RI Lezione 01
🤖 Robotica Industriale · III Anno · Lezione 01
Cos’è un robot industriale 🦾
Tipologie · Assi · Applicazioni reali · Prima esplorazione del simulatore
🎯 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:
Contro: ingombro elevato, volume di lavoro rigido
Usi tipici: CNC, pick & place su nastro, 3D printing
Contro: limitato alla planare, no orientamento libero
Usi tipici: assemblaggio PCB, svitatura, dispensing
Contro: cinematica complessa, programmazione più elaborata
Usi tipici: saldatura, verniciatura, pick & place, assemblaggio
Contro: volume di lavoro piccolo, no forze elevate
Usi tipici: food & pharma, confezionamento ad alta velocità
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.
| Numero di assi | 6 |
| Payload massimo | 4 kg |
| Sbraccio massimo | 550 mm |
| Ripetibilità | ±0,02 mm |
| Peso robot | 20 kg |
| Montaggio | Floor / Ceiling / Angle |
| Controller | R-30iB Mate |
| Teach Pendant | iPendant (A05B-2256-C101) |
| I/O digitali | DI/DO espandibili |
| Linguaggio prog. | TP (Teach Pendant) |
| Connettività | Ethernet, DeviceNet |
| Velocità TCP max | 4000 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:
Prelievo e posizionamento di pezzi su nastro o pallet. L’applicazione più diffusa nella piccola automazione.
Inserimento componenti, avvitatura, pressatura. Richiede alta ripetibilità (±0,02 mm).
Posizionamento di telecamere o sensori attorno al pezzo. Applicazione in crescita con l’AI.
Impilamento ordinato di prodotti su pallet. Cicli ripetitivi ad alta velocità.
Saldatura MIG/TIG o a punti. Per robot più grandi, ma la cinematica è identica.
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
- Apri il simulatore FANUC ER-4iA nella scheda del browser (link nella sidebar del corso).
- Osserva la vista 3D: riconosci la base, il braccio superiore, l’avambraccio e il polso.
- Tieni premuto il tasto sinistro del mouse sulla vista 3D e trascina: puoi ruotare la vista.
- Usa la rotellina del mouse per zoomare. Tasto destro + trascina per traslare la vista.
- 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 |
|---|---|---|
| J1 | L’intero robot ruota attorno alla base | Rotazione del busto |
| J2 | Il braccio superiore si inclina avanti/indietro | Alzare/abbassare il braccio dalla spalla |
| J3 | L’avambraccio si piega/estende | Flettere il gomito |
| J4 | L’avambraccio ruota attorno al proprio asse | Pronazione/supinazione del polso |
| J5 | Il polso si inclina su/giù | Flettere il polso |
| J6 | Il flange ruota su se stesso | Ruotare 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
- 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