Le operazioni di produzione e imballaggio che utilizzano operazioni manuali di movimentazione di materiali o parti possono trarre vantaggi immediati dall'automazione con robot cartesiani a corsa lunga dotati di utensili di estremità del braccio (EoAT) personalizzati e capacità di rilevamento avanzate. Questi robot possono supportare una varietà di macchine per eseguire attività altrimenti manuali come l'assistenza macchine o il trasferimento di parti in lavorazione.

I robot cartesiani sono costituiti da due o più fasi di posizionamento lineare coordinate... quindi potrebbe non essere la prima cosa che viene in mente se un ingegnere progettista è nuovo nel campo dell'automazione. Molti identificano i robot con la robotica a braccio articolato a sei assi che l’industria applica sempre più spesso nelle fabbriche. Anche gli ingegneri esperti dell’automazione possono dedicare poca attenzione ai robot cartesiani… concentrando l’attenzione sui modelli a sei assi. Tuttavia, ignorare i vantaggi di un sistema cartesiano a corsa lunga può essere un errore costoso, soprattutto nelle applicazioni che richiedono al robot di:

1. Gestisci più macchine

2. Raggiungi grandi lunghezze

3. Eseguire operazioni semplici e ripetitive.

Il problema con i robot a sei assi

Per una buona ragione, i robot a braccio articolato sono prominenti in una miriade di impianti di produzione e imballaggio automatizzati, soprattutto nell’assemblaggio di componenti elettronici e nell’industria medica. Se adeguatamente dimensionati, tali bracci robotici possono gestire grandi carichi utili con la flessibilità necessaria per eseguire molte diverse attività automatizzate comandate dalla programmazione (e integrate da modifiche degli strumenti all'estremità del braccio). Ma i robot a sei assi possono essere costosi e richiedere un’elevata densità di robot. Quest'ultimo è un termine che indica che una struttura avrà probabilmente bisogno di un robot separato per ogni una o due macchine confezionatrici. Naturalmente, esistono robot a sei assi più grandi e più costosi in grado di servire più di un paio di macchine, ma anche queste sono soluzioni non ottimali perché costringono gli ingegneri dell’impianto a posizionare le macchine attorno a un robot molto grande. Anche i robot a braccio articolato necessitano di protezioni di sicurezza; consumare spazio prezioso; programmazione e manutenzione da parte di personale specializzato.

Il caso dei sistemi lineari cartesiani con corsa lunga

I robot cartesiani superano le opzioni robotiche a sei assi in gran parte perché riducono la densità del robot richiesta. Dopotutto, un robot di trasferimento cartesiano a lungo viaggio può occuparsi di più macchine senza la necessità di riorganizzare le macchine attorno al robot.

I robot di trasferimento installati sopra le macchine tendono a non occupare spazio sul pavimento... il che a sua volta riduce anche i requisiti di protezione della sicurezza. Inoltre, i robot cartesiani richiedono poca programmazione e manutenzione dopo la configurazione iniziale.

Un avvertimento è che le capacità dei sistemi robotici cartesiani variano ampiamente. Infatti, se gli ingegneri ricercano online i robot cartesiani, troveranno molti sistemi più piccoli ottimizzati per operazioni di pick-and-place su macchinari di produzione o assemblaggio. Si tratta essenzialmente di fasi lineari integrate in soluzioni cartesiane standardizzate, molto diverse dai robot di trasferimento utili in operazioni più grandi e che devono soddisfare i seguenti parametri.

Viaggi lunghi:Qualsiasi robot acquistato per gestire più macchine di grandi dimensioni deve avere corse fino a 50 piedi o più.

Carrello multiplo e utensili di estremità del braccio personalizzati:I robot di trasferimento lunghi sono massimamente efficaci se dotati di più carrelli ad azione indipendente per spostare l'asse principale... consentendo a un dato robot cartesiano di svolgere il lavoro di molti. Ad amplificare questa produttività sono gli strumenti appositamente realizzati per movimentare le merci in modo più efficace rispetto agli EoAT standard come le pinze a vuoto o a dito. In molti casi, l’EoAT personalizzato può anche semplificare la progettazione di sistemi di movimentazione dei materiali che lavorano insieme al robot cartesiano.

Architettura di controllo semplificata:Alcuni robot cartesiani più recenti evitano le architetture di controllo tradizionali basate su motori, azionamenti e controller separati per servomotori integrati (completi di servoazionamenti) per eliminare la necessità di un armadio di controllo. Le applicazioni robotiche cartesiane più complesse possono ancora richiedere un’architettura tradizionale… ma i servomotori integrati gestiscono abilmente i requisiti di controllo del movimento punto a punto della maggior parte dei robot cartesiani. Quando un progettista può utilizzare servomotori integrati, questi ultimi possono contribuire a massimizzare il vantaggio in termini di costi di un'automazione su base cartesiana.

Uso selettivo:Poiché i robot cartesiani vengono montati sopra o dietro le macchine di cui si occupano, consentono anche agli utenti di azionare le macchine manualmente quando necessario, ad esempio per una breve tiratura di dimensioni speciali. Questo utilizzo selettivo è difficile con i robot a sei assi montati a pavimento che possono bloccare l’accesso alle macchine.

Esempio specifico di robot cartesiano

Alcuni robot cartesiani offrono corse superiori a 50 piedi anche con velocità fino a 4 m/sec. I carrelli standard potrebbero includere una tecnologia di trasmissione a doppia cinghia; alcune altre carrozze contengono una cinghia di trasmissione superiore che si avvolge continuamente all'interno. Quest'ultimo impedisce l'abbassamento del nastro nelle disposizioni invertite o a sbalzo e consente a più carrelli indipendenti di operare contemporaneamente su un asse.

Le cinghie lunghe complicano la progettazione dei robot cartesiani, poiché degradano la rigidità della trasmissione (che a sua volta riduce le prestazioni). Questo perché mantenere un determinato valore di tensione sulle cinghie lunghe è impegnativo... e (a peggiorare le cose) la tensione della cinghia è asimmetrica e variabile. Il problema rende i nastri a ricircolo lunghi una scelta poco performante, complessa e costosa per un posizionamento accurato.

Al contrario, gli stadi lineari con motore in movimento mantengono la lunghezza della cinghia corta e tesa e alloggiata all'interno del carrello in modo che possano rispondere ai controlli informati dall'encoder. La precisione viene mantenuta indipendentemente dalla lunghezza del sistema di trasferimento cartesiano... che sia 4 o 40 m.

Esempio di applicazione nel settore dell'imballaggio

Le unità di trasferimento robotiche cartesiane a corsa lunga funzionano in applicazioni di alimentazione, incartonamento e formatura di vassoi e possono gestire operazioni di pallettizzazione e depallettizzazione.

Considera l'imballaggio dei prodotti. In una recente richiesta per un'azienda di imballaggi agricoli nella Central Valley della California, un produttore ha fornito robot di trasferimento a corsa lunga per integrarsi perfettamente con il sistema di formazione di vassoi IPAK esistente. Ogni robot si prende cura di un massimo di quattro macchine alla volta, riempiendole con fogli impilati di cartone ondulato. I robot a portale a tre assi si basano su stadi con servomotore lineare con trasmissione a cinghia per carichi pesanti per lunghezze di corsa illimitate, carrelli che si muovono in modo indipendente e la possibilità di montare il palco in qualsiasi orientamento. L'asse più lungo di uno di questi robot corre sopra la fila di vassoi con una corsa superiore a 50 piedi.

Per consegnare i fogli di cartone ondulato alle quattro macchine per la formatura di vassoi, un robot preleva innanzitutto un carico di cartone da una banchina costruita su misura contenente pallet di fogli di cartone ondulato. Il robot consegna quindi un carico di cartone a ciascun formatore di vassoi. Grazie alla sua velocità (fino a 4 m/sec) il robot può facilmente eseguire il ritmo di quattro formatrici di vassoi, anche con una velocità di 35 vassoi al minuto.

La protezione di sicurezza utilizza cancelli scorrevoli sopraelevati e sensori che si alzano dalle macchine sorvegliate per recintare il robot secondo necessità, per una soluzione meno costosa di quella per i robot a sei assi montati a pavimento.

In questo sistema sono inclusi anche tutti i controlli e gli EoAT personalizzati in grado di lavorare con pile di fogli ondulati che variano in modo imprevedibile in altezza e peso. L'attrezzatura può gestire carichi utili fino a 50 kg senza problemi. La soluzione solleva gli operatori che una volta dovevano sollevare pacchi di cartone dai pallet e chinarsi per inserirli nelle macchine formatrici. L'automazione di queste attività ha consentito al personale di concentrarsi su lavori meno estenuanti. I grandi robot di trasferimento sono solo un esempio di ciò che è possibile fare con i sistemi robotici cartesiani negli ambienti di imballaggio. Alcuni fornitori hanno anche sviluppato sistemi di pallettizzazione e depallettizzazione basati su approcci cartesiani simili. Tutti questi robot utilizzano tre fasi lineari dotate di sensori, controlli e attrezzature all'estremità del braccio per un'automazione dell'imballaggio massimamente efficace ed efficiente.