Un robot industriale è un sistema robot utilizzato per la produzione. I robot industriali sono automatizzati, programmabili e in grado di muoversi su due o più assi.

Le applicazioni tipiche dei robot includono la saldatura, la verniciatura, l’assemblaggio, il prelievo e il posizionamento di schede per circuiti stampati, l’imballaggio e l’etichettatura, la pallettizzazione, l’ispezione e il collaudo del prodotto; il tutto realizzato con alta resistenza, velocità e precisione. Possono aiutare nella gestione dei materiali.

Nel 2015, secondo le stime della Federazione Internazionale della Robotica (IFR), erano in funzione circa 1,64 milioni di robot industriali in tutto il mondo.

Tipi e caratteristiche
Le configurazioni robot più comunemente usate sono robot articolati, robot SCARA, robot delta e robot coordinati cartesiani, (robot di gantry o robot x-y-z). Nel contesto della robotica generale, la maggior parte dei tipi di robot rientrerebbe nella categoria dei bracci robotici (inerente all’uso del manipolatore di parole nella norma ISO 1738). I robot esibiscono vari gradi di autonomia:

Alcuni robot sono programmati per eseguire fedelmente azioni specifiche ripetutamente (azioni ripetitive) senza variazioni e con un alto grado di precisione. Queste azioni sono determinate da routine programmate che specificano la direzione, l’accelerazione, la velocità, la decelerazione e la distanza di una serie di movimenti coordinati.
Altri robot sono molto più flessibili per quanto riguarda l’orientamento dell’oggetto su cui stanno operando o anche il compito che deve essere eseguito sull’oggetto stesso, che il robot potrebbe persino aver bisogno di identificare. Ad esempio, per una guida più precisa, i robot contengono spesso sottosistemi di visione artificiale che fungono da sensori visivi, collegati a potenti computer o controller. L’intelligenza artificiale, o ciò che passa per essa, [il chiarimento necessario] sta diventando un fattore sempre più importante nel moderno robot industriale.

Viene fatta una distinzione tra robot basati sulla cinematica utilizzata:

Cinematica parallela:
Robot Delta con 3 assi rotanti montati su telaio e guida spaziale a parallelogramma della piattaforma di lavoro.
Robot Hexapod (greco “Sechsfüßer”) con 6 assi lineari, spesso utilizzati simulatori di volo

Cinematica seriale
Robot articolato:
Robot a 5 e 6 assi con 5 o 6 assi di rotazione (paragonabili al braccio umano)
Robot a 7 assi con 7 assi
Robot a doppio braccio con 15 assi (hanno due assi con 7 assi e un altro asse di rotazione)
Robot di pallettizzazione con 2 o 4 assi di rotazione azionati e blocco meccanico dell’orientamento del polso
Robot SCARA con 3 assi paralleli di rotazione e un asse lineare
Robot a portale con 3 assi lineari (movimento in un sistema di coordinate cartesiane x / y / z, gru per container paragonabile) ed eventualmente un asse di rotazione direttamente sulla pinza.

Una caratteristica importante dei robot industriali è la capacità di carico. Questo descrive la massa che può essere attaccata alla fine del massimo del manipolatore. Per i robot a braccio articolato, esiste attualmente una larghezza di banda compresa tra 2,5 e 1300 chilogrammi. Inoltre, la dinamica e l’accuratezza sono fondamentali.

Un tipo speciale è il robot collaborativo, che è progettato in modo che possa lavorare insieme alle persone in una stanza senza guardie. Questo apre applicazioni completamente nuove, ma pone anche nuove esigenze nel concetto di sicurezza, che può portare a restrizioni in termini di capacità di carico, tempo di ciclo, ecc.

Storia della robotica industriale
Il primo robot industriale conosciuto, conforme alla definizione ISO, fu completato da “Bill” Griffith P. Taylor nel 1937 e pubblicato su Meccano Magazine, marzo 1938. Il dispositivo simile a una gru fu costruito quasi interamente utilizzando parti di Meccano, e alimentato da un singolo motore elettrico. Cinque assi di movimento erano possibili, tra cui la presa e la presa. L’automazione è stata ottenuta utilizzando nastro di carta perforata per eccitare i solenoidi, il che faciliterebbe il movimento delle leve di comando della gru. Il robot potrebbe impilare blocchi di legno in modelli pre-programmati. Il numero di giri del motore richiesti per ogni movimento desiderato è stato prima tracciato su carta millimetrata. Questa informazione è stata quindi trasferita sul nastro di carta, anch’esso guidato dal singolo motore del robot. Chris Shute ha costruito una replica completa del robot nel 1997.

George Devol fece domanda per i primi brevetti di robotica nel 1954 (concesso nel 1961). La prima azienda a produrre un robot fu Unimation, fondata da Devol e Joseph F. Engelberger nel 1956. I robot di unimation erano anche chiamati macchine di trasferimento programmabili dal momento che il loro uso principale inizialmente era il trasferimento di oggetti da un punto all’altro, a meno di una decina di metri o così a parte. Hanno usato attuatori idraulici e sono stati programmati in coordinate congiunte, vale a dire gli angoli dei vari giunti sono stati memorizzati durante una fase di insegnamento e riprodotti in funzione. Erano precisi fino a 1 / 10.000 di pollice (nota: sebbene l’accuratezza non sia una misura appropriata per i robot, di solito valutata in termini di ripetibilità – vedi più avanti). Successivamente, Unimation ha concesso in licenza la propria tecnologia a Kawasaki Heavy Industries e GKN, fabbricando rispettivamente Unimates in Giappone e Inghilterra. Per un certo periodo l’unico concorrente di Unimation fu Cincinnati Milacron Inc. dell’Ohio. Questo cambiò radicalmente alla fine degli anni ’70, quando diversi grandi conglomerati giapponesi iniziarono a produrre robot industriali simili.

Nel 1969 Victor Scheinman della Stanford University inventò il braccio Stanford, un robot articolato a 6 assi completamente elettrico progettato per consentire una soluzione di braccio. Ciò ha permesso di seguire con precisione i percorsi arbitrari nello spazio e ha ampliato il potenziale utilizzo del robot per applicazioni più sofisticate come il montaggio e la saldatura. Scheinman progettò quindi un secondo braccio per il MIT AI Lab, chiamato “braccio del MIT”. Scheinman, dopo aver ricevuto una borsa di Unimation per sviluppare i suoi progetti, ha venduto questi progetti a Unimation che li ha ulteriormente sviluppati con il supporto di General Motors e in seguito lo ha commercializzato come Universal Universal Machine for Assembly (PUMA).

La robotica industriale è decollata abbastanza rapidamente in Europa, con ABB Robotics e KUKA Robotics che hanno introdotto sul mercato robot nel 1973. ABB Robotics (in precedenza ASEA) ha introdotto IRB 6, tra i primi robot al mondo interamente controllati da microprocessori. I primi due robot IRB 6 furono venduti a Magnusson in Svezia per la rettifica e la lucidatura di tubi e furono installati in produzione nel gennaio 1974. Sempre nel 1973 KUKA Robotics costruì il suo primo robot, noto come FAMULUS, anche uno dei primi robot articolati ad avere sei assi azionati elettromeccanicamente.

L’interesse per la robotica aumentò alla fine degli anni ’70 e molte aziende statunitensi entrarono nel campo, comprese le grandi aziende come General Electric e General Motors (che formarono la joint venture FANUC Robotics con FANUC LTD del Giappone). Le aziende degli Stati Uniti d’America hanno incluso Automatix e Adept Technology, Inc. All’apice del boom dei robot nel 1984, Unimation è stata acquisita da Westinghouse Electric Corporation per 107 milioni di dollari USA. Westinghouse ha venduto Unimation a Stäubli Faverges SCA di Francia nel 1988, che sta ancora realizzando robot articolati per applicazioni industriali e per camera bianca e ha persino acquistato la divisione robotica di Bosch alla fine del 2004.

Solo poche aziende non giapponesi sono riuscite a sopravvivere in questo mercato, tra cui: Adept Technology, Stäub, l’azienda svedese-svedese ABB Asea Brown Boveri, la società tedesca KUKA Robotics e l’azienda italiana Comau.

Aree di applicazione
I robot industriali sono utilizzati in molte aree di produzione, come ad es

come un robot di unione a
pressione Aggiungi
Incollaggio e sigillatura
Orlo a rullo

come un dispositivo di gestione per
Equip machine (robot di assemblaggio)
montare
Pallettizzazione (pallettizzatore)
Impilabile (robot impilatore)
Rimuovere parti (robot di prelievo)
Imballaggio

come un robot di pittura per la pittura o come un robot per la lucidatura

come un robot di misura per la misurazione e il collaudo

come robot di rettifica per rettifica a nastro

come robot da taglio per
Fresatura, segatura, taglio a getto d’acqua o
con laser, coltello, cannello da taglio o plasma

come robot di saldatura per
Saldatura (arco)
saldatura laser
saldatura per prigioniero
Saldatura a resistenza (saldatura a punti)

Descrizione tecnica

Definizione dei parametri
Numero di assi: sono necessari due assi per raggiungere qualsiasi punto in un piano; sono necessari tre assi per raggiungere qualsiasi punto nello spazio. Per controllare completamente l’orientamento dell’estremità del braccio (cioè il polso) sono necessari altri tre assi (imbardata, beccheggio e rollio). Alcuni disegni (ad esempio il robot SCARA) limitano gli scambi in termini di possibilità di movimento per costo, velocità e precisione.
Gradi di libertà: di solito è uguale al numero di assi.
Busta di lavoro: la regione dello spazio che può raggiungere un robot.
Cinematica: la disposizione effettiva degli elementi rigidi e dei giunti nel robot, che determina i possibili movimenti del robot. Le classi di cinematica robotica sono articolate, cartesiane, parallele e SCARA.
Capacità di carico o carico utile – quanto peso può sollevare un robot.
Velocità: la velocità con cui il robot può posizionare la parte finale del braccio. Ciò può essere definito in termini di velocità angolare o lineare di ciascun asse o come velocità composta, cioè la velocità della estremità del braccio quando tutti gli assi si muovono.
Accelerazione: quanto velocemente un asse può accelerare. Poiché questo è un fattore limitante, un robot potrebbe non essere in grado di raggiungere la velocità massima specificata per i movimenti su una breve distanza o un percorso complesso che richiede frequenti cambi di direzione.
Precisione: quanto un robot può raggiungere una posizione comandata. Quando viene misurata la posizione assoluta del robot e confrontata con la posizione comandata, l’errore è una misura di precisione. L’accuratezza può essere migliorata con il rilevamento esterno, ad esempio un sistema di visione o infrarossi. Vedi calibrazione del robot. La precisione può variare con la velocità e la posizione all’interno della busta di lavoro e con il carico utile (vedere la conformità).
Ripetibilità: quanto bene il robot tornerà in una posizione programmata. Questo non è lo stesso dell’accuratezza. Può essere che quando viene detto di andare in una certa posizione X-Y-Z, questo arriva solo entro 1 mm da quella posizione. Questa sarebbe la sua accuratezza che potrebbe essere migliorata dalla calibrazione. Ma se quella posizione viene insegnata nella memoria del controller e ogni volta che viene inviata lì, ritorna a meno di 0,1 mm dalla posizione insegnata, quindi la ripetibilità sarà compresa tra 0,1 mm.

Precisione e ripetibilità sono misure diverse. La ripetibilità è in genere il criterio più importante per un robot ed è simile al concetto di “precisione” nella misurazione, ovvero precisione e precisione. ISO 9283 stabilisce un metodo per misurare sia l’accuratezza che la ripetibilità. Tipicamente un robot viene inviato in una posizione di apprendimento un numero di volte e l’errore viene misurato ad ogni ritorno alla posizione dopo aver visitato altre 4 posizioni. La ripetibilità viene quindi quantificata utilizzando la deviazione standard di tali campioni in tutte e tre le dimensioni. Un tipico robot può, naturalmente, superare un errore posizionale e questo potrebbe essere un problema per il processo. Inoltre, la ripetibilità è diversa nelle diverse parti dell’involucro di lavoro e cambia anche con la velocità e il carico utile. La norma ISO 9283 specifica che l’accuratezza e la ripetibilità devono essere misurate alla massima velocità e al massimo carico utile. Ma questo si traduce in valori pessimistici, mentre il robot potrebbe essere molto più preciso e ripetibile a carichi leggeri e velocità. La ripetibilità in un processo industriale è anche soggetta all’accuratezza dell’effettore finale, ad esempio una pinza, e persino al design delle “dita” che corrispondono alla pinza all’oggetto da afferrare. Ad esempio, se un robot prende una vite per la sua testa, la vite potrebbe essere ad angolo casuale. Un tentativo successivo di inserire la vite in un buco potrebbe facilmente fallire. Questi e altri scenari simili possono essere migliorati con “lead-in”, ad es. rendendo rastremato l’ingresso nel buco.

Controllo del movimento: per alcune applicazioni, come un semplice assemblaggio pick-and-place, il robot deve semplicemente tornare ripetutamente a un numero limitato di posizioni pre-insegnate. Per applicazioni più sofisticate, come la saldatura e la finitura (verniciatura a spruzzo), il movimento deve essere continuamente controllato per seguire un percorso nello spazio, con orientamento e velocità controllati.
Fonte di energia: alcuni robot utilizzano motori elettrici, altri utilizzano attuatori idraulici. I primi sono più veloci, i secondi sono più forti e vantaggiosi in applicazioni come la verniciatura a spruzzo, in cui una scintilla potrebbe scatenare un’esplosione; tuttavia, una bassa pressione dell’aria interna del braccio può impedire l’ingresso di vapori infiammabili e altri contaminanti.
Guida – alcuni robot collegano i motori elettrici alle articolazioni tramite ingranaggi; altri collegano direttamente il motore al giunto (azionamento diretto). L’uso degli ingranaggi produce un “gioco” misurabile che è la libertà di movimento in un asse. I bracci robot più piccoli impiegano frequentemente motori CC ad alta velocità e bassa coppia, che generalmente richiedono rapporti di trasmissione elevati; questo ha lo svantaggio del backlash. In questi casi viene spesso utilizzata l’unità armonica.
Conformità – questa è una misura della quantità in angolo o distanza che un asse robot si muoverà quando viene applicata una forza. A causa della conformità quando un robot va in una posizione che trasporta il suo carico utile massimo si troverà in una posizione leggermente inferiore rispetto a quando non trasporta carico utile. La conformità può anche essere responsabile del superamento quando si trasportano carichi utili elevati, nel qual caso l’accelerazione dovrebbe essere ridotta.

Struttura
La struttura di un robot industriale (IR) comprende:

Controllo: monitora e determina il movimento e le azioni dell’IR. Ciò richiede la programmazione.
Azionamenti: l’azionamento sposta i collegamenti della catena cinematica e comprende motore, cambio e controllo. L’azionamento può essere elettrico, idraulico o pneumatico.
sensore interno: fornisce informazioni sulla posizione della catena cinematica. Viene utilizzato dal controller per confrontare il setpoint e la posizione effettiva. I sensori interni possono essere, ad esempio, encoder incrementali, schemi di interferenza o funzioni di fotocellula.
Cinematica: rappresenta la realizzazione fisica della struttura portante e crea l’associazione spaziale tra utensile / pezzo in lavorazione e impianto di produzione. Consiste di assi rotazionali e traslazionali. Di norma, sono necessari almeno 3 gradi di libertà per raggiungere ogni punto nello spazio. Ciò richiede almeno 3 assi di movimento.
Sistemi di presa: un sistema di presa stabilisce il collegamento tra pezzo e IR. Questo può essere fatto con l’accoppiamento di forza, l’accoppiamento di forma o l’accoppiamento di tessuto.
Sensore esterno: fornisce il feedback IR sull’ambiente. Consente quindi una reazione flessibile a modifiche non pianificate. I sensori esterni possono essere, ad esempio, sistemi di elaborazione delle immagini (ad es. Sistemi di taglio laser), sensori di triangolazione, fotocellule e sensori a ultrasuoni.
Sistemi di cambio rapido dell’utensile opzionali: consentono un cambio di strumento controllato dal programma z. Come saldatura, taglio, unione, pallettizzazione, incollaggio. I sistemi di cambio rapido generalmente modulari sono costituiti da almeno un lato del robot, diversi lati dell’utensile e un numero corrispondente di vassoi degli utensili. A seconda del campo di applicazione, i cambiautensili possono essere dotati di giunti per supporti (acqua, idraulica, aria), spine di segnale elettrico (cavi in ​​fibra ottica, bus dati) e prese elettriche.

Manipolatore
Il manipolatore o braccio robotico è una macchina di movimentazione multifunzionale costituita da una serie di maglie rigide collegate l’una all’altra da giunti a cerniera o scorrevoli, i giunti essendo regolabili da azionamenti controllati. Una estremità di questa “catena di collegamento” è la base, mentre l’altra estremità è liberamente mobile e dotata di uno strumento o pinza per eseguire lavori di produzione.

Programmazione e interfacce per robot
L’impostazione o la programmazione di movimenti e sequenze per un robot industriale viene in genere insegnata collegando il controller del robot a un laptop, un computer desktop o una rete (interna o Internet).

Un robot e una collezione di macchine o periferiche viene indicato come cella di lavoro o cella. Una cella tipica potrebbe contenere un alimentatore di parti, una macchina per lo stampaggio e un robot. Le varie macchine sono “integrate” e controllate da un singolo computer o PLC. Il modo in cui il robot interagisce con altre macchine nella cella deve essere programmato, sia per quanto riguarda le loro posizioni nella cella che per la sincronizzazione con esse.

Software: il computer è installato con il software di interfaccia corrispondente. L’uso di un computer semplifica enormemente il processo di programmazione. Il software per robot specializzati viene eseguito nel controller del robot o nel computer o in entrambi, a seconda della progettazione del sistema.

Ci sono due entità di base che devono essere insegnate (o programmate): dati posizionali e procedura. Ad esempio, in un’attività per spostare una vite da un alimentatore a un foro, è necessario prima apprendere o programmare le posizioni dell’alimentatore e del foro. In secondo luogo, la procedura per ottenere la vite dall’alimentatore al foro deve essere programmata insieme a qualsiasi I / O coinvolto, ad esempio un segnale che indica quando la vite si trova nell’alimentatore pronto per essere prelevato. Lo scopo del software robot è di facilitare entrambe queste attività di programmazione.

L’insegnamento delle posizioni del robot può essere ottenuto in diversi modi:

Comandi posizionali Il robot può essere indirizzato alla posizione richiesta utilizzando una GUI o comandi basati su testo in cui la posizione X-Y-Z richiesta può essere specificata e modificata.

Teach pendant: le posizioni dei robot possono essere insegnate tramite un teach pendant. Questa è un’unità di controllo e programmazione portatile. Le caratteristiche comuni di tali unità sono la possibilità di inviare manualmente il robot nella posizione desiderata, o “inch” o “jog” per regolare una posizione. Hanno anche un modo per cambiare la velocità poiché solitamente è necessaria una bassa velocità per un posizionamento accurato o mentre si esegue il test attraverso una routine nuova o modificata. Di solito è incluso anche un pulsante di arresto di emergenza di grandi dimensioni. Tipicamente, una volta che il robot è stato programmato, non viene più utilizzato per il teach pendant.

Lead-by-the-nose: questa è una tecnica offerta da molti produttori di robot. In questo metodo, un utente tiene il manipolatore del robot, mentre un’altra persona inserisce un comando che disenergizza il robot facendolo andare in zoppia. L’utente sposta quindi il robot manualmente nelle posizioni richieste e / o lungo un percorso richiesto mentre il software registra queste posizioni nella memoria. Il programma può in seguito eseguire il robot in queste posizioni o lungo il percorso insegnato. Questa tecnica è popolare per attività come la verniciatura a spruzzo.

La programmazione offline è quella in cui l’intera cella, il robot e tutte le macchine o gli strumenti nello spazio di lavoro sono mappati graficamente. Il robot può quindi essere spostato sullo schermo e il processo viene simulato. Un simulatore di robotica viene utilizzato per creare applicazioni integrate per un robot, senza dipendere dal funzionamento fisico del braccio del robot e dell’effettore finale. I vantaggi della simulazione robotica è che consente di risparmiare tempo nella progettazione di applicazioni di robotica. Può anche aumentare il livello di sicurezza associato alle apparecchiature robotiche poiché diversi scenari “what if” possono essere provati e testati prima che il sistema sia attivato. Il software di simulazione robot fornisce una piattaforma per insegnare, testare, eseguire ed eseguire il debug di programmi scritti in una varietà di linguaggi di programmazione.

Gli strumenti di simulazione del robot consentono di scrivere e debugare i programmi di robotizzazione off-line con la versione finale del programma testata su un robot reale. La possibilità di visualizzare in anteprima il comportamento di un sistema robotico in un mondo virtuale consente di provare e testare una varietà di meccanismi, dispositivi, configurazioni e controllori prima di essere applicati a un sistema di “mondo reale”. I simulatori di robotica sono in grado di fornire il calcolo in tempo reale del movimento simulato di un robot industriale utilizzando sia la modellazione geometrica che la modellazione cinematica.

Altri Inoltre, gli operatori di macchine utilizzano spesso dispositivi di interfaccia utente, in genere unità touchscreen, che fungono da pannello di controllo operatore. L’operatore può passare da un programma all’altro, apportare modifiche all’interno di un programma e anche utilizzare una serie di dispositivi periferici che possono essere integrati nello stesso sistema robotico. Tra questi vi sono gli end-processor, alimentatori che forniscono componenti al robot, nastri trasportatori, comandi di arresto di emergenza, sistemi di visione artificiale, sistemi di interblocco di sicurezza, stampanti di codici a barre e una gamma quasi infinita di altri dispositivi industriali accessibili e controllati tramite il pannello di controllo operatore .

Generalmente il teach pendant o il PC vengono disconnessi dopo la programmazione e il robot viene quindi eseguito sul programma che è stato installato nel suo controller. Tuttavia, un computer viene spesso utilizzato per “supervisionare” il robot e le eventuali periferiche o per fornire ulteriore spazio di archiviazione per l’accesso a numerosi percorsi e routine complessi.

Utensili a estremità del braccio
La periferica robotica più essenziale è l’effettore finale o EOT (End-of-Arm-Tooling). Esempi comuni di dispositivi di estremità includono dispositivi di saldatura (come pistole di saldatura MIG, saldatrici a punti, ecc.), Pistole a spruzzo e anche dispositivi di levigatura e sbavatura (come dischi pneumatici o smerigliatrici a nastro, bave, ecc.) E pinze ( dispositivi che possono afferrare un oggetto, di solito elettromeccanico o pneumatico). Altri mezzi comuni per raccogliere oggetti sono il vuoto o i magneti. Gli effetti finali sono spesso molto complessi, realizzati per abbinare il prodotto gestito e spesso in grado di raccogliere una serie di prodotti contemporaneamente. Possono utilizzare vari sensori per aiutare il robot nel localizzare, manipolare e posizionare i prodotti.

Controllo del movimento
Per un determinato robot gli unici parametri necessari per localizzare completamente l’effettore finale (pinza, cannello di saldatura, ecc.) Del robot sono gli angoli di ciascuna delle giunzioni o spostamenti degli assi lineari (o combinazioni dei due per i formati robot tali come SCARA). Tuttavia, ci sono molti modi diversi per definire i punti. Il modo più comune e più conveniente per definire un punto è specificare una coordinata cartesiana per esso, cioè la posizione dell’effettore finale in mm nelle direzioni X, Y e Z relative all’origine del robot. Inoltre, a seconda del tipo di giunture che può avere un particolare robot, è necessario specificare anche l’orientamento dell’effettore finale in imbardata, inclinazione e rollio e la posizione del punto dell’utensile rispetto al frontalino del robot. Per un braccio snodato queste coordinate devono essere convertite in angoli congiunti dal controllore del robot e tali conversioni sono note come Trasformazioni cartesiane che possono dover essere eseguite in modo iterativo o ricorsivo per un robot a più assi. La matematica della relazione tra gli angoli articolari e le coordinate spaziali reali è chiamata cinematica. Vedi il controllo del robot

Il posizionamento per coordinate cartesiane può essere fatto inserendo le coordinate nel sistema o usando un teach pendant che muove il robot nelle direzioni X-Y-Z. È molto più facile per un operatore umano visualizzare i movimenti su / giù, sinistra / destra, ecc. Che spostare ciascun giunto uno alla volta. Quando viene raggiunta la posizione desiderata, viene quindi definita in un modo particolare per il software del robot in uso, ad es. P1 – P5 sotto.

Programmazione tipica
La maggior parte dei robot articolati esegue memorizzando una serie di posizioni in memoria e spostandosi su di esse in momenti diversi nella loro sequenza di programmazione. Ad esempio, un robot che sposta oggetti da un posto a un altro potrebbe avere un semplice programma di “prelievo e posizionamento” simile al seguente:

Definire i punti P1-P5:

Sicuro sopra il pezzo (definito come P1)
10 cm Sopra il contenitore A (definito come P2)
In posizione per prendere parte dal bin A (definito come P3)
10 cm sopra il raccoglitore B (definito come P4)
In posizione per prendere parte dal bin B. (definito come P5)

Definisci il programma:

Passare a P1
Passare a P2
Passare a P3
Pinza stretta
Passare a P2
Passare a P4
Passare a P5
Pinza aperta
Passare a P4
Passare a P1 e finire

Per esempi di come questo apparirebbe nei comuni linguaggi dei robot, vedi la programmazione dei robot industriali.

singolarità
Lo standard nazionale americano per robot industriali e sistemi di robot – Requisiti di sicurezza (ANSI / RIA R15.06-1999) definisce una singolarità come “una condizione causata dall’allineamento collineare di due o più assi robot con conseguente movimento e velocità del robot imprevedibili”. È più comune nei bracci robotici che utilizzano un “polso a triplo rotolo”. Questo è un polso attorno al quale i tre assi del polso, controllando l’imbardata, l’inclinazione e il rollio, passano tutti attraverso un punto comune. Un esempio di una singolarità del polso è quando il percorso attraverso il quale il robot sta viaggiando fa sì che il primo e il terzo asse del polso del robot (cioè gli assi 4 e 6 del robot) si allineino. Il secondo asse del polso quindi tenta di ruotare di 180 ° in tempo zero per mantenere l’orientamento dell’effettore finale. Un altro termine comune per questa singolarità è un “flip da polso”. Il risultato di una singolarità può essere piuttosto drammatico e può avere effetti negativi sul braccio del robot, sull’effettore finale e sul processo. Alcuni produttori di robot industriali hanno tentato di mettere da parte la situazione alterando leggermente il percorso del robot per prevenire questa condizione. Un altro metodo è quello di rallentare la velocità di spostamento del robot, riducendo così la velocità richiesta al polso per effettuare la transizione. L’ANSI / RIA ha imposto che i produttori di robot rendano l’utente consapevole delle singolarità se si verificano mentre il sistema viene manipolato manualmente.

Un secondo tipo di singolarità nei robot a sei assi articolati verticalmente a polso si verifica quando il centro del polso giace su un cilindro centrato sull’asse 1 e con raggio uguale alla distanza tra gli assi 1 e 4. Si parla di singolarità della spalla. Alcuni produttori di robot menzionano anche singolarità di allineamento, in cui gli assi 1 e 6 diventano coincidenti. Questo è semplicemente un sotto-caso delle singolarità della spalla. Quando il robot passa vicino alla singolarità della spalla, l’articolazione 1 gira molto velocemente.

Il terzo e ultimo tipo di singolarità nei robot a sei assi articolati verticalmente con il polso si verifica quando il centro del polso si trova sullo stesso piano degli assi 2 e 3.

Le singolarità sono strettamente correlate al fenomeno del blocco del giunto cardanico, che ha una causa di radice simile di assi che si allineano.

Un video che illustra questi tre tipi di configurazioni singolari è disponibile qui.

Salute e sicurezza
L’International Federation of Robotics ha previsto un aumento mondiale nell’adozione di robot industriali e ha stimato 1,7 milioni di nuove installazioni di robot in fabbriche in tutto il mondo entro il 2020 [IFR 2017]. I rapidi progressi nelle tecnologie di automazione (ad esempio robot fissi, robot mobili e collaborativi ed esoscheletri) hanno il potenziale per migliorare le condizioni di lavoro ma anche per introdurre rischi sul posto di lavoro nella produzione dei luoghi di lavoro. Nonostante la mancanza di dati sulla sorveglianza professionale sulle lesioni associate specificamente ai robot, i ricercatori dell’Istituto nazionale statunitense per la sicurezza e la salute sul lavoro (NIOSH) hanno identificato 61 decessi correlati al robot tra il 1992 e il 2015 usando ricerche di parole chiave del Bureau of Labor Statistics (BLS) Censimento del database di ricerca sugli infortuni mortali (vedi informazioni dal Centro per la ricerca sulla robotica occupazionale). Usando i dati del Bureau of Labor Statistics, il NIOSH ei suoi partner statali hanno studiato 4 vittime fatidiche relative al robot nell’ambito del Programma di valutazione della valutazione e controllo della fatalità. Inoltre, l’OSHA (Occupational Safety and Health Administration) ha esaminato dozzine di decessi e lesioni correlati ai robot, che possono essere esaminati nella pagina di ricerca degli incidenti OSHA. Lesioni e decessi potrebbero aumentare nel tempo a causa del numero crescente di robot collaborativi e coesistenti, di esoscheletri alimentati e di veicoli autonomi nell’ambiente di lavoro.

Gli standard di sicurezza sono stati sviluppati dalla Robotic Industries Association (RIA) in collaborazione con l’American National Standards Institute (ANSI). Il 5 ottobre 2017, OSHA, NIOSH e RIA hanno firmato un’alleanza per lavorare insieme per migliorare le competenze tecniche, identificare e aiutare ad affrontare potenziali rischi sul luogo di lavoro associati ai tradizionali robot industriali e alla tecnologia emergente di installazioni e sistemi di collaborazione uomo-robot e aiutare a identificare ricerca necessaria per ridurre i rischi sul posto di lavoro. Il 16 ottobre NIOSH ha lanciato il Centro per la ricerca sulla robotica occupazionale per “fornire una guida scientifica per guidare lo sviluppo e l’uso di robot occupazionali che migliorino la sicurezza, la salute e il benessere dei lavoratori”. Finora, i bisogni di ricerca identificati da NIOSH e dai suoi partner comprendono: monitoraggio e prevenzione di infortuni e incidenti mortali, strategie di intervento e disseminazione per promuovere procedure di controllo e manutenzione delle macchine sicure e traduzione di efficaci interventi basati su evidenze nella pratica sul posto di lavoro.

La prima misura protettiva è quindi di solito la separazione dello spazio di movimento dei robot umani e industriali mediante griglia protettiva con sicure o fotocellule sicure. L’apertura della porta di protezione o l’interruzione della fotocellula causano l’arresto immediato del robot. In speciali modalità operative, in cui l’uomo deve entrare nell’area di pericolo del robot (ad es. Durante l’apprendimento), è necessario attivare un pulsante di abilitazione per consentire esplicitamente il movimento del robot. Allo stesso tempo, le velocità del robot devono essere limitate a un livello di sicurezza.

I recenti sviluppi (assistente robot) puntano nella direzione in cui il robot rileva mediante sensori un avvicinamento di un oggetto estraneo o di una persona nel tempo e rallenta il suo movimento, si arresta o rincula automaticamente. Pertanto, in futuro, è possibile una collaborazione congiunta con il robot nelle sue immediate vicinanze.

Tutti i circuiti di controllo di sicurezza personali sono in genere ridondanti e monitorati in modo che il guasto, come un cortocircuito, non determini una perdita di sicurezza.

Un’analisi dei pericoli viene utilizzata per determinare i pericoli posti dal robot o apparecchiature aggiuntive e per progettare un dispositivo di protezione adatto per questo. Tutti i dispositivi collegati nel circuito di sicurezza devono corrispondere alla categoria selezionata.

Struttura del mercato
Secondo lo studio dell’International Federation of Robotics (IFR) World Robotics 2018, erano circa 2.097.500 i robot industriali operativi entro la fine del 2017. Si stima che il numero raggiungerà 3.788.000 entro la fine del 2021. Per l’anno 2017 l’IFR stima che il mercato mondiale vendite di robot industriali con US $ 16,2 miliardi. Includendo il costo del software, delle periferiche e dell’ingegneria dei sistemi, il fatturato annuo per i sistemi robotizzati è stimato in US $ 48,0 miliardi nel 2017.

La Cina è il più grande mercato di robot industriali, con 137.900 unità vendute nel 2017. Il Giappone aveva il più grande stock operativo di robot industriali, con 286.554 alla fine del 2015. Il più grande cliente di robot industriali è l’industria automobilistica con una quota di mercato del 33%, quindi elettrica / industria elettronica con il 32%, industria metalmeccanica con il 12%, industria della gomma e della plastica con il 5%, industria alimentare con il 3%. Nell’industria tessile, dell’abbigliamento e della pelletteria sono operative 1.580 unità.

fabbricante
I noti produttori di robot industriali sono:

Germania:
Dürr AG
Robot KUKA
Reis Robotics (parte di KUKA AG dal 2013)

Giappone:
Motoman
Yaskawa Electric Corporation
Denso
Epson
Fanuc
Hirata
Kawasaki Heavy Industries
Mitsubishi Electric
Nihon Densan Sankyo
Panasonic

Svizzera:
Güdel
Sistemi Sigpack (imballaggio Bosch)
Stäubli
ABB Robotics

Austria:
sistemi di robot igm

STATI UNITI:
Tecnologia Adept

Quasi tutti i produttori utilizzano i propri controlli, che differiscono nella programmazione, nelle prestazioni e nella precisione del percorso ottenibile del robot. I controlli tipici sono IRC5, S4C + (ABB AG) e KRC3 (Kuka AG).

Inoltre, ci sono numerose case di sistema che danno vita ai robot industriali in sistemi individuali su misura per le esigenze dei rispettivi clienti. Nelle produzioni su larga scala, come nella produzione di automobili, spesso vengono utilizzati solo robot di un singolo produttore. Questo riduce il numero di pezzi di ricambio da tenere in magazzino. Elimina inoltre la necessità di formare dipendenti su sistemi diversi. Tuttavia, sempre più produttori automobilistici si rivolgono al fornitore robotizzato più economico per aggiudicare l’appalto al fine di ridurre una popolazione robotizzata unilaterale e quindi la dipendenza dal prezzo di un singolo produttore.

Aziende come la VW, che aveva una propria produzione robotica, hanno interrotto questa attività con crescente specializzazione e ora stanno acquistando esternamente il loro fabbisogno di robot industriali.