Quando pensi ad un robot industriale, cosa ti viene in mente?

I robot articolati come questi sono ampiamente riconosciuti, grazie agli spot pubblicitari delle case automobilistiche e alle sequenze di danza dei robot. Anche i robot SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) sono ben conosciuti grazie alla loro adozione e proliferazione nelle fabbriche a partire dai primi anni '80. Entrambi questi robot, articolati e SCARA, combinano movimento lineare e rotatorio, garantendo manovrabilità per compiti complessi. I robot articolati sono analoghi al braccio umano, con sei assi di movimento: tre traslazionali (lineari) e tre rotazionali (pensa alla spalla, al gomito e al polso). I robot SCARA hanno quattro assi di movimento: X, Y, Z e theta (un po' come il tuo braccio, se la tua spalla fosse immobilizzata).

Meno diffusi nella cultura popolare, ma onnipresenti nelle applicazioni industriali che vanno dal packaging alla produzione di semiconduttori, sono i robot cartesiani. Come suggerisce il nome, questi robot lavorano sui tre assi cartesiani – X, Y e Z – sebbene possano includere un asse theta per gli utensili all'estremità del braccio. Anche se meno “sexy” dei robot articolati e SCARA, i robot cartesiani sono molto più versatili, con capacità di carico più elevate rispetto alle loro dimensioni e, in molti casi, migliore precisione. Sono anche altamente adattabili, poiché gli assi possono essere aggiornati o modificati con una riconfigurazione relativamente minima per soddisfare i requisiti in evoluzione del prodotto o dell'applicazione.

I robot cartesiani, tuttavia, sono vincolati dalla loro struttura intrinsecamente a sbalzo, che ne limita la capacità di carico. Ciò è particolarmente vero quando l'asse più esterno (Y o Z) ha una corsa lunga, causando un elevato momento di carico sugli assi di supporto. Nei casi in cui sono richieste corse lunghe e carichi elevati, un robot a portale è la soluzione migliore.

Da cartesiano a Gantry:

Un robot a portale è uno stile modificato di robot cartesiano, che utilizza due assi X (o base) anziché il singolo asse di base tipico dei cartesiani. L'asse X aggiuntivo (e talvolta gli assi Y e Z aggiuntivi) consente al robot di gestire carichi e forze maggiori, rendendoli ideali per il prelievo e il posizionamento di carichi utili pesanti o per il carico e lo scarico di parti. Ciascun asse si basa su un attuatore lineare, che si tratti di un attuatore “fatto in casa” assemblato dall'OEM o dall'integratore, oppure di un attuatore preassemblato di un'azienda di movimento lineare. Ciò significa che esistono opzioni quasi illimitate per consentire qualsiasi combinazione di alte velocità, corse lunghe, carichi utili pesanti ed elevata precisione di posizionamento. È possibile incorporare facilmente requisiti speciali per ambienti difficili o bassa rumorosità e, se l'applicazione richiede processi simultanei ma indipendenti, gli assi orizzontali possono essere costruiti con motori lineari che utilizzano più carrelli.

I robot a portale sono generalmente montati sopra l'area di lavoro (da qui il termine comune, "portale sopraelevato"), ma se la parte non è adatta alla movimentazione dall'alto, come nel caso delle celle e dei moduli solari, il portale può essere configurato per funzionare da sotto la parte. E sebbene i robot a portale siano generalmente considerati sistemi molto grandi, sono adatti anche per macchine più piccole, anche di dimensioni desktop. Poiché un robot a portale ha due assi X, o di base, il momento di carico presentato dagli assi Y e Z, così come il carico utile di lavoro, vengono risolti come forze sull'asse X. Ciò aumenta significativamente la rigidità del sistema e, nella maggior parte dei casi, consente agli assi di avere corse più lunghe e velocità più elevate rispetto a un robot cartesiano simile.

Quando ci sono due assi in parallelo, è normale che solo uno di essi sia azionato dal motore, per evitare inceppamenti che potrebbero derivare da un movimento leggermente sfasato tra i due. Invece di azionare entrambi gli assi, viene utilizzato un albero di collegamento o un tubo di torsione per trasferire la potenza del motore al secondo asse. E in alcuni casi, il secondo asse può essere un “folle” o seguace, costituito da una guida lineare per fornire supporto al carico, ma senza meccanismo di azionamento. La decisione se e come azionare il secondo asse dipende dalla distanza tra i due assi, dalla velocità di accelerazione e dalla rigidità della connessione tra loro. Guidare solo uno su una coppia di assi riduce anche i costi e la complessità del sistema.

Dimensionare un robot cartesiano o a portale è più complicato che dimensionare uno SCARA o un robot articolato (che in genere vengono specificati con tre parametri: portata, velocità e precisione), ma i produttori hanno reso il processo più semplice negli ultimi anni introducendo sistemi preconfigurati e strumenti online, come il configuratore EasySelect di Rexroth o il 3D Linear Modules Builder di Adept. Questi strumenti consentono all'utente di specificare l'orientamento e la dimensione degli assi, nonché i parametri base di corsa, carico e velocità. I file CAD scaricabili sono anche un'offerta standard dei produttori di robot cartesiani e a portale, rendendoli facili da integrare in un layout di progettazione o flusso di lavoro, proprio come i robot SCARA e articolati. Sebbene i robot articolati e SCARA siano facilmente riconoscibili e i robot cartesiani siano ampiamente utilizzati, il design del portale supera i limiti intrinseci di carico, velocità, portata e ripetibilità, con un livello di personalizzazione e flessibilità senza pari. In una parola, i robot a portale offrono la migliore combinazione di carico utile e colpo.