Sviluppo e validazione di un coordinatore per il controllo centralizzato e la riconfigurazione di sistemi robotici industriali

L'evoluzione del settore manifatturiero ha portato a una progressiva transizione dalla produzione di massa verso modelli più flessibili, orientati a piccoli lotti e alla personalizzazione dei prodotti. In questo scenario, la capacità di riconfigurare rapidamente sistemi e processi produttivi è divenuta un fattore competitivo cruciale. I robot industriali rappresentano una risorsa chiave grazie alla loro elevata flessibilità operativa, che li rende idonei ad applicazioni quali movimentazione, assemblaggio, ispezione, lavorazioni tecnologiche e saldatura. Tuttavia, il pieno sfruttamento di tali potenzialità è spesso limitato da architetture di controllo chiuse e da modalità di programmazione rigide, che riducono la capacità di adattamento ai cambiamenti del processo produttivo. In questa tesi viene proposto un framework per il controllo centralizzato di robot industriali, con particolare riferimento ai controllori KUKA. Il framework consente la programmazione in Python, linguaggio di alto livello, senza richiedere competenze specifiche nel linguaggio proprietario KRL (KUKA Robot Language). L'obiettivo è aumentare il livello di astrazione della programmazione, semplificando lo sviluppo delle applicazioni robotiche e riducendo la dipendenza dalla sintassi specifica del costruttore. Il lavoro è stato svolto in collaborazione con il partner industriale Robotizr, che sviluppa interfacce di programmazione intuitive per semplificare la programmazione dei robot industriali. In questo contesto, il framework Python sviluppato è stato integrato nella piattaforma di Robotizr, assumendo il ruolo di nodo software dedicato alla comunicazione con il robot. La metodologia proposta sfrutta KukavarProxy, un server open source che consente di leggere e scrivere variabili del controllore KUKA da un PC esterno tramite comunicazione TCP/IP. Su questa base è stata sviluppata una libreria Python per la gestione della comunicazione con il controllore, sulla quale sono state implementate funzioni di alto livello per task tipici di un robot industriale: lettura dello stato del robot, impostazione di utensile, Tool Center Point, payload e I/O, ed esecuzione di movimenti. L'architettura segue il paradigma client-server, con il controllore KUKA in attesa dei comandi e il PC esterno nel ruolo di client. Quest'ultimo coordina e sincronizza l'invio dei comandi con l'effettiva esecuzione sul robot, garantendo il corretto ordine delle operazioni. Il framework è stato validato tramite due casi di studio. Nel primo, l'intero ciclo di lavoro di una cella robotica di ricerca è stato gestito in Python, in alternativa alla programmazione in KRL. Nel secondo, un tool di ottimizzazione esterno è stato integrato per trasferire su robot reale un processo di palletizzazione validato in simulazione. I risultati hanno dimostrato l'applicabilità del framework a celle robotiche generiche e la facilità di integrazione con strumenti esterni. Il lavoro costituisce infine una base per sviluppi futuri, tra cui l'estensione a controllori di altri costruttori, l'implementazione del client su PLC (Programmable Logic Controller) per ottenere comunicazioni più stabili e robuste in sistemi industriali multi-robot.