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SCELTA TRA ROBOT DELTA, SCARA, CARTESIANO E ANTROPOMORFO


In questo approfondimento ci rivolgiamo a chi si sta approcciando al mondo dell’automazione per inserire all’interno della propria azienda processi automatici e quindi robot. L’obiettivo è quello di dare al lettore un’idea di massima in merito alle scelte tra le varie tipologie di robot.


Scelta tra Robot Delta, Scara, cartesiano e antropomorfo

Procediamo quindi presentando una carrellata delle principali tipologie di robot presenti sul mercato e di capire quali caratteristiche li differenziano e dunque quali sono le applicazioni più adatte ad una tipologia anziché ad un’altra.
Le tipologie di robot più presenti nel mondo dell’automazione sono i robot cartesiani, i robot antropomorfi, i robot Scara ed i Robot Delta.



Robot Cartesiani

Un robot a coordinate cartesiane (chiamato anche robot lineare) è un robot industriale i cui tre assi principali di controllo sono lineari (cioè si muovono in linea retta anziché ruotare) e sono ad angolo retto tra loro.
I tre giunti prismatici corrispondono al movimento del polso su-giù, dentro-fuori, avanti-indietro. Tra gli altri vantaggi, questa disposizione meccanica semplifica la soluzione del braccio di controllo del robot. Ha un'elevata affidabilità e precisione quando si opera nello spazio tridimensionale. Come sistema di coordinate robot, è efficace anche per la traslazione orizzontale e per impilare i contenitori.
Ciascun asse di un robot a coordinate cartesiane è tipicamente uno stadio lineare costituito da un attuatore lineare geometricamente parallelo con cuscinetti lineari. L'attuatore lineare si trova tipicamente tra due cuscinetti lineari distanziati l'uno dall'altro per supportare i carichi di momento. Due stadi lineari perpendicolari impilati l'uno sull'altro formano una tavola XY. Esempi di tabelle XY includono gli assi XY delle fresatrici o le fasi di posizionamento di precisione. Almeno uno degli stadi lineari dei robot a coordinate cartesiane a sbalzo è supportato solo a un'estremità. La costruzione a sbalzo fornisce accessibilità alle parti per applicazioni pick-and-place. I robot a coordinate cartesiane con l'elemento orizzontale supportato su entrambe le estremità sono talvolta chiamati robot a portale; meccanicamente assomigliano a gru a portale, sebbene queste ultime non siano generalmente robot. I robot Gantry sono spesso piuttosto grandi e possono supportare carichi pesanti.
Le applicazioni più diffuse per i robot a coordinate cartesiane sono le macchine a controllo numerico computerizzate (macchine CNC) e la stampa 3D. L'applicazione più semplice viene utilizzata in fresatrici e plotter in cui uno strumento come un router o una penna trasla su un piano XY e viene sollevato e abbassato su una superficie per creare un disegno preciso.
Le macchine pick and place sono un'altra applicazione per i robot a coordinate cartesiane. Ad esempio, i robot cartesiani a portale aereo vengono applicati per il carico e lo scarico continui di pezzi su linee di produzione di torni CNC, eseguendo operazioni di pick and place a 3 assi (X, Y, Z) di carichi pesanti con prestazioni ad alta velocità e alta precisione di posizionamento. In generale, i robot cartesiani a portale aereo sono adatti a molti sistemi di automazione.



Robot Antropomorfi

I robot antropomorfi, sono robot con movimenti su 5 o più assi, che ricordano nella forma e nelle possibilità di articolazione il braccio umano. Vengono per questo anche denominati bracci robotici antropomorfi.
Il primo robot antropomorfo fa il suo ingresso nel settore dell’industria nei primi anni settanta, studiato e pensato per aiutare e sostituire l’uomo in alcune fasi della catena di montaggio, le più pericolose nello specifico. Dalla sua creazione al suo impiego non passa troppo tempo dato che viene adottato da un aziende svedese nel 1973. Questo robot presenta la sua similarità con l’uomo nel suo braccio flessibile ed elettrico e viene impiegato per lucidare dei tubi in acciaio. Da questo momento storico in avanti questa tecnologia verrà presa in considerazione da varie industrie, prima in Europa, poi in tutto il mondo.
Nello stesso periodo in Giappone un team di ricerca lavora allo sviluppo del primo robot umanoide moderno, con gambe e braccia. Wabot-1, nome scelto per il robot, è in grado di muoversi, camminare e interagire, oltre che trasportare oggetti, funzione molto importante dal punto di vista lavorativo. Dal 1973 ad oggi son stati effettuati molti passi avanti nel mondo della robotica industriale e delle tecnologie che hanno permesso a questi progetti di evolversi e migliorare notevolmente. La loro forma sarà pure la stessa, in quanto il braccio robotico è arrivato sino ai giorni nostri, ma le prestazioni son incredibilmente migliorate, oltre ad essere più avanzati, versatili e in grado di compiere le funzioni più svariate. Attualmente i robot appartenenti a questa tipologia sono utilizzati in svariati settori tra cui aeronautica, automotive, saldatura, elettronica, sanitario e produzione alimentare.
In questi campi è responsabile di processi e operazioni della catena di montaggio che son eseguiti in maniera precisa, efficace e veloce. I robot presenti in quest’era sono sicuri e operativi, hanno un margine di errore quasi inesistente e riusciranno a portare il processo produttivo a livelli elevati. Un braccio robotico infatti, grazie alle sue particolarità, caratteristiche, resistenza e insensibilità alla fatica può ridurre i tempi di produzione e migliorare i processi e il montaggio.
Per quanto riguarda i robot antropomorfi nella branca della robotica umanoide son stati fatti dei grandissimi passi avanti. I robot risultano sempre più simili all’uomo nei tratti, nelle caratteristiche, nei movimenti e nel modo in cui si adattano allo spazio e all’ambiente. Son stati creati dei robot per la casa, per anziani e per il soccorso e in tutti gli ambiti dove risulta intelligente applicarli. Questi robot non vanno a sostituire l’interazione umana o a prendere il posto delle persone ma a tentare di migliorare la vita dell’uomo.
Logicamente molti robot antropomorfi di questo tipo rappresentano ancora dei prototipi in via di sviluppo e studio ma nel futuro è molto probabile presagire che faranno parte della routine.



Robot Scara

Lo SCARA, acronimo di Selective Compliance Assembly Robot Arm, è un tipo di robot industriale, che muove un "braccio" sul piano orizzontale e una presa che può salire e scendere in quello verticale.
Un robot SCARA lavora su quattro assi e quattro gradi di libertà. Tutti gli assi sono progettati con una catena cinematica, partendo da un'origine dell'asse slave, rispetto alla posizione del precedente asse. In un robot SCARA, il primo e secondo asse sono di rotazione, il terzo e il quarto asse sono generalmente lineari, realizzati con viti a ricircolo di sfere. La presa è montata sulla parte finale dell'asse Z. Uno SCARA può permettere raggi di azione da 100 mm a 1.200 mm, con capacità di carico pagante da 1 kg a 200 kg.
Questo tipo di robot venne sviluppato per alte velocità e ripetibilità in montaggi in serie, come il Pick-and-Place da un posto ad un altro. Il punto di forza sta nell'alta forza di manipolazione verticale (a volte >300N). Punto negativo il fatto di poter lavorare solo su un piano orizzontale.



Robot Delta

Un robot parallelo o robot a geometria Delta è un sistema meccanico che utilizza dei bracci meccanici controllati per supportare una piattaforma o "end-effector". Il robot parallelo più conosciuto in ambito industriale è formato da tre catene cinematiche che sostengono una base mobile. Si dicono "paralleli" perché l'end-effector è collegato direttamente alla sua base solitamente da tre o da sei bracci indipendenti l'uno dall'altro e che lavorano in parallelo, ovvero lavorano insieme e coordinatamente, ma non per forza allineati parallelamente: qui parallelo significa che la posizione del punto di attacco alla piattaforma di ogni braccio non dipende dalla posizione degli altri.
Un robot parallelo è costruito in modo tale da permettere che ogni braccio sia corto, semplice ma anche rigido per contrastare movimenti imprevisti della piattaforma. Gli errori nel movimento di un braccio vengono compensati e smorzati dagli altri bracci invece di sommarsi, ma ogni braccio può muoversi solamente entro il suo grado di libertà. È questo meccanismo di compensazione che costituisce la rigidità necessaria del sistema rispetto alle sue componenti permettendo anche una semplicità costruttiva.
Il robot a geometria Delta è costituito da tre assi, nella sua configurazione base, che gli consentono di manipolare gli oggetti nel piano in cui risiedono. Esistono poi le configurazioni a 4 assi, quando è necessario orientare anche il prodotto da prelevare/depositare, o a 5 assi, quando oltre all’orientamento è necessaria anche la traslazione del piano di lavoro.
Questa tipologia di robot è particolarmente indicata per la presa ed il deposito/pallettizzazione di oggetti dal peso ridotto che richiedono un numero elevato di posizionamenti al minuto. Solitamente l’automazione con robot viene utilizzata all’inizio di una linea per il caricamento dei prodotti nei macchinari di lavorazione o alla fine della linea per lo “scarico” per rendere automatico un processo manuale, consentendo una riduzione dei costi, un incremento della produttività e il mantenimento costante della qualità.
Il prelievo e il deposito dei prodotti possono avvenire sia da un punto fisso che “on the fly” cioè al volo, con prelievo e/o deposito del prodotto su sistemi in movimento (solitamente dei nastri). Un vantaggio importante di questa tecnologia è che è possibile abbinarla a sistemi di riconoscimento del pezzo e che, grazie al posizionamento per appendimento in alto, è facilmente integrabile anche in spazi ristretti.



Quale scelta?

La caratteristica principale che distingue il robot cartesiano e che ne giustifica la scelta è la versatilità nel manipolare oggetti su un piano, anche di dimensioni importanti, in modo anche molto veloce e/o seguire dei profili su un piano tipicamente con un utensile di taglio. I robot cartesiani possono spostare in modo veloce oggetti leggeri ma anche spostare oggetti con ingombri e pesi importanti. Il robot cartesiano occupa uno spazio tipicamente verticale: viene cioè tipicamente posto al di sopra del piano di lavoro.

La caratteristica principale che distingue il robot antropomorfo e che ne giustifica la scelta è la versatilità nel manipolare oggetti nello spazio e/o seguire dei profili nello spazio con, ad esempio, una torcia di saldatura o un utensile. Esistono robot antropomorfi di varie taglie: i più piccoli manipolano oggetti di dimensioni ridotte, i più grandi possono manipolare oggetti di diverse centinaia di chili. Il robot antropomorfo ha in ogni caso una velocità non elevata ed occupa una posizione laterale rispetto agli oggetti da manipolare, spazio che può essere anche molto importante.

La caratteristica principale che distingue il robot Scara e che ne giustifica la scelta è l’alta velocità nello spostare oggetti di piccole dimensioni e di peso ridotto nel piano. Esistono Scara anche di dimensioni molto importanti che possono spostare oggetti voluminosi e pesanti e quindi in tal caso lo spostamento avviene con una cadenza bassa. Tutto l’ingombro del robot è laterale: viene cioè tipicamente posto al lato dei nastri dove passano gli oggetti o al lato di dove serve manipolarli.

La caratteristica principale che distingue il robot Delta e che ne giustifica la scelta è l’estrema velocità nello spostare oggetti di piccole dimensioni e di peso ridotto. Non ha alcun ingombro laterale ma solo verticale: cioè viene tipicamente posto al di sopra dei nastri dove passano gli oggetti. Quello che differenzia la scelta di un Delta Robot SIPRO rispetto alle altre marche di Delta Robot è la possibilità di avere delle soluzioni chiavi in mano, complete di sistema di visione, mano di presa e programmazione, con la garanzia di corretto funzionamento dell’applicazione avendo un unico referente per tutta l’automazione del processo.

Invitiamo sin d’ora tutti i responsabili aziendali che stanno valutando un processo di robotizzazione in azienda a contattarci se interessati per maggiori informazioni.

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