Le operazioni di produzione e confezionamento che utilizzano la movimentazione manuale di materiali o componenti possono trarre vantaggi immediati dall'automazione con robot cartesiani a lunga corsa dotati di utensili terminali (EoAT) personalizzati e funzionalità di rilevamento avanzate. Questi robot possono supportare diverse macchine per eseguire attività che altrimenti verrebbero svolte manualmente, come l'asservimento delle 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 associano i robot ai robot a sei assi con braccio articolato che l'industria utilizza sempre più spesso negli stabilimenti produttivi. Anche gli ingegneri dell'automazione più esperti potrebbero sottovalutare i robot cartesiani, concentrandosi sui modelli a sei assi. Eppure, ignorare i vantaggi di un sistema cartesiano a lunga corsa può rivelarsi un errore costoso, soprattutto in 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 ottime ragioni, i robot a braccio articolato sono molto diffusi in numerosi impianti di produzione e confezionamento automatizzati, soprattutto nell'assemblaggio di componenti elettronici e nel settore medicale. Se dimensionati correttamente, questi bracci robotici possono gestire carichi pesanti con la flessibilità necessaria per eseguire diverse attività automatizzate, comandate dalla programmazione (e integrate dalla possibilità di cambiare gli utensili all'estremità del braccio). Tuttavia, i robot a sei assi possono essere costosi e richiedono un'elevata densità di robot. Quest'ultimo termine indica che un impianto avrà probabilmente bisogno di un robot separato per ogni una o due macchine di confezionamento. Naturalmente, esistono robot a sei assi più grandi e costosi, con una portata tale da servire più di un paio di macchine, ma anche queste soluzioni non sono ottimali perché costringono i tecnici a posizionare le macchine attorno a un unico robot di grandi dimensioni. I robot a braccio articolato necessitano inoltre di protezioni di sicurezza, occupano spazio prezioso e richiedono programmazione e manutenzione da parte di personale specializzato.

Il caso dei sistemi lineari cartesiani a lunga escursione

I robot cartesiani superano in prestazioni le opzioni robotiche a sei assi soprattutto perché riducono la densità di robot necessaria. Dopotutto, un singolo robot di trasferimento cartesiano a lunga corsa può gestire più macchine senza la necessità di riorganizzarle attorno al robot.

I robot di trasferimento installati sopra le macchine che devono controllare non occupano spazio a terra, il che a sua volta riduce anche i requisiti di sicurezza. Inoltre, i robot cartesiani richiedono poca programmazione e manutenzione dopo l'installazione iniziale.

Un'avvertenza importante è che le capacità dei sistemi di robotica cartesiana variano notevolmente. Infatti, se gli ingegneri cercano informazioni sui robot cartesiani online, troveranno molti sistemi di piccole dimensioni ottimizzati per operazioni di prelievo e posizionamento su macchinari di produzione o assemblaggio. Si tratta essenzialmente di stadi lineari integrati in soluzioni cartesiane standard, molto diversi dai robot di trasferimento utili in operazioni di maggiori dimensioni e che devono soddisfare i seguenti parametri.

Lunghi viaggi:Qualsiasi robot acquistato per la gestione di più macchinari di grandi dimensioni deve avere una corsa di almeno 50 piedi (circa 15 metri).

Carrelli multipli e utensili terminali del braccio personalizzati:I robot di trasferimento lunghi sono massimamente efficaci quando dotati di più carrelli indipendenti che si muovono lungo l'asse principale, consentendo a un singolo robot cartesiano di svolgere il lavoro di molti. A massimizzare questa produttività contribuiscono gli utensili progettati specificamente per movimentare i materiali in modo più efficace rispetto agli utensili elettrici standard, come le pinze a vuoto o a dita. In molti casi, gli utensili elettrici personalizzati possono anche semplificare la progettazione dei sistemi di movimentazione dei materiali che lavorano in combinazione con il robot cartesiano.

Architettura di controllo semplificata:Alcuni robot cartesiani di nuova generazione abbandonano le architetture di controllo tradizionali basate su motori, azionamenti e controllori separati, optando per servomotori integrati (completi di servoazionamenti) per eliminare la necessità di un quadro elettrico. Le applicazioni più complesse per robot cartesiani potrebbero comunque richiedere un'architettura tradizionale, ma i servomotori integrati gestiscono con disinvoltura 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 basata su sistemi cartesiani.

Uso selettivo:Poiché i robot cartesiani vengono montati sopra o dietro le macchine che gestiscono, consentono agli operatori di azionare manualmente le macchine quando necessario, ad esempio per una breve produzione di un pezzo di dimensioni particolari. Questo utilizzo selettivo è difficile con i robot a sei assi montati a pavimento, che possono ostruire l'accesso alle macchine.

Esempio specifico di robot cartesiano

Alcuni robot cartesiani offrono corse superiori a 15 metri (50 piedi) anche a velocità fino a 4 metri (4 m/sec). I carrelli standard possono includere una tecnologia di trasmissione a doppia cinghia; altri carrelli presentano una cinghia di trasmissione superiore che si avvolge continuamente al suo interno. Quest'ultima impedisce l'abbassamento della cinghia in 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 (il che a sua volta ne compromette le prestazioni). Questo perché mantenere un determinato valore di tensione su cinghie lunghe è difficile... e (a peggiorare le cose) la tensione della cinghia è asimmetrica e variabile. Il problema rende le cinghie di ricircolo lunghe una scelta poco performante, delicata e costosa per un posizionamento preciso.

Al contrario, gli stadi lineari a motore mobile mantengono le cinghie corte e tese, alloggiate all'interno del carrello, in modo che possano rispondere ai comandi impartiti dagli 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 degli imballaggi

Le unità di trasferimento robotizzate cartesiane a lunga corsa sono impiegate in applicazioni di alimentazione, inscatolamento e formatura di vassoi e possono gestire operazioni di pallettizzazione e depallettizzazione.

Consideriamo il confezionamento di prodotti ortofrutticoli. In una recente applicazione per un'azienda di confezionamento agricolo nella Central Valley californiana, un produttore ha fornito robot di trasferimento a lunga corsa per integrarsi perfettamente con il sistema di formatura vassoi IPAK esistente. Ogni robot gestisce fino a quattro macchine alla volta, riempiendole con fogli di cartone ondulato impilati. I robot a portale a tre assi si basano su stadi lineari con servomotori a cinghia per impieghi gravosi che consentono corse illimitate, carrelli a movimento indipendente e la possibilità di montare lo stadio in qualsiasi orientamento. L'asse più lungo di uno di questi robot si estende sopra la fila di formatrici di vassoi con una corsa di oltre 15 metri.

Per trasportare i fogli di cartone ondulato alle quattro macchine formatrici di vassoi, un robot preleva innanzitutto un carico di cartone da una banchina appositamente costruita che contiene i pallet di fogli di cartone ondulato. Il robot consegna quindi un carico di cartone a ciascuna macchina formatrice di vassoi. Grazie alla sua velocità (fino a 4 m/sec), il robot può facilmente gestire quattro macchine formatrici di vassoi, anche a una produzione di 35 vassoi al minuto.

Il sistema di protezione utilizza cancelli scorrevoli aerei e sensori che si sollevano dalle macchine sorvegliate per recintare il robot secondo necessità, offrendo una soluzione meno costosa rispetto a quella per i robot a sei assi installati a pavimento.

Questo sistema include anche tutti i comandi e gli utensili di estremità personalizzati in grado di lavorare con pile di fogli di cartone ondulato che variano in altezza e peso in modo imprevedibile. Gli utensili possono gestire carichi utili fino a 50 kg senza problemi. La soluzione solleva gli operatori che in precedenza dovevano sollevare i pacchi di cartone dai pallet e chinarsi per inserirli nelle macchine formatrici. L'automazione di queste operazioni ha permesso al personale di concentrarsi su lavori meno faticosi. I grandi robot di trasferimento sono solo un esempio di ciò che è possibile realizzare con i sistemi robotici cartesiani negli ambienti 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, comandi e utensili di estremità per un'automazione del confezionamento massimamente efficace ed efficiente.