Progettazione meccanica di un banco prova per robotica collaborativa = Design of a test bench for collaborative robotics

La crescente richiesta da parte delle industrie di un maggiore grado di automazione e flessibilità implica un’integrazione sempre maggiore di dispositivi robotici all’interno dei processi produttivi. In particolare, per migliorare e velocizzare alcuni di questi diventa di fondamentale importanza la collaborazione uomo-macchina. Pertanto, recentemente si stanno imponendo quelle che vengono definite operazioni collaborative, in cui cioè utente e robot industriale lavorano condividendo il medesimo spazio operativo. A tal proposito, nel presente elaborato si propone la progettazione meccanica in ottica quick prototyping di un banco prova per robotica collaborativa, con particolare attenzione sulle operazioni di manutenzione collaborativa. Dunque, si analizza l’implementazione di un meccanismo automatico di cambio utensili che permetta al robot di estrarre e riporre i tool dal magazzino utensili senza alcuna assistenza da parte dell’operatore. Si descrivono in dettaglio tutti le fasi dello studio, dalle ragioni che hanno portato a tale sviluppo sino alla completa analisi del banco prova ottenuto. Il design del meccanismo rispetta i seguenti vincoli progettuali: meccanismo passivo, modularità, compattezza, leggerezza, robustezza, basso costo. In particolare, il sistema di cambio è stato progettato tramite il software di progettazione CAD SolidWorks, con riferimento alle caratteristiche costruttive del robot UR5 della Universal Robots. Tuttavia, ciò non impedisce future modifiche al design affinché questo si possa adattare anche ad altri modelli di robot. In riferimento al sistema progettato, ci si propone di valutare una serie di caratteristiche. A tale scopo, l’utilizzo del software di simulazione CoppeliaSim ha lo scopo di studiare, tramite una realtà virtuale, la fattibilità del design pensato, la struttura generale del meccanismo e della modalità automatica di cambio tool, grazie alla possibilità di prendere in considerazione l’intero ambiente di lavoro collaborativo e di effettuare numerosi test in più di una configurazione. L’utilizzo di tale simulatore gratuito permette di minimizzare il costo dello sviluppo del prodotto finale, poiché consente di studiarne le caratteristiche operando in una realtà virtuale, evitando dispendi di tempo e costi dovuti a numerose prove in ambiente reale. Tale approccio si rivela utile ed efficace soprattutto in ottica PMI. Nella mansione richiesta di manutenzione collaborativa è necessario che il robot operi autonomamente, ma soprattutto in sicurezza. Per tale motivazione, affinché l’applicazione possa essere ritenuta effettivamente collaborativa, è utile effettuare una serie di analisi basate sulla normativa ISO/TS 15066. Queste vengono condotte tramite l’utilizzo del software MATLAB che permette di plottare alcune grandezze utili nella valutazione della sicurezza del banco prova realizzato. In particolare, si focalizza l’analisi sui movimenti del robot ritenuti più critici. Utilizzando l’approccio proposto dalla normativa in caso di contatto transiente, si confrontano i valori ottenuti di velocità lineare del TCP ed energia cinetica associata al braccio robotico con le soglie limiti. Oltre allo studio sulla sicurezza del workspace ne sono stati condotti altri su tempo ciclo, spazio operativo necessario al robot, ottimizzazione di velocità e accelerazioni massime impostate.