Lezione 1 di 18

RI Lezione 01

🤖 Robotica Industriale · III Anno · Lezione 01

Cos’è un robot industriale 🦾

Tipologie · Assi · Applicazioni reali · Prima esplorazione del simulatore

⏱️ Durata stimata: 45–60 min 📊 Livello: Base (III anno) 🔧 Strumenti: Simulatore web (solo esplorazione) 📋 Prerequisiti: Nessuno

🎯 Obiettivi della lezione

Al termine di questa lezione sarai in grado di:

  • Spiegare cos’è un robot industriale e a cosa serve
  • Distinguere le principali tipologie di robot (cartesiano, SCARA, articolato, parallelo, collaborativo)
  • Identificare gli assi e i gradi di libertà di un robot articolato
  • Riconoscere le applicazioni industriali tipiche dei robot
  • Aprire il simulatore e orientarti nell’interfaccia

📖 1. Teoria

1.1 — Definizione di robot industriale

La norma ISO 8373 definisce il robot industriale come una macchina automaticamente controllata, riprogrammabile, multiuso, con almeno 3 assi di movimento, in grado di operare in modo fisso o mobile in ambito industriale.

In parole più semplici: un robot industriale è un braccio meccanico controllato da un computer, capace di eseguire operazioni precise e ripetibili senza intervento umano continuo. A differenza di una macchina tradizionale — che fa sempre la stessa cosa — un robot si riprogramma per compiti diversi.

💡 Analogia: pensa al braccio umano. Ha spalla, gomito, polso — ognuno ruota. Un robot articolato industriale funziona esattamente così, ma con motori elettrici al posto dei muscoli e un controller al posto del cervello. La differenza è che il robot non si stanca, non si distrae e ripete lo stesso movimento con precisione di ±0,02 mm per milioni di cicli.

1.2 — Principali tipologie di robot industriali

Esistono diverse architetture meccaniche, ognuna pensata per applicazioni specifiche. Le più diffuse sono:

📦
Cartesiano / Portale
3 assi lineari (X, Y, Z). Movimento rettilineo.
Pro: alta precisione, facile da programmare
Contro: ingombro elevato, volume di lavoro rigido
Usi tipici: CNC, pick & place su nastro, 3D printing
🔩
SCARA
2 giunti rotanti orizzontali + 1 asse verticale.
Pro: velocissimo nei movimenti orizzontali, compatto
Contro: limitato alla planare, no orientamento libero
Usi tipici: assemblaggio PCB, svitatura, dispensing
🦾
Articolato a 6 assi ← il nostro
6 giunti rotanti. Massima libertà di movimento.
Pro: volume di lavoro ampio, orientamento libero
Contro: cinematica complessa, programmazione più elaborata
Usi tipici: saldatura, verniciatura, pick & place, assemblaggio
🕸️
Parallelo / Delta
3–4 bracci che agiscono in parallelo su un piatto.
Pro: estrema velocità (fino a 200 pick/min), leggerissimo
Contro: volume di lavoro piccolo, no forze elevate
Usi tipici: food & pharma, confezionamento ad alta velocità
🤝
Collaborativo (Cobot)
Robot progettato per lavorare a fianco dell’uomo.
Pro: sicuro al contatto, facile da programmare, flessibile
Contro: payload e velocità ridotti rispetto agli industriali
Usi tipici: assemblaggio manuale assistito, quality check, logistica

1.3 — Gradi di libertà e assi di un robot articolato

Il grado di libertà (DOF — Degree Of Freedom) è la capacità di un corpo di muoversi indipendentemente nello spazio. Un corpo libero nello spazio ha 6 DOF: 3 traslazioni (X, Y, Z) e 3 rotazioni (rollio, beccheggio, imbardata).

Per posizionare e orientare liberamente un oggetto nello spazio di lavoro servono quindi almeno 6 assi. Il FANUC ER-4iA ne ha esattamente 6:

Asse Nome Giunto Range ER-4iA Funzione
J1 Rotazione base Rotoidale ±170° Ruota l’intero robot attorno all’asse verticale
J2 Spalla Rotoidale –100° / +135° Inclina avanti/indietro il braccio superiore
J3 Gomito Rotoidale –210° / +70° Flette/estende l’avambraccio
J4 Rotazione avambraccio Rotoidale ±190° Ruota l’avambraccio attorno al proprio asse
J5 Polso (beccheggio) Rotoidale ±120° Inclina su/giù il polso (tool punta su/giù)
J6 Rotazione polso Rotoidale ±360° Ruota il flange/utensile attorno al proprio asse

📌 Nota: i primi 3 assi (J1–J2–J3) posizionano il polso nello spazio — definiscono dove andrà il tool. Gli ultimi 3 assi (J4–J5–J6) orientano il polso — definiscono come sarà inclinato il tool. Questa distinzione è fondamentale per capire la cinematica nelle lezioni successive.

1.4 — Il FANUC ER-4iA: dati tecnici principali

Il robot che usiamo in questo corso è il FANUC ER-4iA, un piccolo robot articolato a 6 assi della famiglia FANUC destinato ad applicazioni di assemblaggio leggero, pick & place e ispezione.

📐 Specifiche meccaniche
Numero di assi6
Payload massimo4 kg
Sbraccio massimo550 mm
Ripetibilità±0,02 mm
Peso robot20 kg
MontaggioFloor / Ceiling / Angle
🖥️ Controller e interfacce
ControllerR-30iB Mate
Teach PendantiPendant (A05B-2256-C101)
I/O digitaliDI/DO espandibili
Linguaggio prog.TP (Teach Pendant)
ConnettivitàEthernet, DeviceNet
Velocità TCP max4000 mm/s

1.5 — Applicazioni industriali tipiche

I robot articolati a 6 assi come il FANUC ER-4iA si trovano in quasi tutti i settori manifatturieri. Le applicazioni più comuni sono:

🏭 Pick & Place
Prelievo e posizionamento di pezzi su nastro o pallet. L’applicazione più diffusa nella piccola automazione.
🔧 Assemblaggio
Inserimento componenti, avvitatura, pressatura. Richiede alta ripetibilità (±0,02 mm).
🔍 Ispezione visiva
Posizionamento di telecamere o sensori attorno al pezzo. Applicazione in crescita con l’AI.
📦 Pallettizzazione
Impilamento ordinato di prodotti su pallet. Cicli ripetitivi ad alta velocità.
⚡ Saldatura
Saldatura MIG/TIG o a punti. Per robot più grandi, ma la cinematica è identica.
🎨 Verniciatura / Dispensing
Applicazione di materiale lungo traiettorie continue. Richiede controllo velocità TCP costante.

💻 2. Esempi guidati nel simulatore

In questa prima lezione il simulatore serve per esplorare e familiarizzare, non per programmare. Segui i passaggi nell’ordine indicato.

Esempio A — Apertura e orientamento

  1. Apri il simulatore FANUC ER-4iA nella scheda del browser (link nella sidebar del corso).
  2. Osserva la vista 3D: riconosci la base, il braccio superiore, l’avambraccio e il polso.
  3. Tieni premuto il tasto sinistro del mouse sulla vista 3D e trascina: puoi ruotare la vista.
  4. Usa la rotellina del mouse per zoomare. Tasto destro + trascina per traslare la vista.
  5. Individua nell’interfaccia: il pannello Jog, il pannello Posizione e l’editor TP.

Esempio B — Muovere un asse alla volta (Jog JOINT)

Nel pannello Jog, seleziona la modalità JOINT. Troverai 6 slider, uno per asse. Prova a muoverli uno alla volta e osserva quale parte del robot si muove:

Slider Muovi e osserva… Analogia sul corpo umano
J1L’intero robot ruota attorno alla baseRotazione del busto
J2Il braccio superiore si inclina avanti/indietroAlzare/abbassare il braccio dalla spalla
J3L’avambraccio si piega/estendeFlettere il gomito
J4L’avambraccio ruota attorno al proprio assePronazione/supinazione del polso
J5Il polso si inclina su/giùFlettere il polso
J6Il flange ruota su se stessoRuotare la mano

✅ Obiettivo: riporta tutti gli assi a 0° usando gli slider. Il robot deve tornare alla posizione di home verticale. Nota i valori nel pannello Posizione corrente — devono leggere tutti 0.0°.


🏋️ 3. Esercizi

Svolgi gli esercizi nel simulatore. Per ogni esercizio è indicato il livello di difficoltà.

🟢 Esercizio 1 — Identifica gli assi (Facile)

Muovi un asse alla volta partendo da J1 fino a J6. Per ogni asse:
a) Porta il valore a +45° e osserva il movimento
b) Porta il valore a –45° e osserva il movimento
c) Riporta a 0° prima di passare all’asse successivo

Scrivi sul tuo quaderno quale parte del robot si muove per ogni asse.

🔵 Esercizio 2 — Trova la posizione (Medio)

Utilizzando solo il pannello Jog JOINT, porta il robot in una posizione che assomigli a un braccio umano che indica verso destra.

Suggerimento: inizia con J1, poi J2, poi J3. Non preoccuparti di J4–J6 per ora.

Annota i valori dei 6 assi quando sei soddisfatto della posizione.

🟠 Esercizio 3 — Limiti articolari (Medio)

Consulta la tabella degli assi nella sezione 1.3. Per ciascun asse verifica nel simulatore:
a) Porta l’asse al limite positivo massimo — il simulatore ti ferma al limite o il colore cambia?
b) Porta l’asse al limite negativo massimo

Osserva quali assi hanno un range asimmetrico (limite positivo diverso dal negativo in valore assoluto) e prova a spiegare perché dal punto di vista meccanico.

🟣 Esercizio 4 — Sfida (Difficile)

Senza aiuti, porta il robot nella seguente configurazione usando solo il jog JOINT:

J1 = 90° · J2 = –45° · J3 = 90° · J4 = 0° · J5 = –90° · J6 = 0°

Poi rispondi: qual è la direzione approssimativa in cui punta il TCP (tool center point) rispetto alla base del robot? Descrivila in parole.


❓ 4. Quiz di verifica

Rispondi a mente, poi apri la risposta per verificare.

1. Quanti gradi di libertà ha un corpo libero nello spazio?

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6 DOF: 3 traslazioni (X, Y, Z) e 3 rotazioni (rollio, beccheggio, imbardata). Per questo un robot che deve posizionare e orientare liberamente un utensile nello spazio ha bisogno di almeno 6 assi.


2. Qual è la differenza principale tra un robot SCARA e un robot articolato a 6 assi?

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Lo SCARA ha 2 giunti rotanti orizzontali + 1 asse verticale: è velocissimo nei movimenti planari (orizzontali) ma non può orientare liberamente l’utensile nello spazio 3D. Il robot articolato a 6 assi ha piena libertà di posizionamento e orientamento, ma è cinematicamente più complesso.


3. Qual è la ripetibilità del FANUC ER-4iA e cosa significa concretamente?

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±0,02 mm. Significa che se programmi il robot per andare in un punto e lo fai ripetere migliaia di volte, ogni volta si posizionerà entro 0,02 mm dal punto precedente. Non è la precisione assoluta (quanto è lontano dalla posizione teorica), ma la ripetibilità (quanto è costante).


4. Quale applicazione industriale richiede un controllo preciso della velocità TCP costante lungo la traiettoria? Perché?

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La verniciatura e il dispensing di materiale (colla, silicone, ecc.). Se la velocità cambia lungo la traiettoria, cambia anche la quantità di materiale depositato per unità di lunghezza: dove il robot va più lento, il prodotto sarà più spesso; dove va più veloce, sarà più sottile. Nella lezione 07 impareremo a usare il movimento L (lineare) che garantisce velocità TCP costante.


5. Perché J3 del FANUC ER-4iA ha un range asimmetrico (–210° / +70°) invece di ±140°?

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Per ragioni meccaniche e di sicurezza: il gomito deve potersi flettere molto verso il basso (–210°, quasi doppio giro) per permettere al robot di lavorare in configurazioni di “braccio piegato” e raggiungere posizioni vicino alla base, ma la flessione in avanti è limitata (+70°) per evitare collisioni con il corpo del robot stesso. I limiti non sono scelti arbitrariamente, ma derivano dalla geometria fisica del robot.


📚 Riepilogo della lezione

Cosa hai imparato oggi:
  • Un robot industriale è una macchina riprogrammabile e multiuso, distinta dalle macchine dedicate
  • Le principali tipologie sono cartesiano, SCARA, articolato a 6 assi, parallelo e cobot
  • Il FANUC ER-4iA ha 6 assi: J1–J3 posizionano il polso, J4–J6 lo orientano
  • La ripetibilità ±0,02 mm è la misura della costanza del posizionamento, non della precisione assoluta
  • Nel simulatore puoi muovere ogni asse in modalità JOINT e vedere in diretta l’effetto sulla cinematica

Prossima lezione →

Lezione 02 — Anatomia del FANUC ER-4iA
Parametri DH, analisi dei 6 link, lettura della scheda tecnica
e prima misura della cinematica diretta nel simulatore.

© Prof. D. Bertolino · Robotica Industriale FANUC ER-4iA · Lezione 01 di 18