Le operazioni di produzione e confezionamento che richiedono la movimentazione manuale di materiali o componenti possono trarre vantaggi immediati dall'automazione grazie a robot cartesiani a lunga percorrenza dotati di end-of-arm tooling (EoAT) personalizzati e capacità di rilevamento avanzate. Questi robot possono supportare una varietà di macchine per svolgere attività altrimenti manuali, come l'asservimento macchine o il trasferimento di componenti in lavorazione.

I robot cartesiani sono costituiti da due o più stadi di posizionamento lineare coordinati... quindi potrebbero non essere la prima cosa che viene in mente a un progettista alle prime armi con l'automazione. Molti equiparano i robot ai robot a braccio articolato a sei assi che l'industria applica sempre più spesso negli stabilimenti produttivi. Anche gli ingegneri di automazione più esperti potrebbero dare poca importanza ai robot cartesiani, concentrando l'attenzione sui modelli a sei assi. Tuttavia, ignorare i vantaggi di un sistema cartesiano a lunga corsa può essere un errore costoso, soprattutto nelle applicazioni che richiedono al robot di:

1. Gestire più macchine

2. Raggiungere lunghe distanze

3. Eseguire operazioni semplici e ripetitive.

Il problema dei robot a sei assi

Per una buona ragione, i robot a braccio articolato sono presenti in una miriade di impianti di produzione e confezionamento automatizzati... soprattutto nell'assemblaggio di componenti elettronici e nel settore medicale. Se opportunamente dimensionati, questi bracci robotici possono gestire carichi di lavoro elevati con la flessibilità necessaria per eseguire numerose attività automatizzate, comandate dalla programmazione (e integrate da sostituzioni di utensili a fine braccio). Tuttavia, i robot a sei assi possono essere costosi e richiedono un'elevata densità di robot. Quest'ultima è un termine che indica che uno stabilimento avrà probabilmente bisogno di un robot separato per ogni una o due macchine per il confezionamento. Naturalmente, esistono robot a sei assi più grandi e costosi, con sbracci che consentono di servire più di un paio di macchine, ma anche queste sono soluzioni non ottimali perché costringono i tecnici di stabilimento a posizionare le macchine attorno a un unico robot di grandi dimensioni. I robot a braccio articolato richiedono inoltre protezioni di sicurezza, occupano prezioso spazio sul pavimento e richiedono programmazione e manutenzione da parte di personale qualificato.

Il caso dei sistemi lineari cartesiani a lunga percorrenza

I robot cartesiani superano le opzioni robotiche a sei assi in gran parte perché riducono la densità di robot richiesta. Dopotutto, un singolo robot cartesiano a lunga percorrenza può gestire più macchine senza la necessità di riorganizzarle attorno al robot.

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

Un aspetto da tenere presente è che le capacità dei sistemi robotici cartesiani variano notevolmente. Infatti, se gli ingegneri cercano online robot cartesiani, troveranno molti sistemi più piccoli ottimizzati per operazioni di pick-and-place su macchinari di produzione o assemblaggio. Si tratta essenzialmente di tavole lineari integrate in soluzioni cartesiane standard, molto diverse dai robot di trasferimento utili in operazioni più complesse e che devono soddisfare i seguenti parametri.

Lunghi viaggi:Ogni robot acquistato per gestire più macchine di grandi dimensioni deve avere una corsa di 50 piedi o più.

Carrelli multipli e utensili di estremità braccio personalizzati:I robot di trasferimento lunghi raggiungono la massima efficacia quando sono dotati di più carrelli indipendenti per la movimentazione lungo l'asse principale, consentendo a un dato robot cartesiano di svolgere il lavoro di molti. A potenziare questa produttività contribuiscono utensili appositamente progettati per movimentare le merci in modo più efficace rispetto ai sistemi di presa EoAT standard, come le pinze a vuoto o a dita. In molti casi, i sistemi di presa EoAT personalizzati possono anche semplificare la progettazione dei sistemi di movimentazione dei materiali che operano in combinazione con il robot cartesiano.

Architettura di controllo semplificata:Alcuni robot cartesiani più recenti rinunciano alle architetture di controllo tradizionali basate su motori, azionamenti e controllori separati, preferendo servomotori integrati (completi di servoazionamenti) per eliminare la necessità di un quadro elettrico. Le applicazioni più complesse con robot cartesiani potrebbero comunque richiedere un'architettura tradizionale... ma i servomotori integrati gestiscono abilmente i requisiti di controllo del movimento punto-punto della maggior parte dei robot cartesiani. Quando un progettista può utilizzare servomotori integrati, questi ultimi possono contribuire a massimizzare il vantaggio economico di un'automazione basata su sistemi cartesiani.

Uso selettivo:Poiché i robot cartesiani vengono montati sopra o dietro le macchine che gestiscono, consentono anche agli utenti di azionare manualmente le macchine quando necessario, ad esempio per una breve produzione di una dimensione speciale. 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 15 metri (50 piedi) pur raggiungendo velocità di 4 m/sec. I carrelli standard potrebbero includere una tecnologia di trasmissione a doppia cinghia; altri carrelli presentano una cinghia di trasmissione superiore che si avvolge in modo continuo al suo interno. Quest'ultima impedisce il cedimento della cinghia nelle configurazioni 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 riducono la rigidità della trasmissione (che a sua volta ne compromette le prestazioni). Questo perché mantenere un determinato valore di tensione su cinghie lunghe è difficile... e (a peggiorare la situazione) la tensione della cinghia è asimmetrica e variabile. Questo problema rende le cinghie lunghe a ricircolo una scelta poco performante, delicata e costosa per un posizionamento accurato.

Al contrario, le tavole lineari con motore mobile mantengono le cinghie corte e tese, alloggiate all'interno del carrello in modo da poter rispondere ai controlli basati sull'encoder. La precisione viene mantenuta indipendentemente dalla lunghezza del sistema di trasferimento cartesiano, che sia di 4 m o 40 m.

Esempio di applicazione nel settore dell'imballaggio

Le unità di trasferimento robotiche cartesiane a lunga percorrenza sono utilizzate in applicazioni di alimentazione, inscatolamento e formatura vassoi e possono gestire operazioni di pallettizzazione e depallettizzazione.

Si consideri il confezionamento dei prodotti ortofrutticoli. In una recente applicazione per un'azienda di confezionamento agricolo nella Central Valley in California, un produttore ha fornito robot di trasferimento a lunga corsa per integrarsi perfettamente con il sistema di formatura di vassoi IPAK esistente. Ogni robot gestisce fino a quattro macchine contemporaneamente, riempiendole con fogli di cartone ondulato impilati. I robot a portale a tre assi si basano su robusti servomotori lineari azionati da cinghia per corse illimitate, carrelli a movimento indipendente e la possibilità di montare il robot in qualsiasi orientamento. L'asse più lungo di uno di questi robot scorre sopra la batteria di formatrici di vassoi con una corsa superiore a 15 metri.

Per alimentare i fogli di cartone ondulato nelle quattro macchine formatrici di vassoi, un robot preleva prima un carico di cartone da una banchina appositamente costruita, contenente pallet di fogli di cartone ondulato. Il robot quindi alimenta un carico di cartone per ogni formatrice di vassoi. Grazie alla sua velocità (fino a 4 m/sec), il robot può gestire facilmente quattro formatrici di vassoi, anche con una capacità di 35 vassoi al minuto.

Le protezioni di sicurezza utilizzano cancelli scorrevoli sopraelevati e sensori che si sollevano dalle macchine sorvegliate per recintare il robot secondo necessità, offrendo una soluzione meno costosa rispetto ai robot a sei assi montati a pavimento.

Questo sistema include anche tutti i controlli e l'EoAT personalizzato in grado di gestire pile di fogli ondulati che variano in modo imprevedibile in altezza e peso. Gli utensili possono gestire carichi utili fino a 50 kg senza problemi. La soluzione alleggerisce il carico degli operatori che un tempo dovevano sollevare i pacchi di cartone dai pallet e chinarsi per inserirli nelle macchine formatrici. L'automazione di queste attività ha liberato il personale, che può così concentrarsi su lavori meno impegnativi. I grandi robot di trasferimento sono solo un esempio di ciò che è possibile ottenere con i sistemi robotici cartesiani in ambito di confezionamento. Alcuni fornitori hanno anche sviluppato sistemi di pallettizzazione e depallettizzazione basati su approcci cartesiani simili. Tutti questi robot utilizzano tre stadi lineari dotati di sensori, controlli e utensili di fine braccio per un'automazione del confezionamento estremamente efficace ed efficiente.