Controllo remoto di un sistema di movimentazione

Introduzione 
 
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infrastrutture. Anche dal punto di vista dell’inquinamento i veicoli a guida 
automatica sono all’avanguardia, i carrelli AGVs sono azionati elettricamente in 
ogni loro parte. L'energia elettrica viene fornita da una batteria di cui ogni 
macchina è dotata. Batterie speciali a basse emissioni permettono l'uso anche nei 
settori alimentari. Questo rende gli AGVs preferibili ai carrelli manuali azionati 
ad esempio da motori a combustione. 
L’obiettivo di questa tesi sperimentale svolta nel LAI, Laboratorio di 
Automazione Industriale dell’Università degli Studi di Cassino, è la realizzazione 
di un veicolo a guida automatica con controllo remoto Bluetooth. Il veicolo dovrà 
essere dotato di controllo di posizione, velocità e corrente con possibilità di 
impostare una traiettoria riprogrammabile da un computer remoto o un palmare. 
Nel primo capitolo della tesi vengono illustrati i sistemi di movimentazione dei 
materiali in genere e con particolare attenzione i veicoli a guida automatica. 
Saranno quindi mostrate le principali applicazioni degli AGV, le tecniche di 
navigazione dalla più semplice con guida vincolata, alle più complesse con guida 
inerziale. Saranno inoltre mostrate le tipologie di batterie utilizzate, le diverse 
componenti di un sistema di supervisione e controllo, e i dispositivi di sicurezza 
utilizzati per gli AGVs. 
Nel successivo capitolo si affronteranno più nel dettaglio le principali tipologie di 
azionamenti elettrici. Verranno mostrati i principali tipi di motori utilizzati nei 
sistemi di movimentazione, le tipologie di convertitori statici possibili e le più 
comuni tecniche di controllo, senza mai entrare troppo nello specifico delle 
singole tecniche. 
Il terzo capitolo è stato dedicato all’esposizione dello stato dell’arte di R.E.Mo.5, 
così come è stato lasciato prima di questo lavoro di tesi. Sarà a tal proposito 
mostrata la struttura meccanica, l’elettronica di potenza e il controllo 
implementato. Il capitolo viene concluso da un paragrafo riguardante le specifiche 
di progetto della nuova realizzazione del robot. 
Il quarto capitolo è stato dedicato all’implementazione del controllo di R.E.Mo. 5. 
Si simulerà in ambiente Simulink il funzionamento dei motori a corrente continua, 
si analizzeranno in dettaglio risorse e limiti della scheda di controllo, se ne 
mostrerà la configurazione motivandone le scelte progettuali. Si darà ampia 
Introduzione 
 
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descrizione del codice utilizzato nella programmazione del microcontrollore, si 
mostrerà il pannello di controllo realizzato in ambiente Labview spiegandone il 
funzionamento, infine si illustreranno le varie tipologie di comunicazione 
utilizzate. 
Nel quinto ed ultimo capitolo vengono invece mostrati i rilievi sperimentali. Nel 
primo paragrafo verranno illustrati gli steps fondamentali che hanno portato alla 
realizzazione definitiva di R.E.Mo.5. Verranno poi commentate prove termiche 
per mostrare il corretto funzionamento dei motori e convertitori chopper, saranno 
illustrate le acquisizioni di corrente e tensione in diverse condizioni di 
funzionamento. Si mostrerà in ultimo l’acquisizione di posizione e velocità 
effettuata in ambiente LabView. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPITOLO I - Sistemi di Movimentazione dei Materiali 
 
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CAPITOLO I 
 
 
 
I Sistemi di Movimentazione dei Materiali 
 
 
 
 
 
I.1 Generalità 
 
 
Il sistema di movimentazione dei materiali (material handling system MHS) di un 
impianto produttivo è definito come l’insieme degli strumenti di movimentazione 
all’interno dell’impianto stesso. 
Le tipologie fondamentali di strumenti componenti un MHS sono: 
• carrelli a mano (hand trucks) 
• carrelli motorizzati (powered trucks) 
• gru, monorotaie e montacarichi(cranes, monorails and hoists) 
• convogliatori (conveyors) 
• robot 
• veicoli a guida automatica (AGVs) 
 
I carrelli a mano sono piattaforme con ruote per la movimentazione manuale 
degli articoli, dei carichi unitari e dei materiali vari. Esempi sono carriole, carrelli 
a due o quattro ruote, sollevatori a mano, carrelli forklift manuali. 
 
I carrelli motorizzati sono veicoli con piattaforme motorizzate per spostamento 
meccanizzato di articoli, unità di carico e materiali sfusi. Sono guidati dall’uomo e 
l’energia è fornita da batterie, gasolio o gas propano. Esempi includono walkie 
CAPITOLO I - Sistemi di Movimentazione dei Materiali 
 
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trucks (dove l’operatore cammina con il veicolo per sterzarlo), riding trucks, 
carrelli forklift, treni con motrice e rimorchio, carrelli a gru. 
 
Fig. I-1 Walkie truck della Sichelschmidt con alimentazione a batterie 
 
Le gru, monorotaie e montacarichi sono dispositivi di movimentazione 
generalmente comandati manualmente, progettati per alzare, abbassare e 
trasportare oggetti pesanti. Esempi sono gru con piattaforma, gru a braccio, 
monorotaie aeree, montacarichi a mano e motorizzati. 
 
Fig. I-2 Monorotaia realizzata dalla FATA Automation 
 
CAPITOLO I - Sistemi di Movimentazione dei Materiali 
 
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I convogliatori sono apparecchi di movimentazione spesso meccanizzati o 
automatizzati, progettati per muovere materiali tra specifiche locazioni su 
traiettoria prefissata generalmente in grande quantità o volumi. Hanno il 
vantaggio di operare indipendentemente dai lavoratori e sono facilmente 
interfacciabili con un ampia gamma di altri apparecchi di movimentazione, 
operazione o immagazzinamento. I movimenti dei trasportatori sono generalmente 
controllati da un PLC, ed interfacciati tra di loro mediante una rete LAN. Esempi 
sono trasportatori a gravità (rulli, ruote) e convogliatori motorizzati (rulli cinghie, 
catene). 
 
Fig. I-3 Convogliatore realizzato dalla Benda Manufacturing Inc. 
 
 
Un robot è un dispositivo che può muovere materiali, pezzi o utensili da una 
posizione ad un’altra sotto un controllo programmato senza intervento umano. 
Può svolgere compiti semplici come pick-and-place, saldatura o verniciatura. Il 
carattere distintivo è la programmabilità.  
La Japanese Industrial Robot Association (JIRA), associazione di fama mondiale, 
nata nel 1973 con lo scopo di promuovere ed incoraggiare la ricerca e lo sviluppo 
della robotica nell’industria manifatturiera, classifica i robot in 6 classi: 
Class 1. Manipolatori manuali: con diversi gradi di libertà operati direttamente 
da umani. 
CAPITOLO I - Sistemi di Movimentazione dei Materiali 
 
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Class 2. Robot a sequenza fissata: programmati per una sequenza fissata di 
operazioni e non riprogrammabili. 
Class 3. Robot a sequenza variabile. 
Class 4. Robot ripetitori: eseguono istruzioni fissate prese da una memoria. 
Class 5. Robot a controllo numerico: controllati da dati in forma digitale. 
Class 6. Robot intelligenti: usano percezioni sensoriali per valutare l’ambiente 
in cui operano, prendere decisioni real-time e controllare il proprio 
movimento di conseguenza. 
 
 
Fig. I-4 Robot Layer Palletizer della FANUC Robotics America Inc. 
 
 
Un veicolo a guida automatica (automated guided vehicles AGV) è un sistema di 
movimentazione di materiale consistente in un veicolo senza guidatore che segue 
un percorso sotto la guida di un calcolatore. E’ generalmente capace di selezionare 
il proprio percorso fra molti possibili per raggiungere una stazione di lavoro o un 
magazzino assegnato. Alcuni sistemi AGV possono modificare dinamicamente il 
loro cammino sulla base di informazioni di congestione e disponibilità di una 
tratta. 
CAPITOLO I - Sistemi di Movimentazione dei Materiali 
 
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Essendo i veicoli a guida automatica l’obiettivo di questa tesi nei seguenti 
paragrafi si tralascerà la trattazione degli altri sistemi di movimentazione materiali 
per un’analisi approfondita dei sistemi AGV attualmente presenti sul mercato. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CAPITOLO I - Sistemi di Movimentazione dei Materiali 
 
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I.2 AGV: Applicazioni 
 
I.2.1 Motrice (Tow) 
L’utilizzo degli AGVs come motrici fu il primo e attualmente rimane il più 
frequente. L’utilizzo delle motrici prevede il trasporto di carichi dentro e fuori i 
magazzini verso le aree di assemblaggio e smistamento. I carrelli trasportati 
possono essere più di uno, in questo modo, l’AGV fermandosi in ogni 
destinazione può rilasciare solo il carrello richiesto. L’utilizzo di questi sistemi è 
giustificato quando l’area di lavoro è molto estesa, permettendo l’eliminazione di 
carrelli elevatori e treni non automatizzati. 
 
 
Fig. I-5 Motrice AGV con più carrelli 
 
 
I.2.2 Carrello a forca (Fork truck) 
Le applicazioni degli AGVs come carrelli a forca sono relativamente nuove. I fork 
trucks sono utilizzati quando il sistema richiede carico e scarico di pallets dal 
pavimento o altro piano rialzato. L’automatizzazione dei carrelli a forca ne 
permette l’utilizzo senza l’intervento dell’uomo. 
Il veicolo può posizionare la sua forca a qualsiasi altezza permettendone 
l’interfacciamento con convogliatori o altri AGVs. Questo tipo di AGV richiede 
un controllo molto accurato del posizionamento del carico e del vicolo stesso. 
CAPITOLO I - Sistemi di Movimentazione dei Materiali 
 
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Poiché questi sono gli AGVs più costosi il loro impiego può essere giustificato 
solo nel caso in cui si vuole realizzare una completa automazione. 
 
Fig. I-6 Fork truck della Savant Automation 
 
 
I.2.3 Trasportatori di unità di carico (Unit load carrier) 
L’utilizzo degli AGVs come trasportatori di unità di carico è abbastanza diffuso 
nelle applicazioni che richiedono una integrazione dei convogliatori con 
operazioni di manifattura e assemblaggio o sistemi di stoccaggio in magazzino.  
Questi veicoli sono un mezzo molto efficiente per il trasporto orizzontale su 
medie distanze, possono movimentare grandi volumi di materiale collegando altri 
sistemi in modo completamente automatico. Per queste loro caratteristiche sono 
spesso utilizzati in magazzini e sistemi di distribuzione, dove i percorsi sono 
relativamente corti, ma i volumi movimentati sono alti. Qui i trasportatori di unità 
di carico sono sicuramente preferibili ai traini, in quanto la loro forma compatta 
ne permette la manovrabilità in aree molto strette.