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CENNI STORICI SULLA ROBOTICA

La più vecchia citazione ispirata al mondo della robotica risale al 320 a.c.

Aristotele scrisse: "Se ogni attrezzo, una volta ordinato e disposto, potesse fare da solo il lavoro che gli è stato assegnato [...] allora non ci sarebbe l'esigenza di apprendisti, operai e schiavi dei signori".


I primi esempi concreti di robotica risalgono ad un periodo compreso fra il terzo ed il primo secolo a.c., in cui personaggi come Filone da Bisanzio ed Erone da Alessandria, appartenenti alla scuola degli Alessandrini, realizzarono numerose innovazioni.

Fra le grandi invenzioni si può ricordare un famoso meccanismo a vapore per l'apertura e la chiusura automatica delle porte del tempio di Serapide ad Alessandria.



Un fuoco acceso riscaldava l'acqua contenuta all'interno di un serbatoio che espandendosi tracimava all'interno di un secchio passando prima da un sifone. Il secchio riempiendosi d'acqua inizia a scendere per via della forza di gravità crescente azionando un sistema di funi in grado di aprire il portone. Una volta che il fuoco si spegneva e l'acqua ritornava all'interno del serbatoio il meccanismo li avvolgeva le funi chiudendo il portone.



Successivamente la produzione di meccanismi automatizzati prosegui e trovo un nuovo slancio durante i periodi del medioevo e del rinascimento durante i quali furono realizzati automi in grado di scrivere poesie disegnare e addirittura di giocare a scacchi.


Nel primo caso si trattava di una complicata statuina basata su meccanismo a camme la cui forma rappresentava la registrazione della poesia oppure del disegno. Questi meccanismi estremamente sofisticati furono realizzati dalla famiglia Jaquet Droz nel lontano 1770.

Il termine "automata" di Jaquet-Droz, oltre ai numerosi automi costruiti dalla famiglia Jaquet-Droz, fa riferimento a tre bambole-automa costruite fra 1768 e il 1774 da Pierre Jaquet-Droz, suo figlio Henri-Louis e Jean-Frédéric Leschot. Le bambole sono: la musicista, la disegnatrice e la scrittrice. Le bambole sono ancora funzionanti e sono esposte al pubblico nel Musée d'Art et d'Histoire di Neuchâtel, in Svizzera. Sono considerate tra i remoti antenati dei computer moderni.

Furono progettate e costruite come giocattoli pubblicitari e di intrattenimento, pensati per migliorare le vendite di orologi tra la nobiltà europea nel XVIII secolo.


Il giocatore di scacchi, denominato il Turco e creato nel 1769 da Wolfgang Von Kempelen, invece era costituito da un telemanipolatore: un sofisticato meccanismo che replicava i movimenti del braccio di una persona nascosta all'interno della macchina.

Nonostante questi due ultimi esempi fossero semplicemente delle opere realizzate per intrattenere la gente essi contenevano due idee divenute importanti nel corso dello sviluppo della robotica moderna.


Alcuni robot, infatti, sono comandati direttamente dall'uomo, e generalmente operano in sua sostituzione nello svolgere compiti difficili e pericolosi o faticosi come ad esempio la manipolazione di oggetti molto difficili perché molto pesanti oppure costituiti da materiale radioattivo. In alcuni sistemi il meccanismo è più complesso e sofisticato perché è presente la cosiddetta retroazione di forza. Questi meccanismi ad uno più gradi di libertà vengono denominati interfacce aptiche e tra le loro più recenti applicazioni si possono citare quelle chirurgiche e medicali.


L'altro grande concetto è quello della riprogrammabilità. Infatti si poteva modificare il testo che scriveva il robot poeta cambiando le camme sulle quali erano registrate le poesie. Questa operazione era estremamente complicata tuttavia l'idea della riprogrammazione può essere addirittura profetica. I robot hanno conosciuto una grande diffusione solamente quando la tecnologia ha potuto realizzare computer a basso costo in grado di comandarli e riprogrammando le facilmente facendogli svolgere di volta in volta compiti sempre differenti.

Il concetto di macchinari programmabili ha avuto una delle sue prime applicazioni pratiche industriali nel telaio per tessitura inventato da Jacquard nel 1801. Il codice, che descriveva il disegno da riprodurre sul tessuto, veniva scritto producendo un'opportuna serie di fuori sul nastro di cartoncino. Ancora ad oggi esistono alcuni telai basati su questo principio. Questo tipo di principio di memorizzazione viene utilizzato anche in altri settori come per esempio quello della musica. Si pensi ai tamburi dei carillon (auto organi).


la robotica industriale per come la conosciamo noi oggi muove i suoi primi passi nell'immediato dopoguerra.


Nel 1946 l'americano Devol sviluppa un sistema che permette di registrare sfruttando dei magneti alcuni segnali elettrici che potevano essere successivamente inviati a un dispositivo elettromeccanico per comandarlo opportunamente. Questa apparecchiatura fu brevettata nel 1952.

Nel 1952 viene realizzato al Massachusetts Institute of Technology un prototipo di macchina a controllo numerico computerizzato.


Tra il 1954 ed il 1958 il signor Goertz e del signor Bergsland brevettarono e svilupparono i primi telemanipolatori.


Nel 1959 la Planet Corporation produce i robot commerciale comandato da camme e finecorsa.


Nel 1960, utilizzando come base il brevetto di Devol, la società chiamata Unimation (termine che deriva dall'unione della parola Universal e dalla parola Automation) produce il primo robot denominato "Unimate".

Unimate

Questo robot venne installato con successo nel 1961 all'interno di una linea di produzione della General motor con funzione di asservimento a una macchina per la pressocolata.


Nel 1968 lo Standard Research Institute crea un prototipo di robot su ruote chiamato "Shakey". Questo robot é equipaggiato con vari sensori tra cui una telecamera e dei sensori di contatto.

Nel 1979 viene sviluppato presso l'Università di Yamanashi in Giappone il primo robot di tipo "Scara" ovvero Selective Compliance Assembly Robot Arm. Questa tipologia di robot diventerà molto comune in applicazione di montaggio assemblaggio in cui si richiedono elevati ritmi di produzione.


Dopo questo periodo iniziare gli sviluppi sono stati molto rapidi e hanno interessato svariati settori per questo motivo è difficile ricostruire ed individuare cronologicamente le tappe più significative.


Tutti i robot costruiti fino agli anni 80 sono definiti a cinematica seriale. Alla soglia del nuovo millennio è cominciata l'installazione dei primi robot di tipo paralleli o ibridi. Queste ultime tipologie di robot vengono utilizzate per applicazione di pick and place e confezionamento.


In ogni caso la nascita dei moderni robot industriali deriva dalla confluenza di alcune caratteristiche dei telemanipolatori dalle macchine a controllo numerico computerizzato non chieda gli elaboratori elettronici che li hanno resi facilmente programmabili. Tutti gli sviluppi della robotica sono legati a quelli di parecchie altre scienze e principalmente della meccanica dell'informatica dell'elettronica della sensoristica e anche dell'intelligenza artificiale.


L'associazione Siri detta anche Società Italiana per la Robotica Industriale è attiva in Italia dal 1975 svolge un ruolo fondamentale per la diffusione della cultura robotica.

Questa società culturale e seconda pereta solo quella giapponese e dei costituita da enti di ricerca università costruttori integratori importatori che operano nel settore della robotica e dell'automazione.

Siri ha scopo di costituire un riferimento per quanti sentono l'esigenza di approfondire i temi relativi alla robotica alle sue applicazioni ed è socia fondatrice dell' International Federation of Robotics che dal 1987 raggruppa a livello mondiale le associazioni nazionali di robotica e di maggiori operatori del settore.


I robot industriali iniziano a diffondersi in maniera significativa dall'inizio della metà degli anni 70 quando il costo orario a parità di prestazioni inizia a risultare concorrenziale a quello della manodopera umana. Il punto di trade off viene raggiunto grazie a due fattori concomitanti: il costo dell' elettronica di controllo del robot diminuisce drasticamente riducendo il costo orario e nello stesso tempo le rivendicazioni sindacali fanno significativamente aumentare gli stipendi della manodopera specializzata.

L'incidenza del costo dell'elettronica di controllo sul totale si è ridotta dal 75% al 20% dal 1960 al 2000.


Nell'anno 2012 in Europa erano installati 400.000 robot, in America 200.000 unità mentre in Asia/Australia più di 600.000.

Nell'anno 2017 in Europa erano installati 480.000 unità, in America 300.000 unità mentre in Asia Australia 1.200.000 unità.

Il mercato più grosso è quello asiatico che oltre a Giappone e Corea del Sud Hannover al mercato cinese in netta espansione che include quasi 60% dei robot installati. Segue quello europeo infine quello americano.


All'interno dell'Unione Europea la Germania detiene circa il 40% del mercato segui l'Italia con il 13% ed infine la Germania con il 7%. Questi dati vengono forniti dall'IFR.


Il numero di robot installati ogni diecimila operai nell'industria manifatturiera nel 1999 vedeva l'Italia al sesto posto con 67 robot, dopo il Giappone con 280, Singapore con 148, Corea del sud con 116, Germania con 102, Svezia con 69. Gli Stati Uniti erano solamente noni con 48.


Nel 2017 Corea del Sud risulta essere al primo posto con 710 robot installati ogni diecimila impiegati seguita da Singapore con 658, Germania con 322, e Giappone con 308. l'Italia al decimo posto con 190 a fronte di una media mondiale di 85.

I robot industriali sono installati in maniera importante nel settore automobilistico ed in quello dell'elettronica con quote percentuali rispettivamente di 33 e 31.8 %


Gli impieghi più frequenti dei robot industriali sono la saldatura all'assemblaggio la manipolazione.


Hanno un grosso potenziale di sviluppo anche micro e nano robot per applicazioni in svariati settori che richiedono la manipolazione di oggetti molto piccoli come campioni di laboratorio applicazioni medicali appartenenti al settore farmaceutico.


Trend importante di sviluppo della robotica industriale per i prossimi anni oltre alla richiesta di una sempre maggior facilità d'uso (sistemi user-friendly) e capacità di integrazione sicura con l'ambiente e con gli operatori e saranno dati dall'integrazione di tecniche di intelligenza artificiale per monitoraggio remoto, dal l'autoapprendimento del task, dai focus sulle funzionalità, piuttosto che sul robot nudo ed integrazione hardware e software mirata al processo.


Un mercato in fortissima espansione quello della robotica di servizio che include tutti i robot di servizio per uso professionale e domestico ad esclusione dell'applicazione di automazione industriale. La classificazione di un robot industriale o di servizio dipende quindi dall'applicazione a cui è destinato. I principali settori applicativi dei robot di servizio uso professionale includono i settori logistici della difesa dell'agricoltura gli esoscheletri e la robotica medica. Sono inclusi nella categoria dei robot di servizio uso professionale tutti robot mobili per la gestione dei servizi logistici se in ambito manifatturiero che non manifatturiero come ad esempio quello dell'e-commerce.


La vendita di robot di servizio per uso professionale cresciuta dal 2016 al 2017 del 85% con 109.000 unità.

Si stima che il numero di robot di servizio per assistenza personale d'uso domestico sia aumentato di 8.500.000 unità installate nel 2017 inclusi i robot per l'assistenza personale per la pulizia di pavimenti e superfici vetrate e per il divertimento.



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