Semplificare la manutenzione delle macchine aeree con l'automazione delle corse lunghe

I robot cartesiani sono la scelta ideale per le applicazioni di depalettizzazione.

Le attività di produzione e confezionamento che utilizzano operazioni manuali di movimentazione dei materiali o dei pezzi possono trarre vantaggi immediati dall'automazione con robot cartesiani a lunga corsa dotati di utensili personalizzati per la parte finale del braccio (EoAT) e di capacità di rilevamento avanzate. Questi robot possono supportare una varietà di macchine per eseguire attività altrimenti manuali, come la manutenzione della macchina o il trasferimento di pezzi 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 pensano ai robot con la robotica a braccio articolato a sei assi che l'industria applica sempre più spesso negli stabilimenti. Anche gli ingegneri dell'automazione più esperti possono dare poca importanza ai robot cartesiani, concentrandosi sui modelli a sei assi. Tuttavia, ignorare i vantaggi di un sistema cartesiano a corsa lunga può essere un errore costoso, soprattutto nelle applicazioni che richiedono al robot di:

1. Gestire più macchine

2. Raggiungere lunghezze elevate

3. Eseguire operazioni semplici e ripetitive.

Il problema dei robot a sei assi

Per una buona ragione, i robot a braccio articolato sono presenti in una miriade di impianti di produzione e confezionamento automatizzati... soprattutto nell'assemblaggio di componenti elettronici e nell'industria medica. Se adeguatamente dimensionati, questi bracci robotici sono in grado di gestire grandi carichi utili con la flessibilità necessaria per eseguire diverse attività automatizzate comandate dalla programmazione (e integrate da cambi di utensili a fine braccio). Ma i robot a sei assi possono essere costosi e richiedono un'elevata densità robotica. Quest'ultima è un termine che indica che una struttura avrà probabilmente bisogno di un robot separato per ogni una o due macchine di confezionamento. Naturalmente esistono robot a sei assi più grandi e più costosi, in grado di servire più di un paio di macchine, ma anche queste sono soluzioni non ottimali perché costringono gli ingegneri dell'impianto a posizionare le macchine attorno a un robot molto grande. Inoltre, i robot a braccio articolato necessitano di protezioni di sicurezza, consumano spazio prezioso e richiedono la programmazione e la manutenzione da parte di personale specializzato.

Il caso dei sistemi lineari cartesiani a lunga percorrenza

I robot cartesiani superano le opzioni robotiche a sei assi in gran parte perché riducono la densità di robot richiesta. Dopo tutto, un robot di trasferimento cartesiano a corsa lunga può gestire più macchine senza la necessità di riorganizzare le macchine intorno al robot.

I robot di trasferimento installati sopra le macchine di cui si occupano non consumano spazio a terra... riducendo così anche i requisiti di sicurezza. Inoltre, i robot cartesiani richiedono poca programmazione e manutenzione dopo l'installazione iniziale.

Un'avvertenza è che le capacità dei sistemi robotici cartesiani variano notevolmente. Infatti, se gli ingegneri fanno una ricerca online sui robot cartesiani, troveranno molti sistemi più piccoli ottimizzati per operazioni di pick-and-place su macchinari di produzione o di assemblaggio. Si tratta essenzialmente di stadi lineari integrati in soluzioni cartesiane già pronte, molto diversi dai robot di trasferimento utili nelle operazioni più grandi e che devono soddisfare i seguenti parametri.

Lunghe corse: Qualsiasi robot acquistato per gestire più macchine di grandi dimensioni deve avere corse di almeno 15 metri.

Carrelli multipli e utensili personalizzati a fine braccio: I robot per trasferimenti lunghi sono estremamente efficaci se dotati di carrelli multipli che agiscono in modo indipendente per percorrere l'asse principale... consentendo a un determinato robot cartesiano di fare il lavoro di molti. Questa produttività è amplificata da utensili costruiti appositamente per gestire le merci in modo più efficace rispetto agli EoAT standard, come le pinze a vuoto o a dito. In molti casi, l'EoAT personalizzato può anche semplificare la progettazione dei sistemi di movimentazione dei materiali che lavorano insieme al robot cartesiano.

Architettura di controllo semplificata: Alcuni robot cartesiani più recenti rinunciano alle architetture di controllo tradizionali, basate su motori, azionamenti e controllori separati, per passare a servomotori integrati (completi di servoazionamenti), in modo da eliminare la necessità di un armadio di controllo. Le applicazioni più complesse dei robot cartesiani possono ancora richiedere un'architettura tradizionale... ma i servomotori integrati gestiscono abilmente i requisiti di controllo del movimento punto-punto della maggior parte dei robot cartesiani. Quando un progettista può utilizzare i servomotori integrati, può contribuire a massimizzare il vantaggio economico di un'automazione basata sulla cartesiana.

Uso selettivo: Poiché i robot cartesiani sono montati sopra o dietro le macchine che gestiscono, consentono anche agli utenti di far funzionare le macchine manualmente quando necessario, ad esempio per una breve tiratura di un formato speciale. Questo uso selettivo è difficile con i robot a sei assi montati a pavimento, che possono bloccare l'accesso alle macchine.

Esempio specifico di robot cartesiano

Alcuni robot cartesiani offrono corse superiori a 50 piedi anche con velocità di 4 m/sec. I carrelli standard possono includere una tecnologia di trasmissione a doppia cinghia; altri carrelli contengono una cinghia di trasmissione superiore che si avvolge continuamente all'interno. Quest'ultima impedisce l'abbassamento della cinghia in caso di disposizione invertita o a sbalzo e consente a più carrelli indipendenti di operare simultaneamente su un asse.

Le cinghie lunghe complicano la progettazione dei robot cartesiani, in quanto riducono la rigidità della trasmissione (che a sua volta riduce 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. Questo problema rende le cinghie lunghe a ricircolo una scelta poco performante, pignola e costosa per un posizionamento preciso.

Al contrario, gli stadi lineari a motore mobile mantengono le lunghezze dei nastri ridotte e strette e sono alloggiati all'interno del carrello in modo da poter rispondere ai controlli con encoder. La precisione viene mantenuta indipendentemente dalla lunghezza del sistema di trasferimento cartesiano, che sia di 4 o 40 metri.

Esempio di applicazione nell'industria dell'imballaggio

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

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

Per consegnare i fogli di cartone ondulato alle quattro formatrici di vassoi, un robot preleva prima un carico di cartone da una banchina costruita su misura che contiene pallet di fogli di cartone ondulato. Il robot consegna quindi un carico di cartone a ciascuna formatrice di vassoi. Grazie alla sua velocità (fino a 4 m/sec), il robot è in grado di gestire agevolmente quattro formatrici di vassoi, anche con una produzione di 35 vassoi al minuto.

La protezione di sicurezza si avvale di cancelli scorrevoli sopraelevati e di sensori che si sollevano da macchine in tensione per recintare il robot secondo le necessità, per una soluzione meno costosa di quella dei robot a sei assi montati a pavimento.

Il sistema comprende anche tutti i controlli e l'EoAT personalizzato in grado di lavorare con pile di fogli ondulati che variano in modo imprevedibile in altezza e peso. L'attrezzatura può gestire carichi fino a 50 kg senza problemi. La soluzione alleggerisce gli operatori che un tempo dovevano sollevare i fasci di cartone dai pallet e chinarsi per inserirli nelle macchine formatrici. L'automazione di queste attività ha permesso al personale di concentrarsi su lavori meno faticosi. I robot di trasferimento di grandi dimensioni sono solo un esempio di ciò che è possibile fare con i sistemi robotici cartesiani nel settore dell'imballaggio. Alcuni fornitori hanno anche sviluppato sistemi di pallettizzazione e depallettizzazione basati su approcci cartesiani simili. Tutti i robot di questo tipo utilizzano tre stadi lineari dotati di sensori, controlli e utensili di fine braccio per un'automazione dell'imballaggio massimamente efficace ed efficiente.