I robot di terza generazione sono stati introdotti negli anni '80. Sono in grado di svolgere
operazioni altamente sofisticate: assemblaggio, saldatura ad arco adattiva, prove di
componenti e prodotti, trasformazioni di pezzi. Essi dispongono di una elevata capacità
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2sensoria: infatti, sono in grado di regolare adattivamente i propri movimenti e di compensare i
cambiamenti di posizione dei pezzi, cioè sono dei robot capaci di adattarsi all'ambiente
circostante, questo grazie ad un sistema di sensori che utilizza la visione, la prossimità o il
contatto. Infine i robot di terza generazione hanno un'alta capacità diagnostica, poiché
possono interagire con l'operatore in modo complesso inviandogli messaggi, per descrivere
la natura e l'ubicazione delle eventuali avarie.

Robot di Quarta Generazione

I robot di quarta generazione sono attualmente in fase di sviluppo. Lo scopo è quello di
creare robot in grado di prendere decisioni in modo totalmente indipendente sulla base di
eventi e regole, cioè saranno dotati di intelligenza artificiale. In questi robot si cerca di
realizzare anche una raffinata facoltà sensoriale, in modo tale da raggiungere la vera
coordinazione occhio-mano propria dell'uomo. E' probabile inoltre che i robot di quarta
generazione siano realizzati in materiale non metallico, ad esempio fibra o composti di
grafite, poiché il costo di tali materiali è costantemente in diminuzione, si avranno così delle
macchine più leggere.

Definizione di Robot Industriale

DEFINIZIONE DI ROBOT INDUSTRIALE
Malgrado siano passati già più di 40 anni dalla comparsa dei primi robot industriali non esiste
ancora una loro definizione consolidata. Volendo dare una definizione sintetica, ma
comunque efficace, è possibile dire che un robot industriale è:

• un sistema meccatronico;
• manipolatore;
• a più gradi di libertà;
• programmabile ed automatico;
• che opera sotto il comando di una unità di controllo dotata di un dispositivo di memoria.

Un robot è un sistema meccatronico nel senso che è formato sia da elementi meccanici sia
da componenti elettronici. Ciò è stato possibile grazie all'avvento della microelettronica, con il
transistor ed il microchip, questo ha reso possibile dotare il robot di sensori per l'interfaccia
con l'ambiente esterno.

Un robot è un manipolatore nel senso che riesce a muovere parti materiali o utensili
nell'ambiente di lavoro.

A più gradi di libertà significa che riproduce la funzionalità del braccio umano consentendo
così la presa degli oggetti.

Il termine programmabile significa che un robot è in grado di apprendere un ciclo di lavoro.

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3Il termine automatico significa che un robot, una volta che è stato programmato, può
effettuare automaticamente la medesima funzione in modo ripetitivo.

Un robot opera sotto il comando di una unità di controllo dotata di un dispositivo di memoria,
significa che vi è un "cervello" elettronico che è responsabile della gestione del movimento
del robot, inoltre vi è una memoria che immagazzina il programma di istruzione.

Parti Componenti di un Robot Industriale

PARTI COMPONENTI DI UN ROBOT INDUSTRIALE
Un robot industriale è fisicamente composto da due unità:

• l'unità elettronica di programmazione e controllo;
• l'unità meccanica addetta materialmente alla lavorazione.

L'unità meccanica è detta manipolatore, essa ha una forma tipicamente antropomorfa e per
descriverla si ricorre a termini anatomici.
Essa è costituita nella sua struttura da:

1. piede o base, che è il supporto fisso ancorato al terreno intorno al quale si muove il
   robot (robot fisso), in alcuni casi il piede viene montato su una rotaia, lungo la quale si
   muove il robot (robot mobile);
2. dal braccio, che è un meccanismo composto da una serie di snodi che permettono sia
   la traslazione sia la rotazione (giunti prismatici o rotativi);
3. dalla spalla, che è la prima articolazione del braccio;
4. dal gomito, che è la seconda articolazione del braccio;
5. dal polso che è l'articolazione finale del braccio e serve ad orientare il terminale;
6. il terminale, che è il generico dispositivo fissato all'estremità del polso e che serve ad
   effettuare il lavoro richiesto: esso può essere un organo di presa, un utensile, uno
   strumento di misura, in funzione del lavoro che il robot deve svolgere.

L'unità meccanica è dotata di:

1. Organi sensori, che permettono al robot di entrare in contatto con l'ambiente
   circostante e di raccogliere informazioni esterne;
2. Organi attuatori, che trasmettono la forza e il movimento al manipolatore, in relazione
   ai dati esterni raccolti dai sensori.

I sensori e gli attuatori rappresentano la periferia del robot.
L'unita elettronica di programmazione è composta da:

1. Un calcolatore, che rappresenta il cervello del robot e svolge le seguenti funzioni:
   memorizza il programma di istruzione relativo al lavoro che il robot deve svolgere,
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