3 passaggi per progettare il tuo sistema di posizionamento lineare

I robot cartesiani operano su due o tre assi lungo il sistema di coordinate cartesiane X, Y e Z. Sebbene i robot SCARA e a 6 assi siano più conosciuti, i sistemi cartesiani si trovano in quasi tutte le applicazioni industriali immaginabili, dalla produzione di semiconduttori alle macchine per la lavorazione del legno. E non sorprende che i robot cartesiani siano così diffusi. Sono disponibili in un numero apparentemente illimitato di configurazioni e sono facilmente personalizzabili per soddisfare i parametri specifici dell'applicazione.

Sebbene i robot cartesiani siano stati tradizionalmente progettati e costruiti internamente da integratori e utenti finali, la maggior parte dei produttori di attuatori lineari offre ora robot cartesiani pre-ingegnerizzati che riducono significativamente i tempi di progettazione, assemblaggio e avviamento rispetto alla costruzione di un sistema da zero. Quando si sceglie un robot cartesiano pre-ingegnerizzato, ecco tre aspetti da tenere a mente per assicurarsi di ottenere il sistema più adatto alla propria applicazione.

【Orientamento】

L'orientamento è spesso dettato dall'applicazione, e un fattore chiave è se i pezzi devono essere movimentati o il processo deve avvenire dall'alto o dal basso. È inoltre fondamentale garantire che il sistema non interferisca con altre parti fisse o mobili e non rappresenti un pericolo per la sicurezza. Fortunatamente, i robot cartesiani sono disponibili in molte diverse configurazioni XY e XYZ per soddisfare le esigenze applicative e i vincoli di spazio. All'interno degli orientamenti multiasse standard, esistono anche opzioni per montare gli attuatori in posizione verticale o orizzontale. Questa scelta progettuale viene solitamente fatta pensando alla rigidità, poiché alcuni attuatori (soprattutto quelli con doppie guide) presentano una maggiore rigidità quando montati orizzontalmente.

Per l'asse più esterno (Y in una configurazione XY o Z in una configurazione XYZ), il progettista può scegliere se la base debba essere fissa con il carrello mobile, oppure se il carrello debba essere fisso con la base mobile. Il motivo principale per cui si preferisce fissare il carrello e spostare la base è la prevenzione delle interferenze. Se l'attuatore sporge in un'area di lavoro e deve essere spostato per consentire il passaggio di altri sistemi o processi, lo spostamento della base permette di ritrarre una parte significativa dell'attuatore e liberare lo spazio. Tuttavia, ciò aumenta la massa e l'inerzia in movimento, quindi questo aspetto deve essere preso in considerazione nel dimensionamento di riduttori e motori. Anche la gestione dei cavi deve essere progettata in modo da potersi muovere con l'asse, poiché il motore sarà in movimento. I sistemi pre-ingegnerizzati tengono conto di questi aspetti e garantiscono che tutti i componenti siano progettati e dimensionati correttamente per l'orientamento e la configurazione esatti del sistema cartesiano.

【Carico, corsa e velocità】

Questi tre parametri applicativi sono alla base della selezione della maggior parte dei robot cartesiani. Un'applicazione richiede che un determinato carico venga spostato per una distanza specifica, entro un dato intervallo di tempo. Tuttavia, questi parametri sono anche interdipendenti: all'aumentare del carico, la velocità massima inizierà inevitabilmente a diminuire. Inoltre, la corsa è limitata dal carico se l'attuatore più esterno è a sbalzo, oppure dalla velocità se l'attuatore è azionato da una vite a ricircolo di sfere. Ciò rende il dimensionamento di un sistema cartesiano un'operazione molto complessa.

Per semplificare le attività di progettazione e dimensionamento, i produttori di robot cartesiani in genere forniscono grafici o tabelle che indicano il carico e la velocità massimi per specifiche lunghezze di corsa e orientamenti. Tuttavia, alcuni produttori dichiarano capacità massime di carico, corsa e velocità indipendenti l'una dall'altra. È importante capire se le specifiche pubblicate si escludono a vicenda o se i valori massimi di carico, velocità e corsa possono essere raggiunti simultaneamente.

【Precisione e accuratezza】

Gli attuatori lineari sono alla base della precisione e dell'accuratezza di un robot cartesiano. Il tipo di attuatore – se ha una base in alluminio o in acciaio e se il meccanismo di azionamento è a cinghia, a vite, a motore lineare o pneumatico – è il principale fattore determinante per la precisione e la ripetibilità. Ma anche il modo in cui gli attuatori sono montati e fissati tra loro influisce sulla precisione di movimento del robot. Un robot cartesiano allineato e fissato con precisione durante l'assemblaggio avrà generalmente una maggiore precisione di movimento rispetto a un sistema non fissato con perni e sarà in grado di mantenere meglio tale precisione nel tempo.

In qualsiasi sistema multiasse, i collegamenti tra gli assi non sono perfettamente rigidi e numerose variabili influenzano il comportamento di ciascun asse. Ciò rende difficile calcolare o modellare matematicamente la precisione e la ripetibilità del movimento. L'opzione migliore per garantire che un sistema cartesiano soddisfi i requisiti di precisione e ripetibilità del movimento è quella di cercare sistemi che siano stati testati dal produttore, con carichi, corse e velocità simili. La maggior parte dei produttori di robot cartesiani riconosce questa come una preoccupazione fondamentale per gli utenti e ha testato i propri sistemi al fine di fornire dati "reali" sulle prestazioni in diverse applicazioni.

I robot cartesiani pre-ingegnerizzati offrono un notevole risparmio rispetto ai robot progettati e assemblati internamente. Il tempo necessario per dimensionare, selezionare, ordinare, assemblare, avviare e risolvere i problemi di un sistema multiasse può essere di centinaia di ore, mentre i sistemi pre-ingegnerizzati riducono questo tempo a poche ore di selezione e avviamento. Inoltre, la vasta gamma di configurazioni, tipi di guide e tecnologie di azionamento disponibili nelle offerte standard dei produttori significa che progettisti e ingegneri non devono scendere a compromessi sulle prestazioni o pagare per funzionalità superiori a quelle richieste dall'applicazione.