È stato un lavoro complesso e svolto in diversi fasi quello che ha visto impegnati alcuni studenti della sezione AA, indirizzo di automazione, dell’Istituto Tecnico Tecnologico Statale “Silvano Fedi – Enrico Fermi” di Pistoia nello sviluppo di Stepper Delta Robot, progetto arrivato alla fase finale dell’edizione 2022 del Trofeo Smart Project di Omron. Il progetto è stato presentato dagli studenti Alessio Bruni e Fabio Calistri, sotto la guida del professor Bruno Biagini.
Il trofeo, ricordiamo, è una competizione che si svolge ormai da 15 anni e che Omron organizza in collaborazione con il Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca. È rivolta a studenti del 4° e 5° anno delle scuole secondarie di secondo grado che, coordinati da un docente, si confrontano nella realizzazione di un progetto di automazione industriale, grazie agli strumenti software che Omron mette a disposizione gratuitamente.
In palio ci sono diversi premi per studenti e istituti, tra cui borse di studio e materiale didattico. Il progetto Delta Robot è tra i 10 progetti finalisti dell’edizione di quest’anno. Coordinati dal Professore Bruno Biagini, gli studenti hanno sviluppato un delta robot, anche chiamato robot a cinematiche parallele, che può essere controllato in modo manuale da un operatore oppure essere utilizzato per un sistema automatizzato tipo pick and place.
Il progetto ha visto gli studenti impegnati oltre alla realizzazione del programma e dell’HMI richiesta per la simulazione, anche la realizzazione pratica di un robot reale, che nell’ultima fase del progetto è stato abbinato a un nastro trasportatore per realizzare un’automazione più articolata.
Il progetto è stato di grande valore didattico proprio perché ha coinvolto gli studenti in diverse attività che hanno permesso di approfondire:
- l’uso dei moduli per le uscite a impulsi e funzioni motion
- l’implementazione di matematiche complesse per le cinematiche diretta e inversa del robot
- la sperimentazione per la rilevazione dei parametri dinamici del robot
Il progetto
I delta robot sono oggi molto diffusi nell’industria in quanto, rispetto ad altre macchine per la movimentazione in uno spazio x-y-z, presentano il vantaggio avere un’alta velocità di esecuzione e precisione, oltre a delle cinematiche piuttosto semplici.
Non necessitano, infatti, di cinematiche per la trasformazione dei moti angolari in moti rettilinei (quindi non sono presenti cinghie e pulegge o viti e chiocciole ma solo nodi sferici e bracci paralleli): il lavoro di trasformazione è affidato alla matematica invece che all’hardware meccanico.
La cinematica è infatti interpretata e attuata tramite due programmi:
- IPK, che calcola, data una posizione target, le posizioni angolari dei 3 assi controllandone anche la validità, associata nel programma alla variabile “valido”
- FPK, che calcola in diretta la posizione x-y-z in cui si trova l’end-effector conoscendo l’angolo dei 3 assi. Ciò permette di verificare tramite l’HMI le traiettorie e gli spostamenti del robot
Il robot delta è stato realizzato fisicamente dagli studenti – i bracci sono stati quasi interamente realizzati in alluminio per rendere il robot quanto più leggero possibile – e abbinato a un PLC Omron della serie NX e a una scheda, realizzata dagli studenti, per i driver di controllo dei i motori passo.
Il delta robot è inoltre dotato di sensori ad effetto Hall che, in abbinamento a dei piccoli magneti montati sui bracci del robot, consentono di individuare la posizione di origine dei 3 assi rotativi.
Il controllo del sistema simulato è affidato a un’interfaccia grafica da cui è possibile manovrare il robot “virtuale” in modalità manuale (impostando delle coordinate x-y-z), oppure effettuare un ciclo automatico preimpostato. Sempre grazie l’interfaccia, inoltre, è possibile controllare la velocità e l’accelerazione degli spostamenti.
