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

Robot articolati come questi sono ampiamente riconosciuti, grazie alle pubblicità delle case automobilistiche e alle sequenze di danza dei robot. Anche i robot SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) sono ben noti per la loro adozione e proliferazione nelle fabbriche dall'inizio degli anni '80. Entrambi – 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 (si pensi alla spalla, al gomito e al polso). I robot SCARA hanno quattro assi di movimento: X, Y, Z e theta (un po' come il braccio, se la spalla fosse immobilizzata).

Meno diffusi nella cultura popolare, ma onnipresenti in applicazioni industriali che vanno dal packaging alla produzione di semiconduttori, sono i robot cartesiani. Come suggerisce il nome, questi robot operano sui tre assi cartesiani – X, Y e Z – sebbene possano includere un asse theta per gli utensili di fine braccio. Sebbene meno "attraenti" dei robot articolati e SCARA, i robot cartesiani sono molto più versatili, con capacità di carico maggiori per le loro dimensioni e, in molti casi, una migliore precisione. Sono anche altamente adattabili, poiché gli assi possono essere aggiornati o modificati con relativamente poche riconfigurazioni per adattarsi ai requisiti di prodotto o applicazione in continua evoluzione.

I robot cartesiani, tuttavia, sono vincolati dal loro design 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 elevata, causando un elevato carico di momento sugli assi di supporto. Nei casi in cui siano richieste corse lunghe e carichi elevati, un robot a portale è la soluzione migliore.

Da Cartesiano a Gantry:

Un robot a portale è una versione modificata del robot cartesiano, che utilizza due assi X (o di base) anziché il singolo asse di base tipico dei robot cartesiani. L'asse X aggiuntivo (e talvolta anche gli assi Y e Z aggiuntivi) consente al robot di gestire carichi e forze maggiori, rendendolo ideale per il prelievo e il posizionamento di carichi pesanti o per il carico e lo scarico di componenti. Ogni asse è basato su un attuatore lineare, che si tratti di un attuatore "fatto in casa" assemblato dall'OEM o dall'integratore, o di un attuatore preassemblato da un'azienda di movimentazione lineare. Ciò significa che le opzioni disponibili sono pressoché illimitate per consentire qualsiasi combinazione di alte velocità, corse lunghe, carichi pesanti ed elevata precisione di posizionamento. Requisiti speciali per ambienti difficili o bassa rumorosità possono essere facilmente integrati e, se l'applicazione richiede processi simultanei ma indipendenti, gli assi orizzontali possono essere realizzati con motori lineari utilizzando più carrelli.

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

Quando ci sono due assi in parallelo, è comune che solo uno di essi sia azionato dal motore, per evitare che si inceppino a causa di un movimento leggermente fuori sincrono tra i due. Invece di azionare entrambi gli assi, viene utilizzato un albero di collegamento o un tubo di coppia per trasferire la potenza del motore al secondo asse. In alcuni casi, il secondo asse può essere un "idler" o follower, costituito da una guida lineare per supportare il carico, ma privo di 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 del collegamento tra di essi. Azionare solo un asse in una coppia riduce anche i costi e la complessità del sistema.

Dimensionare un robot cartesiano o a portale è più complicato rispetto a un robot SCARA o articolato (che in genere vengono specificati con tre parametri: sbraccio, velocità e precisione), ma negli ultimi anni i produttori hanno semplificato il processo 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 le dimensioni degli assi, nonché i parametri di base di corsa, carico e velocità. I ​​file CAD scaricabili sono inoltre un'offerta standard dei produttori di robot cartesiani e a portale, rendendoli facili da integrare in un progetto o nel layout del flusso di lavoro, proprio come i robot SCARA e articolati. Mentre i robot articolati e SCARA sono facilmente riconoscibili e i robot cartesiani sono ampiamente utilizzati, il design a portale supera i loro limiti intrinseci in termini di carico, velocità, sbraccio e ripetibilità, con un livello di personalizzazione e flessibilità ineguagliabile. In una parola, i robot a portale offrono la migliore combinazione di carico utile e corsa.