Un robot industriale è un manipolatore multi-articolato o un dispositivo macchina a più-gradi-di-libertà progettato per applicazioni industriali. Può eseguire automaticamente compiti, facendo affidamento sulla propria potenza e capacità di controllo per ottenere varie funzioni. Può essere comandato da esseri umani o funzionare secondo sequenze pre-programmate. I moderni robot industriali possono anche agire secondo principi stabiliti utilizzando la tecnologia dell’intelligenza artificiale.
Un robot industriale è costituito da tre parti fondamentali: il corpo, il sistema di azionamento e il sistema di controllo. Il corpo, compresa la base e gli attuatori, comprende il braccio, il polso e la mano; alcuni robot hanno anche un meccanismo di locomozione. La maggior parte dei robot industriali ha 3-6 gradi di libertà, con il polso che in genere ha 1-3 gradi di libertà. Il sistema di azionamento comprende l'unità di potenza e il meccanismo di trasmissione, utilizzato per consentire agli attuatori di produrre movimenti corrispondenti. Il sistema di controllo emette segnali di comando al sistema di azionamento e agli attuatori in base al programma di input ed esegue il controllo.
I robot industriali sono classificati in quattro tipologie in base al movimento delle braccia:
1. Bracci delle coordinate cartesiane: si muovono lungo tre coordinate cartesiane;
2. Bracci coordinati cilindrici: eseguono movimenti di sollevamento, rotazione ed estensione/retrazione;
3. Bracci con coordinate sferiche: rotazione, beccheggio ed estensione/ritrazione;
4. Bracci articolati: hanno più giunti rotazionali.
Oggi analizziamo questi quattro tipi di robot industriali e vediamo quale ti è più familiare.
Robot multi-asse
I robot multi-asse, noti anche come manipolatori a-asse singolo, bracci robotici industriali, cilindri elettrici, ecc., sono sistemi robotici costruiti su un sistema di coordinate cartesiane XYZ come modello matematico di base. Utilizzano servomotori o motori passo-passo come manipolatori a-asse singolo come unità di lavoro di base e viti a ricircolo di sfere, cinghie sincrone e ingranaggi a cremagliera e pignone come metodi di trasmissione comuni. Possono raggiungere qualsiasi punto nel sistema di coordinate tridimensionale XYZ- e seguire una traiettoria di movimento controllabile.
I robot multi-asse utilizzano un sistema di controllo del movimento per l'azionamento e il controllo programmabile. Le traiettorie di movimento lineari e curve vengono generate utilizzando l'interpolazione multi-punto e il funzionamento e la programmazione vengono ottenuti tramite la programmazione didattica guidata o il posizionamento delle coordinate.
SCARA Robot
Un robot SCARA è un tipo speciale di robot industriale con coordinate cilindriche. Dispone di tre giunti rotanti con assi paralleli per il posizionamento e l'orientamento su un piano. Il giunto rimanente è un giunto di traslazione, utilizzato per il movimento dell'effettore finale perpendicolare al piano. Il punto di riferimento del polso è determinato dagli spostamenti angolari φ1 e φ2 dei due giunti rotanti e dallo spostamento z del giunto traslante, ovvero p=f(φ1, φ2, z), come mostrato in figura. Questi robot sono leggeri e hanno tempi di risposta rapidi; ad esempio, il robot Adept 1 SCARA può raggiungere velocità fino a 10 m/s, molte volte più veloci rispetto ai tipici robot articolati. È più adatto per operazioni di posizionamento planare e di assemblaggio verticale.
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Coordinate XY (anteriore, posteriore, sinistra, destra)
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Coordinate Z (su, giù)
Robot coordinato
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Un robot coordinato è un manipolatore multi-scopo capace di controllo automatico, funzionamento riprogrammabile, molteplici gradi di libertà e relazioni cartesiane spaziali. Il suo funzionamento prevede principalmente un movimento lineare lungo gli assi X, Y e Z. I robot coordinati utilizzano un sistema di controllo del movimento per il controllo dell'azionamento e della programmazione. Le traiettorie lineari e curve vengono generate tramite l'interpolazione multi-punto e il funzionamento e la programmazione vengono ottenuti tramite la programmazione didattica guidata o il posizionamento delle coordinate.
Essendo una soluzione di sistema robotizzato automatizzato a basso-costo, semplice-strutturato, i robot coordinati possono essere applicati a campi di produzione industriale comuni come l'erogazione, lo stampaggio a goccia, la spruzzatura, la pallettizzazione, lo smistamento, l'imballaggio, la saldatura, la lavorazione dei metalli, la movimentazione, il carico e lo scarico, l'assemblaggio e la stampa. Offrono un valore applicativo significativo nella sostituzione del lavoro manuale, nel miglioramento dell'efficienza produttiva e nella stabilizzazione della qualità del prodotto.
Robot seriali e paralleli
La struttura seriale di un robot seriale è una catena cinematica aperta; i suoi anelli mobili non formano una catena strutturale chiusa. I robot seriali offrono un ampio spazio di lavoro e sono più facili da spostare, evitando effetti di accoppiamento tra gli assi di azionamento. Tuttavia, ciascun asse deve essere controllato in modo indipendente, il che richiede encoder e sensori per migliorare la precisione del movimento.
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I robot paralleli, invece, integrano nell’applicazione i tradizionali robot seriali industriali, formando una catena cinematica chiusa. I robot paralleli sono meno soggetti a errori dinamici, esibendo un'elevata precisione senza accumulo di errori. Inoltre, la loro struttura compatta e stabile, con la maggior parte degli assi di uscita che sopportano la forza assiale, si traduce in elevata rigidità e capacità di carico-portante. Tuttavia, per i robot paralleli, la soluzione diretta è più difficile della soluzione inversa.
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Robot parallelo 2-DOF
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Robot parallelo 3-DOF
I meccanismi paralleli DDoS sono diversi e complessi e generalmente rientrano nelle seguenti categorie:
1. Meccanismi paralleli planari 3-DOF, come il meccanismo 3-RRR, che ha due assi di traslazione e uno di rotazione;
2. Meccanismi paralleli sferici 3-DOF, come il meccanismo sferico 3-UPS-1-S. La cinematica di questo tipo è semplice sia nella cinematica diretta che in quella inversa, rendendolo un meccanismo spaziale mobile 3D ampiamente utilizzato;
3. Meccanismi paralleli spaziali 3-DOF, come il robot parallelo Delta. Questi meccanismi sono sottovalutati e la loro caratteristica più importante è che il loro movimento varia in diversi punti dello spazio di lavoro.
4. Un'altra categoria comprende meccanismi spaziali con collegamenti ausiliari aggiunti e coppie cinematiche.
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Robot parallelo 4-DOF
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Robot parallelo 6-DOF
I meccanismi paralleli 6-DOF sono una categoria importante di meccanismi robotici paralleli e sono i meccanismi paralleli più studiati dagli studiosi sia a livello nazionale che internazionale. Sono ampiamente utilizzati nei simulatori di volo, nei sensori di forza e coppia 6D e nelle macchine utensili parallele. Tuttavia, molte tecnologie chiave per questi meccanismi non sono state completamente risolte, come la loro cinematica diretta, la creazione di modelli dinamici e la calibrazione della precisione delle macchine utensili parallele.
