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

I robot articolati come questi sono ampiamente conosciuti, grazie agli spot pubblicitari delle case automobilistiche e alle sequenze di ballo dei robot. Anche i robot SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) sono ben noti grazie alla loro adozione e diffusione nelle fabbriche sin dai primi anni '80. Entrambi i tipi di 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 umano, se la spalla fosse immobilizzata).

Meno diffusi nella cultura popolare, ma onnipresenti nelle applicazioni industriali, 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 all'estremità del braccio. Pur essendo meno "accattivanti" dei robot articolati e SCARA, i robot cartesiani sono molto più versatili, con una maggiore capacità di carico in rapporto alle dimensioni e, in molti casi, una precisione superiore. Sono inoltre altamente adattabili, poiché gli assi possono essere aggiornati o modificati con una riconfigurazione relativamente semplice per soddisfare le esigenze in continua evoluzione del prodotto o dell'applicazione.

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

Dal sistema cartesiano al sistema a portale:

Un robot a portale è una variante del robot cartesiano, che utilizza due assi X (o assi di base) anziché il singolo asse di base presente nei robot cartesiani. L'asse X aggiuntivo (e talvolta anche gli assi Y e Z) consente al robot di gestire carichi e forze maggiori, rendendolo ideale per operazioni di prelievo e posizionamento di carichi pesanti o per il carico e lo scarico di componenti. Ciascun asse è azionato da un attuatore lineare, che può essere un attuatore "fatto in casa" assemblato dall'OEM o dall'integratore, oppure un attuatore preassemblato fornito da un'azienda specializzata in sistemi di movimentazione lineare. Ciò significa che le opzioni disponibili per ottenere qualsiasi combinazione di velocità elevate, corse lunghe, carichi pesanti e precisione di posizionamento sono pressoché illimitate. È facile integrare requisiti specifici per ambienti difficili o per basse emissioni sonore 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 aereo"), 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. 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 assi di base, il momento di carico presentato dagli assi Y e Z, così come il carico utile di lavoro, vengono scomposti in forze sugli assi 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 comune che solo uno di essi sia azionato dal motore, per evitare che si verifichino blocchi dovuti a un leggero disallineamento tra i due. Invece di azionare entrambi gli assi, si utilizza un albero di collegamento o un tubo di trasmissione per trasferire la potenza del motore al secondo asse. In alcuni casi, il secondo asse può essere un asse folle o un inseguitore, costituito da una guida lineare che supporta il carico, ma privo di meccanismo di azionamento. La decisione di azionare o meno il secondo asse e come farlo dipende dalla distanza tra i due assi, dal tasso di accelerazione e dalla rigidità del collegamento tra di essi. Azionare un solo asse in una coppia riduce inoltre i costi e la complessità del sistema.

Il dimensionamento di un robot cartesiano o a portale è più complesso rispetto a quello di un robot SCARA o articolato (che in genere vengono specificati con tre parametri: portata, 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, il che ne facilita l'integrazione in un progetto o in un flusso di lavoro, proprio come per 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, portata e ripetibilità, con un livello di personalizzazione e flessibilità senza pari. In sintesi, i robot a portale offrono la migliore combinazione di carico utile e corsa.