Analisi delle tolleranze del sistema di sterzatura di un robot mobile e progetto di un sistema smontaggio batterie per robot mobile

Il mondo dell'automazione industriale è alla continua ricerca di soluzioni per diminuire i costi di produzione e stoccaggio. La robotica, in questi ultimi anni, ha fornito una grande fonte di miglioramento sia nella produzione di componenti, sia nelle operazioni che non sono strettamente legate alla realizzazione del pezzo come, ad esempio, la movimentazione e lo stoccaggio dei materiali all'interno di magazzini.
Dotarsi di uno strumento che possa effettuare automaticamente svariati compiti con continuità e velocità significa abbattere i tempi di produzione e stoccaggio: per questo motivo numerose aziende hanno come obiettivo lo sviluppo di sistemi quanto più automatizzati.
All'interno del vasto mondo della robotica si ritaglia un importante spazio la robotica mobile: robot capaci di muoversi in modo più o meno autonomo, all'interno di uno spazio definito, che possono servirsi di svariate tecnologie per svolgere il proprio compito a livelli quanto più performanti.
In questo lavoro si è trattato il tema della robotica mobile, soffermandosi solo su alcune delle numerose problematiche che investono questo mondo, partendo, però, sempre da casi pratici e da problemi realmente occorsi.
In prima istanza, si è effettuato un rapido excursus sul mondo della robotica, iniziando dalla cinematica dei robot mobili e descrivendo sommariamente le varie tipologie di basi mobili. Successivamente si è passati a descrivere alcuni esempi di robot mobili in commercio che possano rappresentare per grandi linee la storia dell'arte. Si potrà notare come questo vasto mondo abbia applicazioni in numerosissimi settori: dall'industria manifatturiera, a quella militare, fino ad applicazioni ospedaliere. Dopo questa introduzione di tipo generale, si è passati a considerare un esempio pratico, in cui è possibile apprezzare come un aspetto che spesso viene sottovalutato, ovvero quello delle tolleranze di lavorazione, risulta di rilevante importanza anche e soprattutto quando si parla di robot mobili. Nel caso specifico, si è considerato il sistema motoruota che fornisce la direzionalità alla singola ruota di un robot mobile: si è partiti da un problema riscontrato durante la variazione di traiettoria e si è verificato, attraverso lo studio di una catena di tolleranze, se le tolleranze indicate su disegno fossero troppo “larghe” e quindi fossero causa del malfunzionamento. Lo studio è stato effettuato in modo “deterministico” attraverso l'analisi Worst Case e in modo statistico, servendosi del software Minitab®. È stato anche analizzato il modulo di Pro/ENGINEER studiato per lo studio deterministico e statistico delle tolleranze, il Tolerance Analysis Extension, che si è dimostrata un'applicazione molto potente, ma inadatta al caso specifico.
Un altro problema affrontato che riguarda la robotica mobile è stato quello della ricarica delle batterie. I robot mobili devono servirsi di batterie per la trazione e l'alimentazione degli organi ausiliari. Questo significa che le loro batterie devono essere o ricaricate (quindi il robot è costretto a fermarsi) oppure sostituite con delle batterie precedentemente ricaricate (quindi evitando di fermare l'attività del robot).
Nel caso esaminato, che riguarda un robot per l'automazione industriale, non è possibile pensare di bloccare l'attività del robot stesso, per cui è stata presa in considerazione la possibilità di cambiare, in tempi minimi, le batterie, sostituendole con altre già cariche. In quest'ottica, si è progettato un sistema semi-automatizzato semplice, economico e flessibile per la sostituzione del pacco batterie di un determinato robot mobile. Come si vedrà nel prosieguo della trattazione, le difficoltà principali derivano dalla necessità di centrare il sistema rispetto al robot mobile, che, per forza di cose, sarà affetto da errori di posizionamento all'interno dell'eventuale stazione di ricarica. Saranno descritti sia un modello di partenza, che presenta sommariamente le funzionalità del sistema e, successivamente, un modello finale comprensivo di tutte le modifiche e i miglioramenti apportati. Una parte della trattazione sarà anche dedicata alla sensoristica, fondamentale per l'automatizzazione.