I manipolatori industriali o manipolatori robotici sono macchine che vengono utilizzate per manipolare o controllare il materiale senza stabilire un contatto diretto. In origine era usato per manipolare oggetti radioattivi o bio-pericolosi che possono essere difficili da maneggiare per una persona. Ma ora vengono utilizzati in molte industrie per svolgere compiti come sollevare oggetti pesanti, saldare continuamente con buona precisione, ecc. Oltre alle industrie vengono utilizzati anche negli ospedali come strumenti chirurgici. E ora i medici di un giorno usano ampiamente manipolatori robotici nelle loro operazioni.
Prima di parlarvi dei diversi tipi di manipolatori industriali, vorrei parlarvi delle articolazioni.
Un giunto ha due riferimenti. Il primo è il normale sistema di riferimento fisso. Il secondo sistema di riferimento non è fisso e si sposterà rispetto al primo sistema di riferimento a seconda della posizione del giunto (o del valore del giunto) che ne definisce la configurazione.
Impareremo a conoscere due giunti utilizzati nella produzione di diversi tipi di manipolatori industriali.
1. Revolute Joint:
Hanno un grado di libertà e descrivono i movimenti di rotazione (1 grado di libertà) tra gli oggetti. La loro configurazione è definita da un valore che rappresenta la quantità di rotazione attorno all'asse z del primo piano di riferimento.
Qui possiamo vedere il giunto rotante tra due oggetti. Qui il follower può avere un movimento rotatorio attorno alla sua base.
2. Giunto prismatico:
Le articolazioni prismatiche hanno un grado di libertà e vengono utilizzate per descrivere i movimenti di traslazione tra gli oggetti. La loro configurazione è definita da un valore che rappresenta la quantità di traslazione lungo l'asse z del primo sistema di riferimento.
Qui puoi vedere vari giunti prismatici in un unico sistema.
Diversi tipi di manipolatori industriali
Nelle industrie vengono utilizzati molti tipi di manipolatori industriali in base alle loro esigenze. Alcuni di loro sono elencati di seguito.
- Robot a coordinate cartesiane:
In questo robot industriale, i suoi 3 assi principali hanno giunti prismatici o si muovono in modo lineare l'uno sull'altro. I robot cartesiani sono più adatti per l'erogazione di adesivo come nell'industria automobilistica. Il vantaggio principale dei cartesiani è che sono in grado di muoversi in più direzioni lineari. Inoltre sono in grado di eseguire inserimenti in linea retta e sono facili da programmare. Gli svantaggi del robot cartesiano sono che occupa troppo spazio poiché la maggior parte dello spazio in questo robot è inutilizzato.
- Robot SCARA:
L'acronimo SCARA sta per Selective Compliance Assembly Robot Arm o Selective Compliance Articulated Robot Arm. I robot SCARA hanno movimenti simili a quelli di un braccio umano. Queste macchine comprendono un'articolazione della "spalla" e del "gomito" insieme a un asse del "polso" e un movimento verticale. I robot SCARA hanno 2 giunti rotanti e 1 giunto prismatico. I robot SCARA hanno movimenti limitati ma è anche il suo vantaggio in quanto possono muoversi più velocemente di altri robot a 6 assi. È anche molto rigido e resistente. Sono principalmente utilizzati in applicazioni finalizzate che richiedono movimenti punto a punto rapidi, ripetibili e articolati come pallettizzazione, pallettizzazione DE, carico / scarico macchina e assemblaggio. I suoi svantaggi sono che ha movimenti limitati e non è molto flessibile.
- Robot cilindrico:
È fondamentalmente un braccio robotico che si muove attorno a un palo a forma di cilindro. Un sistema robotico cilindrico ha tre assi di movimento: l'asse di movimento circolare e i due assi lineari nel movimento orizzontale e verticale del braccio. Quindi ha 1 giunto rotante, 1 giunto cilindrico e 1 prismatico. Oggi i robot cilindrici sono meno utilizzati e vengono sostituiti da robot più flessibili e veloci, ma hanno un posto molto importante nella storia poiché venivano utilizzati per le prese e le attività di mantenimento molto prima che i robot a sei assi fossero sviluppati. Il suo vantaggio è che può muoversi molto più velocemente del robot cartesiano se due punti hanno lo stesso raggio. Il suo svantaggio è che richiede uno sforzo per trasformare da sistema di coordinate cartesiane a sistema di coordinate cilindriche.
- Robot PUMA:
Il PUMA (Programmable Universal Machine for Assembly, o Programmable Universal Manipulation Arm) è il robot industriale più comunemente usato nelle operazioni di assemblaggio, saldatura e laboratori universitari. È più simile al braccio umano che al robot SCARA. Ha una grande flessibilità più di SCARA ma riduce anche la sua precisione. Quindi vengono utilizzati in lavori meno precisi come assemblaggio, saldatura e manipolazione di oggetti. Ha 3 giunti rotanti ma non tutti i giunti sono paralleli, il secondo giunto dalla base è ortogonale agli altri giunti. Ciò rende PUMA conforme a tutti e tre gli assi X, Y e Z. Il suo svantaggio è la sua minore precisione, quindi non può essere utilizzato in applicazioni critiche e di alta precisione.
- Robot polari:
A volte è considerato come robot sferico. Si tratta di bracci robotici fissi con inviluppi di lavoro sferici o quasi sferici che possono essere posizionati in un sistema di coordinate polari. Sono più sofisticati dei robot cartesiani e SCARA ma la loro soluzione di controllo è molto meno complicata. Ha 2 giunti rotanti e 1 giunto prismatico per creare un'area di lavoro quasi sferica. I suoi usi principali sono nelle operazioni di movimentazione in linea di produzione e pick and place robot.
In termini di design del polso ha due configurazioni:
Pitch-Yaw-Roll (XYZ) come il braccio umano e Roll-Pitch-Roll come il polso sferico. Il polso sferico è il più popolare perché è meccanicamente più semplice da implementare. Presenta configurazioni singolari che possono essere identificate e di conseguenza evitate quando si opera con il robot. Il commercio tra la semplicità di soluzioni robuste e l'esistenza di configurazioni singolari è favorevole al design del polso sferico, e questa è la ragione del suo successo.