ASSERVIMENTO DI UN TORNIO AUTOMATICO TRAMITE ROBOT COLLABORATIVO E VISIONE ARTIFICIALE

The purpose of this thesis work is to document an industrial automation application which consists in the tending of an automatic lathe using a robotic island equipped with a collaborative robot and a vision system. The entire robotic island was designed and built by Delta Automation s.r.l., a company based in Mozzagrogna (CH) that deals with robotics and industrial automation, covering a role that by law can be identified as that of the integrator of system. The first chapter provides a brief introduction to industrial robotics, focusing in particular on collaborative robotics, presenting the context and methods of use of the same and showing the advantages that its use can bring. Furthermore, a brief overview of the regulations and directives that regulate collaborative robotics is given, highlighting the criteria to be followed in order to carry out an adequate analysis of the risks relating to its use within an industrial plant. The second chapter presents the specific case study developed in this paper, i.e. the tending of an automatic lathe through the use of a collaborative robot. The needs and requests expressed by the end user of the system are presented and the design solution proposed for the application is briefly shown. The third chapter presents the mechanical design of the base of the island and of the tools to be fixed as end-effector on the robot terminal, highlighting the main reasons for the design choices adopted. The fourth chapter shows the collaborative robot used for the application presented. After a brief overview of the robot's main parameters and characteristics, its development environment is illustrated and the main methods that can be used to program it are highlighted. Subsequently, the activities undertaken for a correct definition of the payload are shown, the general settings adopted and the reference systems and tools defined for the robot (User and Tool Frame) are presented. Finally, we move on to the discussion of the programming actually implemented on the robot, the management of the signals and the routines adopted. In the fifth chapter, the vision system used for the application is presented. After a brief overview of the main parameters and characteristics, the calibration procedure and the programming of the jobs implemented on the camera are shown. This chapter also presents the PLC adopted for the management of the various devices of the robotic island. Initially a brief overview of the parameters and main characteristics of the PLC is carried out, subsequently the management of communication between the PLC and the various devices present in the system is presented, i.e. the robot, the vision system and the HMI, focusing on some of the functionalities of the user interface used by the operator. The sixth chapter presents the improvements made in relation to some critical issues that emerged following the first tests carried out of the work cycle obtained from the commissioning of the developed system. Subsequently, the results obtained are compared with the initial needs of the end-user and, finally, possible optimizations of the system are identified.

L’obiettivo di questo elaborato di tesi è quello di documentare una applicazione di automazione industriale che consiste nell'asservimento di un tornio automatico mediante un'isola robotizzata dotata di un robot collaborativo e di un sistema di visione. L’intera isola robotizzata è stata progettata e realizzata dalla Delta Automation s.r.l., un’azienda che ha sede a Mozzagrogna (CH) e che si occupa di robotica ed automazione industriale, ricoprendo un ruolo che da normativa può essere identificato come quello dell'integratore di sistema. Nel primo capitolo viene fatta una breve introduzione sulla robotica industriale, soffermandosi in particolar modo sulla robotica collaborativa, presentando il contesto e le modalità di utilizzo della stessa e mostrando i vantaggi che un suo utilizzo può apportare. Viene, inoltre, fatta una breve panoramica delle normative e direttive che regolamentano la robotica collaborativa, evidenziando i criteri da seguire per effettuare una adeguata analisi dei rischi relativi al suo utilizzo all’interno di un plant industriale. Nel secondo capitolo viene presentato il caso di studio specifico sviluppato in questo elaborato, ovvero l’asservimento di un tornio automatico tramite l’utilizzo di un robot collaborativo. Vengono presentate le esigenze e le richieste espresse dall’utilizzatore finale del sistema e viene mostrata in maniera sintetica la soluzione progettuale proposta per l’applicazione. Nel terzo capitolo viene presentata la progettazione meccanica del basamento dell'isola e dei tool da fissare come end-effector sul terminale del robot, evidenziando le motivazioni principali delle scelte progettuali adottate. Nel quarto capitolo viene mostrato il robot collaborativo usato per l’applicazione presentata. Dopo una breve panoramica dei parametri e delle caratteristiche principali del robot, viene illustrato il suo ambiente di sviluppo e vengono evidenziate le principali modalità che possono essere usate per programmarlo. In seguito, vengono mostrate le attività intraprese per una corretta definizione del payload, le impostazioni generali adottate e vengono presentati i sistemi di riferimento e i tool definiti per il robot (User e Tool Frame). Infine, si passa alla trattazione della programmazione effettivamente implementata sul robot, della gestione dei segnali e delle routine adottate. Nel quinto capitolo viene presentato il sistema di visione utilizzato per l’applicazione. Dopo una breve panoramica dei parametri e delle caratteristiche principali, viene mostrata la procedura di calibrazione e la programmazione dei job implementati sulla telecamera. In questo capitolo, inoltre, viene presentato il PLC adottato per la gestione dei vari dispositivi dell’isola robotizzata. Inizialmente viene effettuata una breve panoramica dei parametri e delle caratteristiche principali del PLC, successivamente viene presentata la gestione della comunicazione tra il PLC e i diversi dispositivi presenti nel sistema, ovvero il robot, il sistema di visione e l’HMI, soffermandosi su alcune delle funzionalità principali dell’interfaccia utente utilizzata dall’operatore. Nel sesto capitolo vengono presentati i miglioramenti apportati in relazione ad alcune criticità emerse a seguito dei primi test effettuati del ciclo di lavoro ottenuti dalla messa in servizio del sistema sviluppato. Successivamente, vengono confrontati i risultati ottenuti con le esigenze iniziali dell’end-user e, infine, vengono individuate delle possibili ottimizzazioni del sistema.