L’evoluzione dei robot industriali, dal loro debutto negli anni ’50, ha portato a cambiamenti radicali nelle specifiche di progettazione e nei processi di produzione. Inizialmente, questi dispositivi erano destinati a svolgere compiti ripetitivi di presa e deposito con requisiti di precisione relativamente bassi. Tuttavia, l’accuratezza nell’esecuzione delle traiettorie è notevolmente migliorata grazie all’introduzione di meccanismi più leggeri, azionamenti elettrici e riduttori di precisione, tutti gestiti da controllori avanzati in grado di eseguire programmi di controllo delle traiettorie più sofisticati.
Oggi è comune vedere scostamenti inferiori a 1 mm, ma quando si richiedono prestazioni ancora più precise la sfida diventa ardua. Numerose applicazioni richiedono un livello di accuratezza inferiore a 0,1 millimetri come nel taglio laser, le tecnologie di rivestimento o la stampa 3D dove uniformità e misure precise sono fondamentali. Per raggiungere tali livelli di precisione i progettisti hanno dovuto concentrarsi principalmente sui sistemi meccanici per avvicinarli il più possibile a un sistema ideale.
L’attuale tendenza tecnologica si concentra sulla maggiore capacità computazionale e sulle tecniche di misurazione per aumentare ulteriormente la precisione del controllo.
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La validazione dei robot: un passaggio cruciale per la precisione finale
La norma ISO 9283 fornisce metodi di misurazione e criteri di calcolo per diversi aspetti della precisione. Questo standard specifica sia parametri statici che dinamici e consente una facile comparazione tra i robot di diversi produttori.
Tuttavia, questi standard rispondono in modo generico ai requisiti di precisione e non sono completamente adatti ai vari livelli richiesti dalle singole applicazioni. Pertanto, è necessario considerare altri fattori come lo spazio di lavoro, la forma delle traiettorie e le velocità richieste. È quindi fondamentale effettuare verifiche incrociate sulle prestazioni di precisione raggiunte nell’ambiente operativo dell’applicazione.
Fattori chiave per migliorare la precisione dei robot
Per ottenere la precisione richiesta per i movimenti del robot o per una specifica applicazione, minimizzando l’impegno progettuale e quindi l’impatto economico, è necessario avere una profonda conoscenza dei fattori che influenzano la precisione, come la geometria del robot e le caratteristiche degli organi meccanici.
Per creare un modello di compensazione affidabile, i progettisti devono essere in grado di identificare con precisione gli elementi critici della catena cinematica.
Alcuni di questi elementi possono avere un impatto significativo sull’accuratezza finale: geometria del robot; organi meccanici come i riduttori e le relative prestazioni in termini di elasticità, giochi all’inversione del moto, isteresi o attriti sugli ingranaggi; limitata rigidità dovuta ad elasticità dei giunti o limiti dei cuscinetti; errori dei servo attuatori; vibrazioni.
Per ottimizzare il modello di compensazione, l’incidenza dei singoli fattori è strettamente legata al tipo di cinematica. È quindi molto importante identificare i fattori più significativi per creare un modello di compensazione affidabile e specifico per ogni applicazione. Inoltre, bisogna considerare che maggiore sarà il numero di parametri da inserire nel modello di compensazione, maggiore sarà la complessità della calibrazione e della validazione del modello stesso.
Precisione assoluta e ripetibilità dinamica
Nelle applicazioni pratiche ci sono altri due aspetti importanti da considerare: la precisione assoluta e la ripetibilità dinamica.
Come accennato, le specifiche dei robot industriali più comuni fanno solitamente riferimento a valori di precisione inferiori a 0,1 mm. Questi valori si riferiscono alla precisione statica dove la prestazione è validata da un test: questo test misura la precisione con cui un robot è in grado di ritornare in un punto predefinito, dopo aver percorso una certa traiettoria. Tuttavia va considerato che nelle applicazioni pratiche, vi sono altri due aspetti importanti da considerare: la precisione assoluta e la ripetibilità dinamica. La ripetibilità dinamica descrive con quanta precisione un determinato percorso viene ripetuto.
La precisione assoluta rappresenta il risultato di precisione più difficile da raggiungere. Infatti la precisone assoluta è definita come la tolleranza con cui un robot percorre qualsiasi percorso all’interno della sua area di lavoro, rispetto alla traiettoria programmata. Bisogna considerare però che la precisone richiesta da ogni singola applicazione può differire anche di diversi ordini di grandezza. La specifica della precisione deve tenere conto dei requisiti dell’applicazione. Per esempio: il target è un punto o un percorso? La posizione del pezzo deve essere misurata rispetto alla posizione del robot o rispetto ad altri riferimenti? Le traiettorie percorse saranno sempre le stesse o saranno diverse ad ogni ciclo? Considerando che le nuove frontiere per applicazioni robotiche di precisione sono il taglio e la saldatura laser, la verniciatura con tecnologia ink-jet, il micro-assemblaggio e l’additive manufacturing, le tecniche di calibrazione e compensazione sono fattori determinanti per la robotica del futuro.
Keba Kemro X
Kemro X è la soluzione hardware e software proposta da Keba per l’analisi, la simulazione, il controllo e la calibrazione dei robot.
Kemro X comprende CPU di controllo e di sicurezza scalabili in grado di gestire programmi PLC, Motion e multi-robot, HMI da pannello e palmari anche con tecnologia wireless, drive muti-asse estremamente compatti ed efficienti e una gamma di servomotori molto estesa.
Kemro X è in grado di soddisfare sia i più stringenti requisiti dei costruttori di robot, sia la flessibilità richiesta dai costruttori di macchine automatiche che vogliono integrare funzionalità motion e robotiche facendole interagire tra loro nella stessa piattaforma di controllo.
Kemro X_Modello dinamico robotico
I controllori robotici Keba possono eseguire un modello dinamico per cinematiche robotiche seriali e parallele. I parametri del modello dinamico possono essere acquisiti dai dati di progetto o possono essere ricavati da una procedura di identificazione. Il modello dinamico contiene anche i parametri di attrito, la cui precisa compensazione garantisce un’elevata precisione, sia nell’esecuzione di traiettorie a bassa velocità sia in situazioni in cui i giunti invertono direzione.
Kemro X_Calibrazione robotica
Il software di controllo dei robot Keba dispone di funzioni per la calibrazione dei robot che utilizzano laser tracker o altri dispositivi di misura esterni. I risultati della calibrazione possono essere importati direttamente nella configurazione del robot, evitando così problemi di conversione dei dati. Le avanzate funzionalità di calibrazione robotica integrate in Kemro X non considerano solo i parametri geometrici, ma anche l’elasticità degli ingranaggi.
Kemro X_Validazione del robot
Il software di controllo robotico Keba supporta le procedure di validazione dei robot. È possibile generare programmi robotici secondo lo standard ISO 9283, eseguire le misurazioni e calcolare i risultati di precisione secondo lo standard. Quando si utilizza un laser tracker con interfaccia real-time, sono supportate le misure dinamiche. Questa funzione è particolarmente importante per le applicazioni che richiedono un’elevata precisione lungo l’intera traiettoria di movimento. L’analisi può essere utilizzata per incrementare l’accuratezza, suggerendo una migliore calibrazione, una diversa compensazione delle caratteristiche meccaniche, l’ottimizzazione dei loop di servo-controllo o anche indicazioni su dove intervenire per migliorare la meccanica.
