Tipologia di un robot

In un robot si hanno delle articolazioni che uniscono tra di loro dei segmenti. 
Le articolazioni possono essere:

1. Di tipo Prismatico (telescopico): consentono il movimento lineare tra due segmenti, senza che questi possano ruotare uno rispetto all’altro.
2. Di rivoluzione (cerniera): consentono un movimento di tipo rotatorio, nel piano, di un segmento rispetto all’altro.

In base al tipo di articolazioni presenti in un robot si distinguono robot cartesiani, robot cilindrici, robot sferici, robot articolati verticali ed articolati orizzontali (o scara).
Altre caratteristiche importanti di cui si deve tenere conto nella scelta di un robot, oltre a quelle già esaminate, sono:

1. Volume di lavoro: ovvero il volume massimo entro il quale il robot può operare.
2. Versatilità o destrezza del robot: cioè in base alla capacità che ha un robot di raggiungere una certa posizione con assetti e percorsi diversi, in modo che il suo terminale possa raggiungere e posizionarsi correttamente anche in zone di difficile accesso.
3. Capacità di carico: All’aumentare del carico e all’aumentare della sua distanza da un eventuale asse di rotazione si ha un aumento dell’inerzia del sistema e si hanno maggiori difficoltà nel controllo del robot.
4. Velocità dei movimenti: il robot si deve muovere il più velocemente possibile durante le fasi di spostamento da un punto di lavoro ad un altro affinché il ciclo si compia nel più breve tempo possibile.
5. La precisione del movimento: per precisione del movimento, o meglio per risoluzione, si intende la lunghezza minima del movimento che l’estremità del robot può controllare.
6. Ripetibilità.

Le caratteristiche di precisione e di ripetibilità dipendono sia dall’accuratezza con cui sono state effettuate le lavorazioni dei componenti meccanici del robot, sia dalle prestazioni della parte elettronica.

ROBOT CARTESIANI

In questi robot si hanno tre movimenti tutti cartesiani, cioè ottenuti mediante accoppiamenti prismatici.
Possono aversi dei robot costituiti da una struttura fissa a portale oppure dei robot cartesiani con struttura a montante, in cui è cioè presente, quale elemento fisso un montante verticale o orizzontale.
I robot cartesiani sono in genere molto rigidi, in quanto le parti a sbalzo sono limitate e piuttosto pesanti; in genere non hanno accelerazioni e decelerazioni di valore molto elevato; sono poco versatili e non sempre possono raggiungere un qualsiasi punto nello spazio superando ostacoli o percorrendo traiettorie particolari.
Il volume di lavoro è costituito da un parallelepipedo.

I robot cartesiani hanno buone caratteristiche di precisione e di ripetibilità.
Vengono anche impiegati per montaggi preferibilmente quando questi devono avvenire con inserimenti verticali o orizzontali e per manipolare pezzi anche di dimensione e peso elevati. Non sono adatti a lavori di verniciatura.
Le trasmissioni utilizzate per trasformare un moto rotatorio in moto rettilineo possono essere del tipo vite senza fine-pignone, nel caso in cui non occorrano precisioni elevate, e del tipo a ricircolazione di sfere o a rulli, nel caso in cui debbano aversi maggiori precisioni. 
Le guide vengono realizzate mediante superfici coniugate di maggiore o minore precisione in funzione delle prestazioni richieste; pertanto possono aversi o delle guide a semplice coda di rondine, nei casi meno impegnativi, o delle guide in cui sono presenti dei cuscinetti lineari a rulli.  Qualora occorrano accoppiamenti prismatici aventi una grande precisione i costi di realizzazione possono raggiungere valori anche molto elevati e in genere nettamente superiori a quelli occorrenti per realizzare degli accoppiamenti di precisione di tipo rotoidale.
Un vantaggio delle strutture cartesiane è quello di presentare una inerzia che varia di poco al modificarsi della posizione degli assi ottenendo così un buon comportamento dinamico.

ROBOT CILINDRICI

I robot cilindrici sono robot in cui il movimento è assicurato da una rotazione attorno ad un asse verticale e da due movimenti cartesiani. 
La posizione della mano del robot può essere facilmente individuata utilizzando delle coordinate cilindriche.
Vengono chiamati così anche perché il loro campo di lavoro è costituito da una parte di cilindro.
È un robot che ha delle parti a sbalzo e di conseguenza, se si vogliono ottenere buone precisioni, occorre realizzare una struttura molto rigida e pesante, il che limita le velocità che possono essere raggiunte.  La risoluzione dei robot cilindrici varia al variare della distanza del terminale dall’asse di rotazione; ciò avviene in tutti i robot in cui si hanno accoppiamenti di tipo rotoidale e distanze del terminale dall’asse di rotazione non costanti. 

La presenza di accoppiamenti di tipo prismatico li rende inoltre piuttosto costosi. 
Viceversa i robot cilindrici si prestano particolarmente all’impiego di attuatori pneumatici di tipo lineare per cui vengono impiegati spesso quali manipolatoti utilizzando dei finecorsa per il controllo delle posizioni e un PLC per il controllo della sequenza; soprattutto in realizzazioni di piccole dimensioni possono aversi dei manipolatori molto veloci e precisi. 

ROBOT SFERICI O POLARI

Nei robot sferici il moto è dovuto a due rotazioni e aduno sfilamento, una intorno al suo asse verticale e l’altra sull’asse orizzontale.
Questi robot sono anche chiamati robot polari in quanto per descrivere la posizione di un punto si può fare ricorso all’impiego di coordinate polari.

Durante il lavoro il terminale del robot individua una porzione di sfera. Queste macchine devono essere molto rigide, per evitare flessioni e vibrazioni, leggere per ridurre l’inerzia. Su queste macchine sono montati attuatori oleodinamici.
Le caratteristiche principali sono: discreta versatilità, buona precisione, e bassa ripetibilità.

ROBOT ARTICOLATI VERTICALI O ROBOT ORIENTABILI E BRANDEGGIABILI

Nei robot articolati verticali sono presenti tre articolazioni di rotazione, due ad asse orizzontale ed una ad asse verticale. Il loro volume di lavoro è all’incirca sferico.
È il tipo di robot che meglio riesce a simulare l’azione di un braccio umano (robot antropomorfo).  Per tale motivo le varie parti del robot vengono spesso individuate con i seguenti nomi:

1. Piede: è il basamento fisso del robot.
2. Base o colonna del robot: è il primo dei segmenti del robot ed effettua una rotazione attorno all’asse verticale.

Il relativo movimento si chiama rotazione della base.

1. Braccio: è il segmento del robot collegato alla base tramite un’articolazione chiamata movimentazione del braccio.
2. Avambraccio: è il segmento del robot collegato al braccio tramite un’articolazione chiamata gomito: il suo movimento viene chiamato movimentazione dell’avambraccio.
3. Polso: con tale termine si indica l’articolazione finale del robot, dotato normalmente di più movimenti, che, per quanto già visto, sono:
1. Il beccheggio.
2. L’imbardata.
3. Il rullio.

Le articolazioni di un robot sono realizzate mediante cuscinetti volventi speciali aventi un grande diametro ed una minima larghezza in modo da conseguire la massima rigidità ed offrire anche la possibilità di collocare facilmente i motori nella cerniera. 
La colonna del robot poggia su un cuscinetto a rulli in esecuzione speciale per assicurare una grande rigidezza e precisione. 

I robot articolati possono essere generalmente posizionati in modo diverso: possono essere installati a pavimento o a soffitto, ritti o inclinati a seconda delle esigenze e degli spazi disponibili. 
In un robot articolato le strutture lavorano molto a sbalzo per cui sono soggette a notevoli flessioni; si hanno anche delle inerzie molto variabili sia in funzione del carico che, soprattutto, della posizione; ciò potrebbe limitare i valori di accelerazione e di decelerazione e potrebbe provocare delle oscillazioni nel sistema; per evitare l’impiego di motori surdimensionati e quindi aventi una massa elevata, vengono impiegati sistemi di equilibratura che intervengono quando il braccio si tende.
I robot articolati sono robot molto versatili e particolarmente adatti ad essere impiegati in sostituzione di operazioni fatte dall’uomo con l’ausilio di attrezzi semplici senza che si abbia la necessità di avere delle precisioni elevate:

1. Possono quindi effettuare in modo flessibile lo scarico ed il carico di pezzi o la sostituzione di utensili: i pezzi possono essere prelevati con facilità anche da contenitori profondi, oltre che da pallet, e da trasportatori. 
2. Abbinato ad un sistema di visione, se il sistema di controllo lo consente, può prelevare oggetti disposti in modo non ordinato.
3. Possono eseguire facilmente operazioni di meccanica leggera quali la sbavatura e la rifilatura di materiali metallici o plastici, foratura di parti e avvitatura.
4. Possono provvedere, grazie alla loro agilità e alla ridotta sezione del braccio, ad eseguire con precisione il deposito di collanti e spillanti su parti tridimensionali, raggiungendo anche aree anguste e di difficile accesso.
5. Possono eseguire facilmente delle saldature ad arco o a filo continuo con traiettorie qualsiasi a velocità costante.
6. Possono effettuare montaggi di media precisione anche di particolari relativamente complessi e inoltre un solo robot può effettuare sia il montaggio che la movimentazione del prodotto, una volta effettuato il montaggio.

Tali robot vengono anche impiegati per l’utilizzo di nuove tecnologie, quali il taglio tramite raggio laser o il taglio di parti tridimensionali, soprattutto di materiali compositi, a getto d’acqua ad elevatissima pressione (Water jet).

ROBOT ARTICOLATI ORIZZONTALI O ROBOT SCARA

Sono robot in cui si hanno due rotazioni intorno ad assi verticali, più una traslazione verticale. Tale configurazione consente loro di raggiungere facilmente tutti i punti di una superficie, o di una corona circolare, parallela al piano dei bracci.
Il volume di lavoro per questo tipo di robot, è il seguente:

ORGANI DI PRESA

Oltre ai tre assi principali se ne possano avere altri che consentano al terminale del robot di assumere un qualsiasi orientamento nello spazio. 
Questi ulteriori assi possono essere in numero variabile in funzione delle necessità. 
Al loro aumentare si ha un aumento degli errori di posizionamento e pertanto si preferisce limitarne il numero a quelli strettamente necessari. 
Nel caso in cui i pezzi da afferrare abbiano una geometria elementare, quale quella cilindrica, parallelepipeda, ecc. possono essere impiegati organi di presa generici; molto spesso, tuttavia, questi devono essere progettati specificatamente in funzione dell’oggetto da manipolare tenendo conto che la pinza deve essere "complementare" con esso. 
Si possono definire alcune caratteristiche di un organo di presa valide in generale.
Pertanto l’organo di presa:

1. Deve essere in grado di afferrare gli oggetti con una forza sufficiente ad evitare che durante la movimentazione le forze agenti sul pezzo, quali il suo peso, le forze di inerzia e quelle centrifughe, determinino la sua caduta; questa forza dipende anche dall’attrito tra pinza e pezzo e quindi dalla natura delle superfici di contatto; di contro si deve impedire che tale forza, soprattutto in presenza di pezzi fragili o aventi una elevata finitura superficiale, sia troppo elevata per evitare che il pezzo venga danneggiato.
2. Deve possedere una buona precisione di movimento per assicurare una presa corretta, soprattutto nei casi in cui dopo l’operazione di presa debba essere eseguito un montaggio.
3. Deve avere dimensioni, pesi ed ingombri ridotti in modo da non diminuire il valore del carico massimo manovrabile.
4. Deve essere affidabile..
5. Deve essere in grado di resistere alle condizioni ambientali in cui è impiegato.

In seguito alla rotazione della torretta si ha il corretto posizionamento della pinza adatta per quella particolare operazione; si evitano così le perdite di tempo dovute alla sostituzione della pinza; si ha tuttavia un ulteriore appesantimento dell’estremità del robot con conseguente diminuzione del carico utile manovrabile.
Spesso la struttura delle pinze è tale che, in seguito ad eventuali ostacoli che dovessero insorgere in sede di montaggio, il terminale può subire dei piccoli movimenti di adattamento (pinze autoadattative).
Le pinze possono poi essere distinte in base al loro funzionamento; si distinguono:

1. Pinze a presa meccanica.
2. Pinze ad aspirazione.
3. Pinze magnetiche ed elettromagnetiche.

Pinze a presa meccanica

Le pinze a presa meccanica possono avere dita di tipo rigido, di tipo semirigido e di tipo flessibile.  Nel caso di pinze con dita di tipo rigido o semirigido si possono avere due differenti tipi di accostamento al pezzo: in uno si ha la rotazione delle due parti della pinza attorno ad uno o due distinti fulcri con strutture meccaniche della pinza a ganascia, a sistema articolato, a doppio sistema articolato, con camme, con molle, ecc.
Nell’altra si ha che le due semipinze si accostano al pezzo mantenendosi tra loro parallele, effettuando quindi una semplice traslazione. 

L’accostamento traslatorio può essere realizzato con un sistema a quadrilatero articolato o mediante cremagliere e ruote dentate.
Oltre ad avere pinze realizzate per afferrare dei pezzi dall’esterno si hanno anche pinze che sfruttano la presenza di fori per afferrare i vari pezzi per espansione.
L’apertura e la chiusura della pinza può avvenire per mezzo di un motore elettrico, di un cilindro pneumatico (la soluzione attualmente più impiegata) o di un cilindro oleodinamico.
I comandi di apertura e chiusura della pinza possono essere di tipo on-off o di tipo continuo, ad esempio con un controllo ad anello chiuso della forza di serraggio.

Sistemi di presa ad aspirazione

In altri sistemi di presa si impiegano delle ventose in cui viene provocata una depressione che determina l’adesione del pezzo da sollevare. 

Le ventose vengono normalmente realizzate con materiali elastici (in genere neoprene e uretene) per consentire un loro adattamento al pezzo anche in presenza di superfici non regolari; possono anche essere realizzate in materiale rigido nel caso di pezzi d sollevare in materiale elastico.

Sistemi di presa magnetici

Se devono essere movimentati dei pezzi ferromagnetici si può fare ricorso all’impiego di sistemi a presa magnetica; possono essere impiegati dispositivo a magneti permanenti e dispositivo elettromagnetici.  Questi hanno il vantaggio di consentire la presa di pezzi anche abbastanza diversi tra loro; la loro forma deve tuttavia essere tale da assicurare sempre una presa sicura.
Il dispositivo a magneti permanenti, al contrario delle elettrocalamite, non necessitano di alimentazione e possono essere impiegati anche in ambienti con atmosfere potenzialmente pericolose.
Il distacco dei pezzi nelle elettrocalamite avviene interrompendo la tensione di alimentazione e inviando una tensione ridotta di verso contrario a quella di lavoro per smagnetizzare completamente il pezzo manipolato.