Studio ed ottimizzazione di sistemi di automazione flessibile

Nowadays, the market is characterized by products which are increasingly varied and with short life cycles. To adapt to this environment and to remain competitive on an international level, many companies are adopting the use of flexible assembly systems (FAS). These systems must also guarantee a high productivity at a low unit cost, which requires the development of new technology for modern assembly systems. In addition to flexibility of the product, that is the possibility to manage different components with the same automation, there is a strong need on an industrial level to arrange hardware and software in order to increase the flexibility of layout of robotized cells, with features of being able to reconfigure the workplace in a short period of times. Infact, with each amendment to the layout of the work-cell, for example to substitute components with different obstacles, the integration of further modules and subsystems, it is necessary to complete certain operations like the redefinition of the via point, the redefinition of the work cycle and the recalibration of the sensors utilized. Furthermore, it is necessary to pay a great deal of attention to the problem of collisions of the robot, given the presence of potentially new obstacles. All of these operations require specialized personnel, time, and subsequently an interruption in production. In this PhD Thesis, focusing on the flexibility of layout, some solutions have been studied and implemented in order to achieve more rapid and more intuitive operations of updating of the configuration of a robotized cell, without needing to use highly specialized personnel. The solutions developed regard the rapid procedures for the calibration of industrial television-cameras, tools for a three-dimensional overview of the workplace and the importation of such in the environment of commercial CAD. A robotic simulator allows off-line navigation of the manipulator in the acquired geometry, the off-line memorization of the robot trajectories and via points, in addition to handling of data of the work cycle in real time inside of the CAD space. In the face of some studies conducted in the Rehabilitation And Robotics (ROAR) laboratory at Columbia University in the city of New York, NY, USA, under the supervision of Prof. S. K. Agrawal, a shoe device is described which is able to provide feedback of audio and tactile sensory information nature giving spacial-time measurements of the walk which could be utilized to estimate the position of the operator inside of a robotic cell for safety applications. In conclusion, for rapid and intuitive movement of industrial robots, the design and making of a impugnable device based on MEMS sensors is presented.

Al giorno d'oggi il mercato è caratterizzato da prodotti sempre più vari e con cicli di vita sempre più brevi. Per adattarsi a questo contesto e per restare competitive a livello internazionale, molte aziende stanno adottando dei sistemi di assemblaggio flessibili (FAS). Tali sistemi devono garantire anche un'elevata produttività ed un basso costo unitario diretto, il che richiede lo sviluppo di nuove tecnologie per i moderni sistemi di assemblaggio. Oltre alla flessibilità di prodotto, ossia la possibilità di poter gestire diversi componenti con la stessa automazione, vi è una forte esigenza in ambito industriale di disporre di strumenti hardware e software al fine di poter aumentare la flessibilità di layout di una cella robotizzata, ovvero la caratteristica di poter riconfigurare l'ambiente di lavoro in tempi rapidi. Infatti, ad ogni modifica della planimetria di una cella di lavoro, ad esempio per la sostituzione di un componente con ingombri differenti, l'integrazione di ulteriori moduli o sottosistemi, è necessario compiere determinate operazioni come la ridefinizione dei punti di via del manipolare, la ridefinizione del ciclo di lavoro e la ricalibrazione della sensoristica utilizzata. Inoltre, è necessario porre molta attenzione al problema delle collisioni del robot, data la presenza di eventuali nuovi ostacoli. Tutte queste operazioni richiedono personale specializzato, tempo, con un conseguente fermo della produzione. In questa tesi di dottorato, focalizzata nella flessibilità di layout, sono state studiate ed implementate alcune soluzioni per rendere più rapide ed intuitive, senza la necessità di ricorrere a personale altamente specializzato, le operazioni di aggiornamento della configurazione di una cella robotizzata. Le soluzioni sviluppate riguardano procedure rapide per la calibrazione di telecamere industriali, strumenti per l'acquisizione tridimensionale dell'ambiente di lavoro e l'importazione dello stesso in un ambiente CAD commerciale. Un simulatore robotico permette la navigazione off-line di un manipolatore nella geometria acquisita, la memorizzazione off-line delle traiettorie robot e dei punti di via, oltre che alla gestione dei dati nel ciclo di lavoro in tempo reale all'interno dell'ambiente CAD. A fronte di alcuni studi condotti nel laboratorio Rehabilitation And RObotics (ROAR) presso la Columbia University in the city of New York, NY, USA, sotto la supervisione del Prof. S. K. Agrawal si descrive un dispositivo di scarpa strumentata in grado di fornire un feedback audio-tattile e misurare parametri spazio-temporali della camminata, che potrebbero essere utilizzati per stimare la posizione di un operatore all'interno di una cella robotica a fini di sicurezza. Infine, per la movimentazione rapida ed intuitiva di robot industriali si presenta la progettazione e realizzazione di un dispositivo impugnabile, basato su sensoristica inerziale MEMS.