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Sistemi di visione per la robotica: le tendenze future della robotica industriale

Sistemi di visione per la robotica

La robotica è una materia interdisciplinare, nata come una branca dell'ingegneria meccanica, che si occupa di progettare e sviluppare robot.

Oggi, all'interno della disciplina confluiscono sempre più materie quali l'informatica, l'automazione, la linguistica, la psicologia, la biologia e la meccanica. L'origine del nome proviene dalla letteratura: fu infatti Isaac Asimov il primo ad introdurre la robotica in un romanzo di fantascienza nel 1942. Pertanto, Asimov è considerato il padre della robotica, oltre che l'inventore delle leggi della robotica.

La robotica industriale

La robotica industriale produce macchine impiegate nella produzione industriale, che hanno il potere di rendere quest'ultima più semplice e rapida. I robot industriali sono manipolatori controllati automaticamente, riprogrammabili e ad oggi, largamente impiegati per le applicazioni di automazione industriale.

Nel contesto industriale esistono robot seriali e robot paralleli. I primi si suddividono in robot SCARA, PUMA e cartesiani, mentre i secondi si suddividono in robot Delta e doppio SCARA.

I robot seriali sono congegni industriali progettati come una serie di collegamenti uniti da giunzioni ed azionati da un motore. Spesso presentano una struttura antropomorfa a mo' di braccio dotato di una spalla, un gomito ed un polso.

I robot seriali, generalmente, sono composti da sei articolazioni, eccezion fatta per i robot ideati per l'assemblaggio automatico denominati SCARA, che possiedono soltanto quattro gradi di libertà.

I robot paralleli sono sistemi meccanici che impiegano una serie di bracci meccanici controllati in remoto da un computer ed utilizzati per supportare una piattaforma, o "end-effector". ll robot parallelo più diffuso è formato da sei pistoni che sostengono una piattaforma mobile, denominata "piattaforma di Gough-Stewart", nome mutuato da quello dei due ingegneri che l'hanno ideata.

Questi congegni, noti anche come piattaforme di Stewart, sono robot pluriarticolati e vengono definiti paralleli poiché l'end-effector è sistemato all'apice di alcuni bracci meccanici indipendenti l'uno dall'altro, che lavorano in maniera coordinata.

Tra gli utilizzi più comuni che se ne fa, figurano i simulatori di volo, i simulatori di guida e la realizzazione di fresatrici di precisione. Questi robot paralleli vengono impiegati anche per l'allineamento della fibra ottica.

Lo sviluppo della robotica nel tempo

L'introduzione dei primissimi robot industriali avviene intorno agli anni settanta. Si tratta di strutture in acciaio dotate di motori idraulici ancora piuttosto imprecisi e soprattutto lenti, di produzione statunitense.

Le possibilità di movimento dettate dai gradi di libertà, nonché le capacità di carico di questi robot erano piuttosto limitate, sebbene la loro introduzione raccolse subito un discreto successo, soprattutto nel settore automobilistico.

Questi robot d'esordio, in genere, venivano dotati di pinze per saldatura, allo scopo di assemblare e saldare i telai delle automobili. La prima azienda italiana a dotare le proprie fabbriche di robot di questo genere fu la Fiat, che ebbe il merito di introdurre anche il cosiddetto "Robogate", un'invenzione completamente italiana impiegata per saldare le vetture e in seguito adottata da tutte le grandi industrie automobilistiche del pianeta.

I robot impiegati nelle aziende automobilistiche eseguono il lavoro di imbastitura del telaio: non appena la scocca esce dal sistema, viene saldata da altri robot che eseguono il completamento della saldatura. Anche la verniciatura dei veicoli avviene per mezzo di speciali braccia automatizzate.

Ai primi robot più semplici e meno capaci di svolgere compiti complessi, si sono gradualmente sostituiti robot sempre più evoluti ed antropomorfi, in grado di muoversi più liberamente, di svolgere con maggiore precisione i compiti per i quali sono stati progettati, di incrementare la velocità d'esecuzione e la capacità di carico.

Visione robotica

Sistemi di visione per la robotica

Oggigiorno, i robot impiegati in campo industriale svolgono compiti delicati quali le fresature, le smerigliature, le forature, i tagli con il laser e la smaltatura della scocca. I sistemi di visione di cui sono dotati questi moderni robot risultano particolarmente precisi.

Attualmente, tali robot antropomorfi, nel settore automobilistico, sono usati per le saldature d'altissima precisione mediante sistemi laser, tecnologia che consente di ridurre i tempi e gli spazi necessari e, parallelamente, di aumentare la qualità delle moderne carrozzerie.

I robot industriali vengono impiegati in moltissimi ambiti e soprattutto nelle aree di lavoro più difficili, onde salvaguardare l'integrità e la salute degli operai.

Le tendenze future

Nel prossimo futuro e con la realizzazione di tecnologie più accurate, la robotica invaderà moltissimi campi al momento solo parzialmente esplorati. La robotica umanoide è uno dei campi di ricerca che affascinano di più studiosi e scienziati.

L'obiettivo principale di questa branca della robotica è quello di realizzare speciali robot dalle sembianze umane, dotati di un'intelligenza artificiale e capaci di agire in maniera completamente autonoma. I robot umanoidi sono stati realizzati per essere impiegati soprattutto in ambito domestico, sebbene ne esistano alcuni con finalità educative, di soccorso, di assistenza per gli anziani e tuttofare.

Da qualche anno, due tipologie di robot stanno rivoluzionando la chirurgia. Uno di questi è il robot "Da Vinci", in grado, mediante le sue sottilissime braccia telecomandate di effettuare interventi mini-invasivi ai polmoni, al cuore, alla prostata e all'utero. Tali macchine rappresentano una conquista epocale per il settore della chirurgia robotica.

Una delle applicazioni della robotica più utili in ambito domestico è la domotica, in grado di offrire insospettabili soluzioni tecnologiche utili a migliorare la qualità della vita fra le mura domestiche.

Connettendo i numerosi dispositivi elettronici presenti in un'abitazione ad un server centrale, la casa diviene molto più confortevole: il termostato sceglie la temperatura in base alle condizioni esterne; le luci, il cancello e le tapparelle possono essere controllate in remoto tramite un semplice smartphone; i sistemi di allarme si attivano autonomamente in caso di un'eventuale fuga di gas o incendio.

Queste saranno le principali skill della casa del prossimo futuro, un'abitazione sempre connessa alla rete, nella quale gli elettrodomestici più datati verranno sostituiti dalla realtà aumentata.

Industria 4.0

Anche in ambito militare la robotica sta compiendo passi da gigante, allo scopo di supportare l'azione umana. Da qualche anno i soldati americani possono beneficiare di particolari esoscheletri e addirittura di alcuni animali robot in grado di monitorare l'area avvertendo i militari circa la presenza di eventuali pericoli. Ma è soprattutto grazie ai droni che la robotica sta cambiando il settore bellico: velivoli capaci di volare ad oltre 15.000 metri di quota, utilizzati per missioni di intelligence e sorveglianza, ma anche per finalità offensive.

L'evoluzione raggiunta dalla robotica nel settore industriale è davvero notevole ed un fattore come la connessione remota risulta fondamentale per le operazioni di gestione e la programmazione dei robot, nonché per la modifica dei programmi.

Alcuni software di recente ideazione consentono di connettersi ai robot e di osservare da remoto qualsiasi dato, oltre che mandarlo in simulazione prima ancora di inviarlo in produzione.

Una delle novità più importanti dell'industria 4.0 è legata alla possibilità di raccogliere dati di produzione e statistici, allo scopo di avere sempre la possibilità di modificare in tempo reale la produzione e ridurre al minimo le perdite e i tempi morti.

Infine, la robotica permetterà di ottenere una reale riduzione dei costi di produzione.