I robot industriali vengono impiegat per le atvità di lavorazione in molt setori per migliorare la precisione della lavorazione. A tale scopo si utlizza spesso un controller CNC che viene proposto come sistema di controllo per il robot industriale. La ragione per la quale viene utlizzato un sistema di controllo CNC risiede nel fato che grazie a questo sistema è possibile otenere prestazioni superiori e maggior precisione di movimento del robot industriale che viene guidato. Vengono progetat in considerazione delle diverse velocità di marcia. L'accuratezza del percorso e l'influenza dell'accelerazione del movimento sono entrambi accuratamente analizzat.
Il percorso è dato dal tpo di movimento che il robot deve svolgere durante le sue funzioni, solitamente maggiori sono gli spostament che il robot deve compiere e maggiori devono essere gli spazi di lavoro messi a disposizione per la realizzazione del processo.
L’accelerazione invece va ad incidere sulla velocità di funzionamento del robot. Ad una velocità più elevata corrisponde un minor impiego di tempo per il completamento del componente, ma questo alle volte può comportare un livello di accuratezza inferiore nei lavori di precisione, oltre al fato che metere soto sforzo eccessivamente la macchina comporta un possibile accorciamento dei suo ciclo di vita e dei maggiori intervent di manutenzione che devono essere effetuat per mantenere il più efficiente possibile il robot (allentamento di dadi e bulloni, sosttuzione di guarnizioni e ricambi d’olio lubrifcante ad intervalli regolari ecc).
Grazie però al vantaggio di fornire un'elevata precisione e flessibilità, i robot industriali sono sempre più utlizzat per le lavorazioni come smussatura, taglio, retfca e lucidatura, sollevamento e trasporto di component. La mancanza di rigidità, può avere anche degli effet negatvi sulla precisione del movimento del robot durante il processo
di lavorazione, il che può costtuire un problema per raggiungere la tolleranza di produzione, che potenzialmente influisce sulla qualità del componente. I fenomeni collaterali che possono scaturire da una minore rigidità sono ad esempio le vibrazioni che la macchina produce atraverso cambiament di velocità nel processo di realizzazione del pezzo.
Esistono due approcci principali per superare quest ostacoli.
Il primo approccio consiste nell'otmizzare la strutura del robot. I produtori di robot industriali progetano robot che sono specifci per partcolari compit di lavorazione.
L’azienda ABB, ad esempio, produce l'IRB 6660 per le operazioni di pre-lavorazione, ha un braccio parallelo aggiuntvo per rendere il robot più rigido.19 (Figura 6, un robot IRB 6660)
L’azienda KUKA offre robot dedicat alla fresatura come il KR500 R2830MT con un carico di lavoro utle fno a 500kg e una ripetbilità di posa di ± 0,08 mm.20 (Figura 7, un robot Kr500 della Kuka)
Il robot Stäubli RX170 hsm (creato per lavori ad alta velocità) sosttuisce il sesto asse con un mandrino ad alta velocità di taglio (HSC) per aumentare la rigidità e la precisione.21 (Figura 8, un robot
RX170)
L'altro approccio consiste nel migliorare il sistema di controllo. Vengono proposte molte tecniche di controllo per aumentare l'efficienza e la precisione dei robot industriali.
Oggi viene sviluppata una nuova generazione di controllo del movimento dei robot ABB, che include un modello basato su un generatore di traietorie e controllo degli assi. Questo conceto viene implementato in un controller IRC5, testando poi il funzionamento atraverso percorsi circolari e lineari e grazie ad un sistema di misurazione laser è possibile identfcare e misurare gli errori di percorso.
Risultat sperimentali dimostrano che l'accuratezza del percorso è migliorata fno al 50% e che il tempo del ciclo produtvo è ridoto fno al 20% senza metere a rischio il tempo di vita del robot.22
J. Wook Jeon e Y. Youl Ha, analizzano le tecniche esistent per controllare l'accelerazione e la decelerazione nel robot industriale nelle macchine CNC. Una tecnica consiste nella selezione di funzioni polinomiali e l’altra in tecniche di convoluzione digitale. Entrambe le tecniche hanno i loro limit. La selezione delle funzioni polinomiali comporta il problema del carico di calcolo, sopratuto quando l'ordine del polinomio diventa più alto. Le tecniche di conversione digitale sono molto più efficient rispeto alla selezione delle tecniche di funzione polinomiale e sono facilmente implementabili dall'hardware.23
Tutavia, alcuni profli di velocità utli per i robot industriali e macchine CNC non possono essere generat da queste tecniche.
Quindi viene proposto un approccio generalizzato. In base alle carateristche desiderate di accelerazione e decelerazione, ogni serie di coefficient viene calcolata e memorizzata.
Data una distanza di movimento, gli intervalli di accelerazione e decelerazione, un proflo di velocità avente le carateristche desiderate di accelerazione e decelerazione può essere creato semplicemente dall'uso di quest coefficient. Gli esperiment sono stat implementat in un sistema di controllo ad asse singolo.
22 - M. Björkman , T. Brogårdh , S. Hanssen , S.-E. Lindström , S. Moberg , M. Norrlöf , A New Concept for Moton Control of Industrial Robots, 2008
23 - J. Wook Jeon , Y. Youl Ha , A generalized approach for the acceleraton and deceler-aton of industrial robots and CNC machine tools, IEEE Trans. Ind. Electron(2000).
Un proflo di velocità arbitrario che non può essere generato da tecniche di convoluzione digitale può infat essere generato in modo efficiente dalla tecnica proposta.24
Le funzioni svolte dai robot possono essere programmate rapidamente, e possono essere inserit compit di gestone e automazione. Tutavia, sono completamente diverse le strategie di movimento che devono essere applicate durante i processi di lavorazione dei diversi pezzi. Il sistema di controllo numerico computerizzato (CNC), che ha il vantaggio di poter svolgere una produzione di alta precisione, in breve tempo e con maggiore flessibilità, è quindi ampiamente utlizzato in macchine utensili.
Diversi sistemi di controllo hanno i loro algoritmi per far funzionare il movimento dei robot. Al fne di scoprire se il movimento del robot soto il controllo di un kernel CNC abbia prestazioni migliori rispeto al controllo convenzionale, vengono svolte contnuamente ricerche anche per identfcare quale altro nuovo sistema possa ritenersi maggiormente idoneo per assicurare sempre più precisione ed efficacia nelle atvità di lavorazione.
Esiste una tecnica che prevede una nuova generazione di comandi chiamata VEPRO per le macchine di produzione controllate dai computer. Atraverso questo metodo, un linguaggio di scriptng di alto livello defnisce la traietoria dello strumento e ciò consente di elaborare rappresentazioni parametriche di geometrie complesse del pezzo in lavorazione.
Lo script viene quindi impiegato per generare i dat di interpolazione necessari per calcolare una traietoria dell'utensile soggeta a un numero di vincoli cinematci.
Un interpolatore viene utlizzato in tempo reale per fornire i comandi di posizione richiest da ciascun controller di movimento in modo sincrono.
24 - J. Wook Jeon , Y. Youl Ha , A generalized approach for the acceleraton and deceler-aton of industrial robots and CNC machine tools, IEEE Trans. Ind. Electron(2000).
Il metodo proposto viene emulato su un computer utlizzando il linguaggio di scriptng Python.
Questa tecnica viene utlizzata in diversi ambit della produzione, come ad esempio nella stampa 3D, consentendo di otenere prestazioni elevate.25
La stampa 3D è un potente strumento per la produzione. Si trata di sistemi applicat nelle fabbriche più intelligent, che rendono le supply chain più corte e una rapida velocità di fornitura.
Il ruolo della stampa 3D diventa sempre più signifcatvo in un ambiente caraterizzato da prodot ultra personalizzat.
Grazie a questo strumento le industrie possono fronteggiare il nuovo trend emergente del “what you see is what you can print” (WYSIWYP - quello che vedi è quello che può essere stampato).
I consumatori ora possono trovare e personalizzare artcoli ad un livello detagliato, il che fornisce un’alternatva alle offerte di prodot tradizionali che costringono ad acquistare in base al modello di offerta.