Robots


 Manipolatori Cartesiani

 

Manipolatori cartesiani 1/2/3/4 assi progettati e realizzati su misura per tutte le esisgenze.

Teoria sui manipolatori

Gradi di libertà

Sono necessari sei gradi di libertà per definire un corpo nello spazio, tre di traslazione e tre di rotazione. Ne deriva che un robot, per raggiungere qualsiasi punto nello spazio, deve possedere almeno sei azionamenti.

I robot, nella realtà, possono essere chiamati a svolgere mansioni, dove sono richiesti più di sei gradi libertà, in questo caso i gradi aggiuntivi sono chiamati “ridondanti”, o possono essere chiamati a svolgere mansioni, dove sei gradi di libertà sono eccessivi, in questo caso i gradi inutili non vengono realizzati, con un conseguente vantaggio economico dovuto ad una semplificazione della macchina. 

Elementi di un manipolatore

I robot sono composti, da un braccio, un polso o articolazione e un attuatore finale.

 – Il braccio fornisce i gradi di libertà necessari al robot per posizionare il polso in qualsiasi punto dello spazio. Il volume dentro il quale si può muovere l’estremo del polso, prende il nome di “volume di lavoro”, la cui forma varia in funzione ai collegamenti adoperati. I tipi di giunture più utilizzati sono quelli di tipo:
  • Rotoidali: permettono la rotazione tra elementi;
  • Prismatici: permettono il moto traslatorio rettilineo;
  • Elicoidali: consiste in una combinazione dei due collegamenti precedenti.

 -Il polso (Figura 1.1) fornisce i gradi di libertà necessari al robot, per posizionare la mano in qualsiasi direzione, all’interno di un volume sferico. 


Figura 1.1

-Il braccio e il polso hanno la funzione di fornire i gradi di liberta necessari a collocare nello spazio l’attuatore finale, che è la parte del manipolatore che lavora.

Esistono diversi tipi d’attuatori:

  • Pinze;
  • Mani;
  • Dispositivi di presa;
  • Utensili.

Ognuno in grado di svolgere solo un particolare tipo d’operazione.

Classificazione dei manipolatori

I robot si possono classificare in funzione della forma fisica del braccio.

o Configurazioni classiche

   1 La configurazione Cartesiana, che si divide a sua volta in

a) Manipolatore cartesiano a portale (Figura 1.2).
b) Manipolatore cartesiano a montante (Figura 1.3).

Figura 1.2 Figura 1.3

In tutte e due le configurazioni presentano tre movimenti lineari, corrispondenti ai tre assi X, Y e Z. Nella prima tipologia, la linea di montaggio deve entrare nel portale, nella seconda il robot può rimanere anche all’esterno della catena di montaggio.

Tra tutte le configurazioni che i robot possono assumere, quella cartesiana a portale, risulta essere quella più rigida.

Il volume di lavoro, per entrambe le configurazioni cartesiane, ha la forma di un parallelepipedo.

   2 La configurazione cilindrica (Figura 1.4).

In questo tipo di robot sono presenti due movimenti lineari  e , ed uno rotazionale . Il volume di lavoro assume la forma di un cilindro cavo, con raggio esterno , e raggio interno .


Figura 1.4

3La configurazione polare o sferico (Figura 1.5).

In questo tipo di robot sono presenti due movimenti rotazionali  e , ed uno lineare . 

Il volume di lavoro assume la forma di una sfera cava.


Figura 1.5

o Configurazioni speciali

Oltre alle tre configurazioni classiche, esistono altre due geometrie speciali:

   4 Il robot S.C.A.R.A. – Selective Compliance Assembly Robot Arm  (Figura 1.6).

In questo tipo di robot sono presenti due movimenti rotazionali  e , che gli permettono di avere un movimento orizzontale di maggiore portata, ed uno lineare . Questo tipo di configurazione, conferisce al robot la proprietà d’essere cedevole in un piano orizzontale, e meno in quello verticale.

Il volume di lavoro sei robot S.C.A.R.A presenta un volume di lavoro irregolare.


Figura 1.6
   5 La configurazione a braccio articolato, o antropomorfo (Figura 1.7).

In questo tipo di robot sono presenti tre movimenti rotazionali,  attorno ad un’asse verticale,  e , attorno ad assi orizzontali.

Il volume di lavoro assume la forma di una sfera cava.


Figura 1.7

Prestazioni di posizionamento geometrico dei manipolatori

I parametri che ci permettono di quantificare la precisione nel posizionamento, della punta operativa del manipolatore, sono:

  • La Risoluzione;
  • La ripetibilità;
  • La precisione o accuratezza;
  • Errore sistematico;
  • Riproducibilità;
  • Stabilità;
  • Linearità.

Normalmente vengono fate solamente le prime tre misure, perché ritenute le uniche in grado di quantificare le prestazioni di un manipolatore.

o La risoluzione

La risoluzione definisce e misura, il più piccolo scarto della grandezza, che un sensore è in grado di rilevare (Perciò è un parametro che dipende dalla qualità dei sensori utilizzati per la misura).

o La ripetibilità

La ripetibilità misura la capacità del manipolatore di ritornare nello stesso punto dello spazio, eseguendo lo stesso percorso in tempi successivi.

Più precisamente misura la variabilità dei risultati ottenuti nella procedura descritta sopra.

La precisione del manipolatore aumenta al diminuire della variabilità e quindi della ripetibilità. 

o La precisione

La precisione, o accuratezza, è definita come il massimo errore di posizione o assetto che si ottiene quando si muove la punta del robot in un punto assegnato dello spazio cartesiano con assetto assegnato.

A differenza della ripetibilità, per la precisione è necessario definire un sistema di riferimento assoluto a cui riferire l’errore, quest’ultimo infatti dipende dalla posizione relativa tra l’origine del sistema di riferimento, e il punto rappresentante la posizione della punta operativa di un robot.