Lezione 4 di 18

RI Lezione 04

🤖 Robotica Industriale · III Anno · Lezione 04

Jog manuale: assi e cartesiano 🕹️

JOINT · WORLD · TOOL · Posizione di home · Regole operative di sicurezza

⏱️ Durata stimata: 60–75 min 📊 Livello: Base (III anno) 🔧 Strumenti: Simulatore web · Jog JOINT / WORLD / TOOL 📋 Prerequisiti: Lezioni 01–03

🎯 Obiettivi della lezione

  • Eseguire jog in tutte e tre le modalità (JOINT, WORLD, TOOL) nel simulatore con padronanza
  • Scegliere la modalità di jog corretta in base al task da eseguire
  • Definire e raggiungere una posizione di home sicura per il robot
  • Applicare le regole operative fondamentali di sicurezza durante il jog
  • Riconoscere le situazioni di rischio (singolarità, limiti di giunto, collisioni) nel simulatore

📖 1. Teoria

1.1 — Cos’è il jog e quando si usa

Il jog è il movimento manuale del robot: l’operatore muove il robot in tempo reale, tenendo premuto un tasto o uno slider, senza eseguire un programma. È l’equivalente robotico di girare un volante a mano invece di usare il pilota automatico.

Si usa in quattro situazioni principali:

1 — Teach dei punti
Portare il robot nella posizione desiderata per memorizzarla come P[ ] nel programma TP.
2 — Recupero da errore
Estrarre manualmente il robot da una posizione di blocco o dopo un allarme, prima di riprendere il programma.
3 — Setup e ispezione
Verificare raggiungibilità di posizioni, controllare il volume di lavoro, ispezionare la cella con il robot fermo.
4 — Manutenzione
Portare il robot in posizione di service per accedere a componenti meccanici o sostituire l’utensile.

1.2 — Le tre modalità di jog a confronto

Modalità Cosa si controlla Traiettoria TCP Quando usarla
JOINT 1 asse alla volta (J1…J6) Arco di cerchio — imprevedibile Home, grandi spostamenti, uscita da singolarità
WORLD TCP lungo X, Y, Z fissi della cella Rettilinea nel world frame Avvicinamento al pezzo, lavoro nella cella
TOOL TCP lungo gli assi dell’utensile Rettilinea nel tool frame Avvicinamento fine, approccio lungo l’asse utensile

💡 Il jog TOOL in pratica: immagina di avere una pinza montata verticalmente. Con jog TOOL +Z muovi il TCP verso l’alto lungo l’asse della pinza — indipendentemente da come il robot è orientato. Questo è utilissimo per “tirare fuori” l’utensile dal pezzo lungo la direzione di approccio, senza rischiare di graffiare la superficie.

1.3 — Velocità di jog e override

Sul controller R-30iB Mate la velocità di jog è controllata dall’override di velocità — un valore percentuale da 1% a 100%. È il principale strumento di sicurezza durante il movimento manuale.

1–5%
Lentissimo
Avvicinamento a ostacoli, primo teach di un punto, situazioni sconosciute. Sempre qui quando si inizia.
10–25%
Lento
Teach di posizioni note, verifica traiettorie, operatori con esperienza limitata.
50%
Medio
Operatori esperti in ambienti noti. Movimenti di transito lontano da ostacoli.
100%
Velocità massima
Solo tecnici esperti in cella completamente libera. Mai in prossimità di persone o ostacoli.

⚠️ Regola d’oro del jog: inizia sempre alla velocità più bassa possibile. Aumenta la velocità solo dopo aver verificato che la traiettoria è libera e sicura. Sul robot reale una collisione ad alta velocità può danneggiare irreparabilmente il robot, l’utensile e — soprattutto — chi è nella cella.

1.4 — La posizione di home

La posizione di home (o posizione di riposo) è una configurazione sicura e riproducibile a cui il robot torna all’inizio e alla fine di ogni ciclo, e dopo qualsiasi intervento. Non è una posizione fissa uguale per tutti: va definita in base alla cella specifica, scegliendo una configurazione che:

  • Sia lontana da qualsiasi ostacolo nella cella
  • Abbia tutti gli assi lontani dai loro limiti articolari
  • Permetta all’operatore di avere visibilità completa del robot
  • Sia raggiungibile da qualsiasi posizione con un movimento JOINT senza collisioni
  • Sia facilmente riconoscibile visivamente (il robot “sta dritto”)
Home tipica per il FANUC ER-4iA su banco laboratorio
Configurazione articolare:
J10°Robot centrato, frontale
J2–10°Braccio leggermente indietro
J3+20°Gomito leggermente su
J40°Avambraccio neutro
J5–90°Tool verso il basso
J60°Flange neutro
✅ Perché questa è una buona home
  • J2 e J3 lontani da 0° → evita la singolarità del polso esteso
  • J5 a –90° → tool punta in basso, nessun rischio di colpire il soffitto
  • J1=0° → robot visibile frontalmente all’operatore
  • TCP alto → libera la zona di lavoro sotto di esso

1.5 — Regole operative di sicurezza durante il jog

Queste regole valgono sul robot reale in laboratorio. Impararle ora, sul simulatore, crea le abitudini corrette per quando lavorerai con il robot fisico.

✅ SEMPRE fare
  1. Iniziare con override al 5% o meno
  2. Verificare visivamente che la traiettoria sia libera prima di premere
  3. Tenere il dito sul tasto di emergenza (E-Stop) durante il jog
  4. Avvertire gli altri operatori presenti nella cella
  5. Tornare in home al termine del jog
  6. Verificare la modalità attiva (JOINT / WORLD / TOOL) prima di muovere
❌ MAI fare
  1. Entrare nel volume di lavoro con il robot in movimento
  2. Distrarsi mentre si tiene premuto il tasto di jog
  3. Aumentare la velocità senza aver verificato l’area
  4. Fare jog WORLD vicino ai limiti del volume di lavoro
  5. Lasciare il teach pendant incustodito con il robot in T1
  6. Fidarsi della memoria: verificare sempre la modalità e la velocità

📌 Modalità operative sul R-30iB Mate: T1 (Teach 1) è la modalità di programmazione con velocità limitata a 250 mm/s — usata per il jog e il teach. T2 (Teach 2) permette velocità piena ma richiede presenza operatore. AUTO è la modalità di produzione con cella chiusa. In laboratorio si lavora quasi sempre in T1.


💻 2. Esempi guidati nel simulatore

Esempio A — Percorso guidato con cambio di modalità

Esegui questo percorso completo che usa tutte e tre le modalità nel modo corretto.

FASE 1
Partenza da home in JOINT
  1. Porta tutti gli assi a: J1=0°, J2=–10°, J3=+20°, J4=0°, J5=–90°, J6=0° (posizione home).
  2. Verifica che il TCP sia alto e centrato. Annota X, Y, Z.
FASE 2
Avvicinamento all’area di lavoro in WORLD
  1. Seleziona modalità WORLD.
  2. Usa +X per avanzare il TCP di circa 100 mm (fino a X ≈ 300 mm).
  3. Usa –Z per abbassare il TCP di circa 150 mm (avvicinamento al “piano di lavoro”).
  4. Osserva: la traiettoria è rettilinea, più assi si muovono coordinati.
FASE 3
Avvicinamento fine in TOOL
  1. Seleziona modalità TOOL.
  2. Usa –Z (asse del tool): il TCP scende lungo l’asse dell’utensile, non lungo Z del world.
  3. Con J5=–90°, l’asse del tool è parallelo al world Z — l’effetto sembra uguale. Ma ruota J4 di +45° e ripeti: ora il movimento TOOL –Z è inclinato rispetto al WORLD.
FASE 4
Ritorno in home in JOINT
  1. Seleziona modalità JOINT.
  2. Riporta ogni asse ai valori di home: J1=0°, J2=–10°, J3=+20°, J4=0°, J5=–90°, J6=0°.
  3. Regola: si torna sempre in home con JOINT, perché la traiettoria è controllabile asse per asse.

Esempio B — Riconoscere e gestire una situazione di rischio

Impariamo a riconoscere tre situazioni critiche nel simulatore prima di incontrarle sul robot reale.

Situazione 1 — Avvicinamento al limite articolare
Porta J2 lentamente fino a –95° (vicino al limite di –100°). Osserva il movimento che rallenta o si blocca. Sul robot reale appare l’allarme SRVO-023 “OT limit exceeded”. Cosa fare: invertire immediatamente la direzione con jog JOINT.
Situazione 2 — Jog WORLD vicino al limite del volume
Con jog WORLD, continua ad aumentare X finché il simulatore non rifiuta il movimento. Questo è il confine del volume di lavoro. Sul robot reale il controller mostra “Position not reachable”. Cosa fare: passare a jog JOINT e ritrarre il braccio.
Situazione 3 — Configurazione vicina a singolarità del polso
Porta J5 a 0° (polso esteso). Prova a fare jog WORLD +X: il robot non si muove fluidamente o si muove in modo strano. Questo è vicino a una singolarità (J4 e J6 perdono un DOF). Cosa fare: portare J5 a –90° con jog JOINT prima di riprendere il jog cartesiano.

🏋️ 3. Esercizi

🟢 Esercizio 1 — Home personalizzata (Facile)

Definisci la tua posizione di home per il simulatore. Scegli i valori J1–J6 rispettando i criteri della sezione 1.4 (lontana dai limiti, tool verso il basso o in posizione sicura, robot visibile). Annota la configurazione scelta e scrivi una frase per ogni asse che spiega perché hai scelto quel valore.

🔵 Esercizio 2 — Ciclo completo home → target → home (Medio)

Esegui il seguente ciclo nel simulatore rispettando la sequenza di modalità indicata:

1. JOINT → porta il robot in home (valori a scelta, rispetta i criteri)
2. JOINT → muovi J1 a +60° per orientarti verso il “target”
3. WORLD → scendi con –Z di 100 mm
4. WORLD → avanza con +X di 80 mm
5. TOOL → scendi con –Z di 30 mm (avvicinamento finale al “pezzo”)
6. TOOL → risali con +Z di 30 mm (ritiro dall’utensile)
7. JOINT → ritorna in home

Per ogni fase annota i valori J1–J6 all’inizio e alla fine. Nota quanti assi cambiano nelle fasi 3/4/5 rispetto alle fasi 2/7.

🟠 Esercizio 3 — WORLD vs TOOL con orientamento inclinato (Medio)

Porta il robot a: J1=30°, J2=–30°, J3=60°, J4=0°, J5=–45°, J6=0°. Il tool è inclinato (non verticale).

a) Con jog WORLD –Z: in quale direzione si muove il TCP? Descrivila. Il tool rimane inclinato allo stesso modo?
b) Con jog TOOL –Z: in quale direzione si muove il TCP? È diverso dal caso precedente? Perché?

Questo esercizio mostra in modo concreto perché in applicazioni di saldatura o dispensing si preferisce il jog TOOL: permette di avvicinare/allontanare l’utensile lungo la sua direzione naturale, indipendentemente dall’orientamento del robot.

🟣 Esercizio 4 — Piano di sicurezza per una cella didattica (Difficile)

Immagina di dover gestire il robot ER-4iA in un laboratorio scolastico con queste condizioni:
— Banco di lavoro a X=280 mm, Y=0 mm, Z=–50 mm rispetto alla base del robot
— Due studenti osservatori a Y=+600 mm e Y=–600 mm
— Il compito è fare pick di un pezzo sul banco e depositarlo a X=280, Y=150, Z=–50

Scrivi un piano operativo di 8–10 passi che descrive: quale modalità di jog usare in ogni fase, a quale velocità (%), quali zone evitare. Non devi eseguirlo nel simulatore: è un esercizio di ragionamento procedurale.


❓ 4. Quiz di verifica

1. Stai facendo jog WORLD e il robot si blocca improvvisamente. Qual è la prima cosa da fare?

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Verificare il motivo del blocco prima di qualsiasi altra azione: (1) leggere l’allarme sul pendant, (2) verificare se il TCP è a un limite del volume di lavoro o un asse è a un limite articolare, (3) passare a jog JOINT per ritrarre il robot in modo controllato asse per asse. Non tentare mai di forzare il movimento nella stessa direzione che ha causato il blocco.


2. Perché si torna in home con jog JOINT invece che con jog WORLD?

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Con jog JOINT si controlla un asse alla volta e la traiettoria di ogni asse è prevedibile (rotazione attorno al proprio asse). Con jog WORLD il controller calcola la traiettoria cartesiana usando la cinematica inversa, e durante questo calcolo il robot può passare per configurazioni intermedie inaspettate — soprattutto vicino a singolarità. Tornare in home asse per asse con JOINT è il metodo più sicuro perché ogni movimento è direttamente controllato dall’operatore.


3. Un collega imposta l’override al 100% per “risparmiare tempo” durante il teach. Quali rischi comporta?

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Rischi concreti: (1) se il robot incontra un ostacolo non visto, la collisione avviene ad alta energia cinetica — danni gravi al robot, all’utensile e potenzialmente all’operatore; (2) i tempi di reazione umana (200–300 ms) non sono sufficienti per premere E-Stop prima che il robot percorra diversi centimetri ad alta velocità; (3) in modalità T1 il R-30iB Mate limita automaticamente la velocità a 250 mm/s proprio per questo motivo — tentare di aggirarla è una violazione delle procedure di sicurezza.


4. Qual è la differenza pratica tra jog WORLD +Z e jog TOOL +Z quando J5 = –45°?

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Con jog WORLD +Z il TCP si muove verticalmente verso l’alto, indipendentemente dall’orientamento del tool. Con jog TOOL +Z il TCP si muove lungo l’asse Z del tool frame — che con J5=–45° è inclinato di 45° rispetto alla verticale. Il risultato è un movimento diagonale nello spazio cartesiano. Questa differenza è cruciale in saldatura: l’operatore vuole allontanare l’elettrodo dal cordone di saldatura lungo la direzione dell’elettrodo stesso, non verticalmente.


5. J5 è a 0° (polso esteso). Perché il jog WORLD si comporta in modo anomalo?

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Con J5=0° il robot si trova vicino alla singolarità del polso sferico: J4 e J6 diventano coassiali e perdono un grado di libertà indipendente. Il controller non riesce a calcolare una soluzione stabile della cinematica inversa per movimenti cartesiani arbitrari, e il robot può reagire con movimenti bruschi o rifiutare il jog. Soluzione: portare J5 a –90° con jog JOINT, poi riprendere il jog cartesiano.


📚 Riepilogo della lezione

Cosa hai imparato oggi:
  • JOINT → 1 asse, traiettoria curva → home, grandi spostamenti, uscita da situazioni critiche
  • WORLD → TCP in linea retta nel frame della cella → avvicinamento al pezzo, lavoro nella cella
  • TOOL → TCP lungo l’asse dell’utensile → approccio/ritiro fine, saldatura, dispensing
  • La posizione di home va definita con criterio: lontana dai limiti, tool in posizione sicura, robot visibile
  • La regola d’oro: inizia sempre al 5% di velocità, verifica visivamente, tieni l’E-Stop a portata
  • Le tre situazioni critiche da riconoscere: limite articolare, limite volume di lavoro, singolarità del polso

Prossima lezione →

Lezione 05 — Configurazioni e singolarità
Wrist singularity, elbow-up/down, flip/noflip.
Come riconoscerle, evitarle e gestirle nel simulatore.

© Prof. D. Bertolino · Robotica Industriale FANUC ER-4iA · Lezione 04 di 18