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Le prestazioni delle attività industriali hanno attraversato transizioni di miglioramento nel tempo. Il lavoro puramente manuale fu migliorato da strumenti grezzi che furono ulteriormente avanzati nelle macchine. Tuttavia, una maggiore innovazione continua a produrre nuove alternative come i robot.
Unimate era il il primo robot in assoluto da utilizzare con successo nel settore manifatturiero. Fu inventato da George Devol alla fine degli anni '50 e fu installato per la prima volta nello stabilimento della General Motors. Veniva utilizzato per la pressofusione e poteva muoversi entro un raggio di 12 piedi. Dopo aver constatato i vantaggi derivanti dal suo utilizzo, ben presto sempre più aziende cercarono di acquisirlo.
Da allora, gli esperti hanno continuato a creare diversi robot ed esplorare nuovi modi in cui possono essere applicati nel settore manifatturiero. Al giorno d'oggi, ci sono molti fornitori sofisticati come EVS che hanno la capacità di offrire prodotti innovativi e avanzati bracci robotici industriali in vendita.
Di seguito è riportato uno sguardo ai diversi tipi di robot e alle loro caratteristiche.
Sommario
Robot SCARA
I robot SCARA, basati sugli assi di movimento dei robot, sono più moderni rispetto a prelevare e posizionare robot industriali. Entrambi possono svolgere la stessa funzione, ma i robot SCARA superano facilmente l’altro in modo clamoroso.
Un robot SCARA è costituito da una base collegata al braccio del robot secondo una disposizione ad assi paralleli. I giunti rotanti garantiscono la conformità nel piano XY. In altre parole, il braccio di un robot SCARA può muoversi da sinistra a destra così come avanti e indietro. Tuttavia, è rigido sull'asse Z in modo tale da poter ruotare solo sull'asse theta.
Il design prevede 4 gradi di libertà. Inoltre, il braccio può essere ripiegato o disteso. È una funzionalità che torna utile a seconda della lunghezza necessaria per l'attività per cui viene utilizzata.
Per quanto riguarda il software, Robot SCARA sono progettati per automatizzare le attività ma sotto le istruzioni del responsabile del trattamento. L'interfaccia del controller è facile da usare e tende a rispondere ai comandi.
Dato che si presentano come una soluzione già pronta, è necessaria poca o nessuna programmazione aggiuntiva.
Vantaggi
I robot SCARA sono molto veloci data la flessibilità fornita dai giunti rotanti che mantengono il braccio in posizione
Sebbene non occupino molto spazio per eseguire i loro compiti, il braccio copre una vasta area mentre funziona. Possono raccogliere e posizionare, su un raggio considerevole
Sono estremamente accurati
Può gestire un carico utile elevato
Svantaggi
Possono funzionare solo se posizionati o fissati su una superficie piana, offrendo quindi una flessibilità di posizionamento limitata
Richiede un controller dedicato
Applicazioni Industriali
Le capacità di prelievo e rilascio di un robot SCARA lo rendono adatto per:
pallettizzazione
Caricamento macchine
Funzioni di assemblaggio
Incisione laser con l'ausilio di un apposito effettore finale
saldatura
Robot Delta
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I robot Delta sono stati inventati da Reymond Clavel e da un gruppo di studiosi di un college in Francia. Sono anche conosciuti come robot paralleli.
Il design di un robot Delta consiste in una base montata sopra la quale sono presenti 3 motori che azionano i bracci collegati alla base. I bracci paralleli hanno sia giunti prismatici che rotanti che non sono comuni tra gli altri robot. Di conseguenza, può spostarsi sugli assi X e Y, sebbene la maggior parte degli utenti personalizzi i propri robot per aggiungere assi aggiuntivi. Un asse di rotazione o di beccheggio può essere ottenuto mediante modifica in modo da soddisfare determinati compiti.
Dato come vengono spesso utilizzati i robot Delta automazione pick and place sui sistemi di trasporto, la programmazione ne determina l'efficacia. Sono inoltre dotati di telecamere che, insieme a un software speciale, costituiscono il loro sistema di visione. Lo scopo del sistema di visione è quello di differenziare i prodotti buoni da quelli scadenti durante la raccolta e lo smistamento.
Gli effettori finali adatti sono solitamente fissati ai bracci ma richiedono schemi di progettazione speciali. Qualsiasi peso aggiuntivo sulle braccia riduce la braccio robotico ad alta velocità prestazione per la quale sono favoriti. Le ventose sono particolarmente apprezzate da loro.
Vantaggi
Sono i più veloci e superano addirittura SCARA nel test dei pali della porta
Può funzionare su un ampio spazio di lavoro
Il software avanzato li rende molto accurati ed efficienti
Svantaggi
Può gestire solo carichi utili molto leggeri
I movimenti ripetitivi ad alta velocità provocano l'usura delle parti
Sono costosi
Applicazioni Industriali
Simulatori di volo: si tratta di una versione potenziata che utilizza 6 attuatori lineari aggiuntivi e una base mobile
Industria farmaceutica
Robot polari
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La struttura di un robot polare comprende una base su cui è fissato un braccio. Il braccio viene fissato mediante un giunto rotante. Sono conosciuti anche come robot sferici per la forma dello spazio di lavoro ad essi associato. Hanno molto in comune con Unimate, anch'esso sferico.
Il braccio di un robot polare può essere allungato sebbene sia limitato solo al raggio attorno alla macchina. Ha tre assi che formano quello che viene chiamato sistema di coordinate polari. Ciò significa che i punti entro la portata del braccio del robot sono determinati dalla distanza che può allungare dalla base del robot ad un angolo prestabilito.
Vantaggi
Il braccio può arrivare sotto o sopra gli ostacoli
Hanno una copertura a 360 gradi
Funzionano su un ampio spazio di lavoro
Svantaggi
Richiedono molta supervisione e controllo
Scarsa precisione
Considerando il loro movimento, non sarebbero ideali per compiti ripetitivi
Applicazioni Industriali
Pressofusione
Saldatura
stampaggio ad iniezione
Manipolazione di prodotti in vetro
Robot cilindrici
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Ci sono due parti principali su un robot cilindrico, un attuatore rotante e lineare fissato alla base cilindrica. Sono responsabili dei movimenti verticali e orizzontali che il braccio del robot può compiere. Un albero girevole facilita il lavoro del robot in un'area di lavoro cilindrica.
Inoltre, il braccio è in grado di allungarsi e ripiegarsi in posizione. Il suo design aerodinamico gli consente di lavorare in uno spazio limitato in cui potrebbero non entrare bracci più ingombranti. D'altra parte, la rotazione è possibile solo lungo l'asse verticale.
I robot cilindrici vengono forniti già assemblati, quindi non sono previsti intoppi di installazione, a meno che non si ritenga necessaria la personalizzazione.
Vantaggi
Può gestire carichi utili pesanti
Avere una copertura a 360 gradi attorno a sé
Non occupano molto spazio rispetto al raggio del loro spazio di lavoro
Svantaggi
Movimento rotatorio limitato
Bassa precisione
Non sono versatili come le altre opzioni disponibili.
Applicazioni Industriali
Lavori di fonderia e forgiatura
Applicazione del rivestimento
Pressofusione
Macchine di carico e scarico
Le applicazioni di laboratorio e biomediche li favoriscono per le dimensioni e il posizionamento del braccio.
Robot cartesiani
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I 3 assi di un robot cartesiano sono tutti perpendicolari tra loro. I movimenti sono facilitati da:
3 giunti prismatici che funzionano con movimento scorrevole lungo gli assi XYZ.
Attuatori lineari
Motori per fornire energia
Un attacco per il polso dove è necessaria la rotazione
Di solito vengono forniti in parti e richiedono l'assemblaggio da parte degli esperti di macchinari di una fabbrica. Anche se il loro assemblaggio può essere complesso, offre la possibilità di effettuare personalizzazioni. In effetti, è uno dei motivi che lo rendono popolare. Precisione, velocità e lunghezza delle corse possono essere regolate a seconda del settore o dell'applicazione.
I robot cartesiani sono anche detti Gantry o robot rettilinei. Assumono una forma di cubicolo in termini di area di lavoro. Tuttavia, una caratteristica degna di nota è che possono essere montati in modi diversi quando necessario. Si adattano al montaggio sopra la testa e alle posizioni verticale e orizzontale.
Vantaggi
Possono assumere un grande carico utile
Operativamente, sono abbastanza versatili
Economico
Può essere programmato utilizzando la modalità online
Hanno buoni livelli di precisione
Svantaggi
Può verificarsi un solo movimento dell'asse alla volta
Occupano molto spazio
Il processo di installazione è generalmente complesso
Applicazioni Industriali
Movimentazione per processi di stampaggio materie plastiche
Compiti di sigillatura
stampa 3D
Caricamento e scaricamento
Robot articolati/6 assi
Le articolazioni rotanti dei robot articolati consentono loro un'ampiezza di movimento simile a quella del braccio umano. Sono flessibili lungo gli assi X, Y e Z, ma possono anche rollare, beccheggiare e imbardare.
Il design di base è composto da una base e un braccio uniti tramite un giunto rotante. Il numero di giunti rotanti può essere aumentato fino a 10 e possono essere paralleli o ortogonali.
Date le capacità di movimento a 6 assi, questi robot possono eseguire compiti che la maggior parte non può eseguire. Il braccio è altamente reattivo e si allunga per tutta la sua lunghezza abbastanza velocemente. In termini di controllo, richiedono un software ben configurato se vogliono funzionare a livelli ottimali. A causa loro ampia gamma di movimento, il processo di programmazione può essere complesso. Tuttavia, alcuni produttori offrono pacchetti di controllo preimpostati personalizzati.
Vantaggi
Possono raggiungere e manovrare in aree che altri robot non possono raggiungere
Coprono un ampio raggio di lavoro
Braccio robotico ad alta velocità
Esegui bene le attività specifiche del controller come la verniciatura
Possono essere tollerati carichi utili pesanti
Svantaggi
Il operazioni cinematiche può essere complicato
Applicazioni Industriali
Assemblaggio automobilistico
Imballaggio alimentare
Attività di fonderia e forgiatura
Taglio dell'acciaio
Manipolazione del vetro
Colata di metallo
Cobots
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I cobot sono anche conosciuti come robot collaborativi poiché sono progettati per collaborare con gli esseri umani. I robot tradizionali presentavano sfide come le collisioni con i lavoratori negli spazi della fabbrica. Per prevenire tali incidenti, sono stati creati i cobot come alternativa più sicura.
Esistono tre tipi principali di cobot:
Cobot che guidano manualmente
Sono programmati dai tecnici che utilizzano un dispositivo manuale per addestrare i bracci del robot sui movimenti desiderati.
Cobot di velocità e automazione
Sono fondamentalmente robot industriali tradizionali con sistemi di visione. Hanno un avvertimento e una zona di stop. Quando un lavoratore entra nella zona di avviso, rallenta automaticamente le sue operazioni. Se si avvicinano alla zona di arresto, il cobot smette di funzionare completamente. Riprendono a funzionare quando entrambe le zone sono libere da ostruzioni.
Cobot che limitano il potere e la forza familiare
Sono in grado di collaborare con gli esseri umani ma non sono dotati di sistemi di visione, scanner o barriere di sicurezza. Sono invece progettati senza motori esposti o spigoli vivi. Inoltre, sono dotati di motori di collisione che li fermano quando ci sono ostacoli intorno a loro.
Cobot di arresto monitorati in sicurezza
Rispetto ad altri robot sono i meno “human-friendly”. Tuttavia, dispongono di sensori di sicurezza che interrompono e riavviano il funzionamento quando rilevano un ostacolo umano.
Fattori che differenziano i robot
I robot industriali tendono ad avere caratteristiche comuni come i bracci robotici. Tuttavia, sono fondamentalmente diversi in termini di aspetti di progettazione come:
Axis
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Come in un grafico matematico, gli assi di un robot si riferiscono alle direzioni in cui può muoversi il braccio del robot. Esistono assi X, Y e Z. Rappresentano rispettivamente avanti/indietro, sinistra/destra e su/giù.
Grado di libertà
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Il grado di libertà di un robot è una descrizione della gamma di movimenti che ha in uno spazio 3D. Oltre ai tre assi, la libertà comprende aspetti come rotazione, imbardata e beccheggio.
Il numero di assi di un robot determina il suo grado di libertà.
Area di lavoro
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Consideriamo, ad esempio, che un robot venga utilizzato per raccogliere le arance da un carrello all’altro. La distanza che copre tra i due carrelli viene definita area di lavoro. Alcuni robot, in base alla loro struttura, possono coprire distanze più ampie più di altri. Inoltre, fattori come la libertà e la lunghezza del braccio conferiscono al robot un raggio di lavoro maggiore.
Effetto finale
Fonte: roboticsandautomationnews.com
In termini di design, il braccio robotico è davvero un'imitazione del braccio umano. Possono variare in destrezza e capacità, ma il concetto di fondo è lo stesso.
Detto questo, un effettore finale è fondamentalmente la “mano” attaccata alla fine di un braccio robotico di fabbrica. Ci sono molti tipi di effettori finali, variano in base ai compiti. Alcuni esempi includono pinze, strumenti di saldatura e ventose.
Giunti
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L'utilizzo di giunti garantisce che il braccio del robot rimanga attaccato alla struttura facilitandone anche i movimenti. Il tipo di giunto di un robot gioca un ruolo importante nella sua flessibilità e gamma di movimento. Loro includono:
Giunti paralleli – come suggerisce il nome, sono posizionati uno accanto all'altro e sono solitamente preferiti per i movimenti lineari.
Giunti prismatici- sono anche conosciuti come cursori perché forniscono un movimento di scorrimento lineare tra due parti di un robot.
Giunti rotanti- sono ideali quando è prevista flessibilità come la rotazione multidimensionale.
Giunti rotanti- qualsiasi grado di rotazione richiederebbe uno o più di questi giunti. Tuttavia, hanno una portata più limitata rispetto al giunto rivoluzionario.
motori
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Affinché i bracci del robot possano muoversi ed eseguire comandi, necessitano di una fonte di alimentazione. I motori convertono l'energia elettrica per alimentare il braccia robotiche.
Programmazione
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Implica l’uso di software per controllare il funzionamento di un robot. I parametri prestazionali quali velocità, ripetibilità e lunghezza della corsa dei movimenti del braccio possono essere gestiti mediante programmazione.
Ogni robot ha il proprio tipo e livello di programmazione e alcuni sono più avanzati di altri. Inoltre, in alcuni casi, i robot sono preprogrammati mentre altri sono personalizzabili. Esistono anche interfacce controller fisiche utilizzate per fornire istruzioni ai robot.
Impatti dei robot sulla produzione
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Indubbiamente, l’industria manifatturiera in tutto il mondo non sarebbe quella che è senza i robot. Hanno avuto un grande effetto su:
Scale di produzione
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I robot hanno consentito alle fabbriche di aumentare la produzione e di gestire tempi di consegna più brevi. Velocità operative come quelle del robot Delta consentono la lavorazione di più unità di prodotti.
Costo di produzione
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Dato che i robot assumono un grande carico di lavoro, riducono il numero di dipendenti che devono essere assunti. Inoltre, la loro natura meccanica automatizzata li rende più snelli nel funzionamento rispetto ai metodi manuali. Basti dire che riducono gli sprechi.
Sicurezza del personale
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Sin dagli albori di Unimate, i robot sono stati utilizzati per svolgere compiti difficili e pericolosi. La pressofusione, la saldatura e il sollevamento di carichi pesanti in spazi rischiosi sono solo alcuni esempi di processi produttivi ad alto rischio. L'uso di robot come saldatura robotizzata dell'alluminio protegge i lavoratori dai pericoli connessi.
D’altro canto, i robot rappresentano anche un pericolo per i lavoratori che li circondano. Ad esempio, quando la loro velocità è impostata su un livello troppo elevato, gli effettori finali o i bracci possono funzionare male e far cadere in modo casuale il carico.
Risorse umane
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Uno dei principali argomenti contro i robot e l’automazione, in generale, è la paura che ciò accada sostituire il lavoro umano. In effetti, alcune persone hanno perso il lavoro dopo essere state licenziate da tale tecnologia. Tuttavia, anche con l’intelligenza artificiale, è improbabile che i robot diventino mai pienamente intuitivi e creativi come l’umanità.
Mentre i robot assumono compiti ripetitivi e prevedibili, i lavoratori potrebbero forse adattarsi all’interruzione assumendosi altri compiti complessi. La creatività e il design, ad esempio, richiederanno sempre le sfumature delle emozioni e del pensiero umani.
Conclusione
Non si può certamente tornare al modo manuale di produzione, l’automazione è qui per restare. Man mano che sempre più innovazioni cambiano e migliorano i tipi di robot esistenti, i produttori dovranno tenere il passo. Dopotutto, macchinari migliori portano a linee di produzione più efficienti e prodotti di qualità superiore.
Se stai cercando di automatizzare la tua attività, ora hai tutte le informazioni su tutti i tipi di robot e sulle loro funzioni. Assicurati di lavorare con persone affidabili esperti del settore per esplorare quali opzioni di prodotto sono disponibili sul mercato. Il lato positivo è che qualunque cosa tu scelga, farai una scelta ben informata.