1. L'origine dei robot industriali L'invenzione dei robot industriali può essere fatta risalire al 1954, quando George Devol presentò domanda di brevetto per la conversione di parti programmabili. Dopo la partnership con Joseph Engelberger, fu fondata la prima azienda di robot al mondo, Unimation, e il primo robot fu utilizzato sulla linea di produzione della General Motors nel 1961, principalmente per estrarre componenti da una macchina per pressofusione. La maggior parte dei manipolatori universali azionati idraulicamente (Unimate) fu venduta negli anni successivi, utilizzata per la manipolazione di parti della carrozzeria e la saldatura a punti. Entrambe le applicazioni ebbero successo, a dimostrazione della capacità dei robot di lavorare in modo affidabile e garantire una qualità standardizzata. Ben presto, molte altre aziende iniziarono a sviluppare e produrre robot industriali. Nacque un settore guidato dall'innovazione. Tuttavia, ci vollero molti anni prima che questo settore diventasse veramente redditizio.
2. Stanford Arm: una svolta fondamentale nella robotica. L'innovativo "Stanford Arm" fu progettato da Victor Scheinman nel 1969 come prototipo di un progetto di ricerca. Era uno studente di ingegneria presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e lavorava presso lo Stanford Artificial Intelligence Laboratory. Lo "Stanford Arm" ha 6 gradi di libertà e il manipolatore completamente elettrificato è controllato da un computer standard, un dispositivo digitale chiamato PDP-6. Questa struttura cinematica non antropomorfa presenta un prisma e cinque giunti rotanti, che semplificano la risoluzione delle equazioni cinematiche del robot, accelerando così la potenza di calcolo. Il modulo di azionamento è costituito da un motore a corrente continua, un azionamento armonico e un riduttore a ingranaggi cilindrici, un potenziometro e un tachimetro per il feedback di posizione e velocità. Il successivo design del robot fu profondamente influenzato dalle idee di Scheinman.
3. La nascita del robot industriale completamente elettrificato Nel 1973, ASEA (ora ABB) lanciò il primo robot industriale completamente elettrificato al mondo, l'IRB-6, controllato da microcomputer. È in grado di eseguire movimenti a traiettoria continua, un requisito fondamentale per la saldatura ad arco e la lavorazione. È stato dimostrato che questo design si è dimostrato molto robusto e il robot ha una durata utile fino a 20 anni. Negli anni '70, i robot si diffusero rapidamente nell'industria automobilistica, principalmente per la saldatura e il carico e scarico.
4. Progettazione rivoluzionaria dei robot SCARA Nel 1978, Hiroshi Makino sviluppò un robot di assemblaggio selettivamente conforme (SCARA) presso l'Università di Yamanashi, in Giappone. Questo rivoluzionario design a quattro assi a basso costo si adattava perfettamente alle esigenze dell'assemblaggio di piccoli componenti, poiché la struttura cinematica consentiva movimenti del braccio rapidi e conformi. I sistemi di assemblaggio flessibili basati su robot SCARA con un'ottima compatibilità con il design del prodotto hanno notevolmente promosso lo sviluppo di prodotti elettronici e di consumo ad alto volume in tutto il mondo.
5. Sviluppo di robot leggeri e paralleli I requisiti di velocità e massa dei robot hanno portato a nuovi progetti cinematici e di trasmissione. Fin dagli albori, la riduzione della massa e dell'inerzia della struttura del robot è stata un importante obiettivo di ricerca. Un rapporto peso di 1:1 rispetto alla mano umana è stato considerato il punto di riferimento definitivo. Nel 2006, questo obiettivo è stato raggiunto da un robot leggero di KUKA. Si tratta di un braccio robotico compatto a sette gradi di libertà con capacità avanzate di controllo della forza. Un altro modo per raggiungere l'obiettivo di leggerezza e rigidità della struttura è stato esplorato e perseguito a partire dagli anni '80, ovvero lo sviluppo di macchine utensili parallele. Queste macchine collegano i loro effettori terminali al modulo base della macchina tramite 3-6 staffe parallele. Questi cosiddetti robot paralleli sono molto adatti per l'alta velocità (ad esempio per la presa), l'alta precisione (ad esempio per la lavorazione) o la movimentazione di carichi elevati. Tuttavia, il loro spazio di lavoro è più piccolo di quello di robot seriali o ad anello aperto simili.
6. Robot cartesiani e robot bimanuali. Attualmente, i robot cartesiani sono ancora ideali per applicazioni che richiedono un ampio ambiente di lavoro. Oltre al design tradizionale con assi di traslazione ortogonali tridimensionali, Gudel ha proposto nel 1998 una struttura a telaio a botte scanalata. Questo concetto consente a uno o più bracci robotici di tracciare e muoversi in un sistema di trasferimento chiuso. In questo modo, lo spazio di lavoro del robot può essere migliorato con elevata velocità e precisione. Ciò può essere particolarmente prezioso nella logistica e nella produzione di macchine. La delicata operazione delle due mani è fondamentale per attività di assemblaggio complesse, lavorazioni simultanee e caricamento di oggetti di grandi dimensioni. Il primo robot bimanuale sincrono disponibile in commercio è stato introdotto da Motoman nel 2005. Essendo un robot bimanuale che imita la portata e la destrezza di un braccio umano, può essere posizionato in uno spazio in cui lavoravano in precedenza gli operai. Pertanto, i costi di capitale possono essere ridotti. Presenta 13 assi di movimento: 6 per mano, più un singolo asse per la rotazione di base.
7. Robot mobili (AGV) e sistemi di produzione flessibili Contemporaneamente, sono emersi i veicoli a guida automatica (AGV) per la robotica industriale. Questi robot mobili possono muoversi all'interno di un'area di lavoro o essere utilizzati per il carico punto a punto di attrezzature. Nel concetto di sistemi di produzione flessibili automatizzati (FMS), gli AGV sono diventati una parte importante della flessibilità del percorso. Originariamente, gli AGV si basavano su piattaforme pre-configurate, come fili o magneti integrati, per la navigazione. Nel frattempo, gli AGV a navigazione libera vengono utilizzati nella produzione e nella logistica su larga scala. Solitamente la loro navigazione si basa su scanner laser, che forniscono una mappa 2D accurata dell'ambiente reale per il posizionamento autonomo e l'aggiramento degli ostacoli. Fin dall'inizio, si è pensato che la combinazione di AGV e bracci robotici fosse in grado di caricare e scaricare automaticamente le macchine utensili. Ma in realtà, questi bracci robotici presentano vantaggi economici e di costo solo in determinate occasioni specifiche, come il carico e lo scarico di dispositivi nell'industria dei semiconduttori.
8. Sette principali tendenze di sviluppo dei robot industriali A partire dal 2007, l'evoluzione dei robot industriali può essere contrassegnata dalle seguenti tendenze principali: 1. Riduzione dei costi e miglioramento delle prestazioni: il prezzo unitario medio dei robot è sceso a 1/3 del prezzo originale dei robot equivalenti nel 1990, il che significa che l'automazione sta diventando sempre più economica. Allo stesso tempo, i parametri delle prestazioni dei robot (come velocità, capacità di carico, tempo medio tra guasti MTBF) sono stati notevolmente migliorati. 2. Integrazione della tecnologia PC e dei componenti IT: la tecnologia dei personal computer (PC), il software di livello consumer e i componenti già pronti introdotti dal settore IT hanno migliorato in modo efficace l'economicità dei robot. Ora, la maggior parte dei produttori integra processori basati su PC nonché programmazione, comunicazione e simulazione nel controller e utilizza il mercato IT ad alto rendimento per mantenerlo. 3. Controllo collaborativo multi-robot: più robot possono essere programmati, coordinati e sincronizzati in tempo reale tramite un controller, che consente ai robot di lavorare insieme con precisione in un unico spazio di lavoro. 4. Diffusione dei sistemi di visione – I sistemi di visione per il riconoscimento degli oggetti, il posizionamento e il controllo qualità stanno diventando sempre più parte dei controllori dei robot. 5. Reti e controllo remoto – I robot sono collegati alla rete tramite bus di campo o Ethernet per un migliore controllo, configurazione e manutenzione. 6. Nuovi modelli di business – I nuovi piani finanziari consentono agli utenti finali di noleggiare robot o di affidare la gestione di un'unità robotica a un'azienda professionale o persino a un fornitore di robot, il che può ridurre i rischi di investimento e far risparmiare denaro. 7. Divulgazione della formazione e dell'istruzione – La formazione e l'apprendimento sono diventati servizi importanti per consentire a un maggior numero di utenti finali di comprendere la robotica. – Materiali e corsi multimediali professionali sono progettati per formare ingegneri e manodopera e consentire loro di pianificare, programmare, utilizzare e manutenere in modo efficiente le unità robotiche.
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Data di pubblicazione: 15 aprile 2025
