Cos'è un robot SCARA? Una breve introduzione

Un robot SCARA significa Selective Compliance Assembly Robot Arm. I robot SCARA hanno un design speciale del braccio. Questo design li aiuta a muoversi rapidamente e con precisione da un lato all'altro. Molti settori utilizzano Robot SCARALe aziende di elettronica e automobili li utilizzano per lavori di assemblaggio e confezionamento. L'area Asia-Pacifico è quella che utilizza maggiormente i robot SCARA.

Nozioni di base sul robot SCARA

Che cosa è un robot SCARA

A Robot SCARA È un tipo di robot industriale. È progettato per lavori che richiedono velocità e precisione. La norma ISO 8373 specifica che un robot SCARA è dotato di due giunti rotanti. Questi giunti sono affiancati e consentono al robot di muoversi in un'area piana. Questo design consente al robot di piegarsi lateralmente, mantenendo però la rigidità verticale. I robot SCARA sono ideali per il pick-and-place, l'assemblaggio e il confezionamento. Possono spostare oggetti rapidamente e con precisione. Ecco perché le fabbriche di elettronica e automobili li utilizzano ampiamente.

Acronimo SCARA e storia

SCARA sta per "Selective Compliance Arm for Robotic Assembly" (braccio di conformità selettiva per l'assemblaggio robotico). Questo nome iniziò a essere utilizzato alla fine degli anni '1970. Nel 1979, Sankyo e IBM realizzarono i primi robot SCARA. Questi robot furono realizzati presso l'Università di Yamanashi in Giappone. Questo rappresentò un grande cambiamento per i robot SCARA nelle fabbriche. Ben presto le fabbriche iniziarono a utilizzare i robot SCARA per manipolare i wafer nella produzione di semiconduttori. Questo stabilì un nuovo standard in termini di velocità e precisione.

Design e movimento

I robot SCARA hanno una forma del braccio speciale. Il braccio ha due articolazioni principali che ruotano attorno a linee verticali. Questo conferisce al robot uno spazio di lavoro circolare. Il design consente al robot di muoversi rapidamente e con cautela in aree pianeggianti. La parte verticale rimane rigida per garantire movimenti verticali fluidi. Questa speciale curvatura consente ai robot SCARA di lavorare in modo fluido e veloce. La tabella seguente mostra le differenze tra i robot SCARA e gli altri robot:

Caratteristica/Aspetto	Robot SCARA	Robot cartesiani	Robot articolati
Configurazione congiunta	Rotazione delle articolazioni della spalla e del gomito	Attuatori lineari (X, Y, Z)	Giunti rotanti multipli
Assi di movimento	X, Y, Z, più rotazione	Lineare in X, Y, Z	Movimenti 3D complessi
Rigidità	Rigido verticalmente, flessibile orizzontalmente	Elevata rigidità	Flessibile, meno rigido
Busta da lavoro	Circolare	Flacone	Grande, complesso
Velocità e precisione	Veloce, alta precisione	alta precisione	Buono per compiti complessi

Robot SCARA utilizzano quattro servoassi per muoversi insieme. Questo li aiuta a svolgere lo stesso lavoro più e più volte con cura. Sono piccoli e veloci, quindi si adattano a spazi ristretti e linee di assemblaggio trafficate.

Come funziona un robot SCARA: struttura, assi e gradi di libertà

Un robot SCARA è un braccio robotico industriale a quattro assi i cui due giunti rotanti orizzontali sono impilati su assi verticali paralleli, conferendogli conformità selettiva: il braccio è flessibile (compliante) nel piano orizzontale XY e rigido nella direzione verticale Z. SCARA è l'acronimo di Braccio robotico per assemblaggio di conformità selettiva (anche scritto Braccio robotico articolato a conformità selettiva). Il progetto è stato sviluppato per la prima volta nel 1978 dal professor Hiroshi Makino presso l'Università di Yamanashi in Giappone; vedi chi ha inventato il primo robot SCARA per la storia completa.

Come funziona un robot SCARA

Il principio cardine è la "conformità selettiva". Due segmenti di braccio collegati in serie ruotano ciascuno attorno a un asse verticale, in modo che il punto centrale dell'utensile possa oscillare rapidamente e flettersi lateralmente per posizionare un pezzo, mentre una vite a ricircolo di sfere verticale (il mandrino) mantiene il carico saldamente in posizione, contrastando la forza verso il basso. Un tipico ciclo di prelievo e posizionamento si articola in quattro fasi:

1. Le articolazioni J1 e J2 ruotano insieme per posizionare il braccio sopra il punto di prelievo sul piano XY.
2. Il mandrino dell'asse Z si abbassa e l'effettore finale afferra il pezzo.
3. Il mandrino si ritrae e J1/J2 ruotano fino al punto di posizionamento, mentre il polso J4 ruota il pezzo nell'orientamento richiesto.
4. L'asse Z si abbassa, il pezzo viene rilasciato e il braccio torna indietro per iniziare il ciclo successivo.

Per un'analisi più approfondita del movimento e del suo confronto con i robot collaborativi, consultare il nostro Guida al principio di funzionamento del robot SCARA.

Gradi di libertà (DOF) e denominazione degli assi

Un robot SCARA standard ha quattro gradi di libertà (4 DOF), mappati su quattro assi. Tre assi impostano la posizione X, Y e Z dell'utensile e il quarto ne imposta la rotazione attorno all'asse verticale; il braccio non può inclinarsi o ruotare, e questa limitazione è esattamente ciò che lo rende veloce. L'asse verticale è chiamato Asse Z perché sposta l'utensile verticalmente lungo l'asse Z di un sistema di coordinate cartesiane, corrispondente all'asse di altezza utilizzato nelle macchine utensili e nei sistemi CNC. I quattro assi e i relativi movimenti sono:

Asse / Parte	Tipo di movimento	Gamma tipica	Funzione
J1 – Base / articolazione della spalla	Rotary	Da ± 120 ° a ± 140 °	Ruota l'intero braccio attorno alla base per impostare la prima coordinata XY.
J2 – Collegamento / giunto a gomito	Rotary	Da ± 140 ° a ± 150 °	Ruota l'avambraccio per raggiungere il punto XY esatto all'interno dell'area di lavoro circolare.
Asse Z – mandrino / vite a ricircolo di sfere	Lineare	corsa da 100 a 400 mm	Solleva e abbassa l'effettore finale; supporta il carico verticale con elevata rigidità.
J4 – Polso all'estremità del braccio (asse theta/T)	Rotary	± 360 °	Ruota l'effettore finale per orientare la parte afferrata.

Questa configurazione a quattro assi è il motivo per cui un robot SCARA offre una ripetibilità fino a ±0.01–0.025 mm su lavori planari, rimanendo al contempo più veloce ed economico di un braccio a sei assi. Quando un'attività richiede un orientamento spaziale completo, come inclinazioni, approcci angolati o percorsi 3D complessi, un robot a sei assi con 6 DOF è la soluzione migliore; la nostra guida su differenze tra robot cartesiani, a sei assi e SCARA spiega quando scegliere l'una o l'altra.

Robot SCARA nell'industria

Applicazioni dei robot SCARA

I robot SCARA sono importanti in molti settori. Sono veloci e molto precisi. Questi robot svolgono lavori che devono essere eseguiti sempre allo stesso modo. Ecco alcuni dei principali modi in cui vengono utilizzati:

• Scegli e posiziona: I robot SCARA spostano piccoli componenti rapidamente e con cura. Aiutano ad assemblare componenti elettronici.

• Manutenzione macchine: Mettono i pezzi nelle macchine e li tirano fuori. Questo velocizza il lavoro.

• Packaging: Questi robot mettono rapidamente gli oggetti in scatole o contenitori.

• Ispezione: I robot SCARA verificano se i prodotti sono buoni tramite telecamere e sensori.

Anche altri settori utilizzano i robot SCARA per lavori speciali:

Applicazione industriale	Attività tipiche svolte
Microautomazione in ambito farmaceutico	Spostamento di piccole parti nella produzione e nella ricerca di farmaci; manipolazione di pezzi più piccoli di 1 mm
Industria alimentare e delle bevande	Lavorazione e confezionamento degli alimenti; utilizzo di materiali sicuri e facile pulizia
Assistenza per la stampa 3D	Aiuto con la stampa 3D; preparazione dei materiali; finitura del lavoro
Automazione di laboratorio	Preparare i campioni, mantenere le cose pulite e lavorare con i computer di laboratorio
Automazione della vendita al dettaglio	Gestione di articoli in distributori automatici o piccoli magazzini; utilizzo del riconoscimento degli oggetti

I robot SCARA contribuiscono anche alla produzione di batterie, alla movimentazione di merci, alle scienze biologiche e ai macchinari. Ad esempio, una fabbrica ha migliorato la sua linea di sensori utilizzando un robot SCARA con un robot a portale. Ciò ha permesso di produrre più prodotti e risparmiare spazio. Questo dimostra come i robot SCARA contribuiscano a rendere flessibili le aree di lavoro.

Vantaggi dei robot SCARA

I robot SCARA presentano numerosi vantaggi rispetto ad altri bracci robotici. La loro forma consente loro di muoversi rapidamente e con grande precisione, soprattutto nei lavori da un lato all'altro. Ecco alcuni dei principali vantaggi:

• I robot SCARA sono ideali per lavori rapidi e ripetuti che richiedono elevata precisione.

• Il design del braccio consente loro di completare i compiti più rapidamente, rendendoli adatti per operazioni di pick-and-place.

• A differenza di altri robot, sono veloci anche quando sollevano oggetti pesanti.

• I robot SCARA sono piccoli, quindi risparmiano spazio e sono meno costosi da installare.

• Hanno motori e controller al loro interno, quindi sono facili da installare e richiedono meno cavi.

• Sono semplici da programmare e collegare, spesso tramite plug-and-play.

• I robot SCARA necessitano di meno riparazioni perché hanno meno parti mobili, il che consente di risparmiare denaro.

• La loro elevata precisione aiuta a controllare la qualità e a ridurre gli sprechi.

Robot SCARA aiutare le aziende a spendere meno richiedendo meno lavoratori e rendendo il lavoro più veloce. Rendono anche i posti di lavoro più sicuri svolgendo lavori pericolosi.

Nella vita reale, le aziende che producono elettronica e automobili hanno visto grandi miglioramenti. Ad esempio, Robot SCARA EVS3-400 Aiuta a imballare e spostare componenti elettronici fragili. Questo rende il lavoro più preciso e veloce.

Limitazioni dei robot SCARA

I robot SCARA sono potenti ma presentano alcuni punti deboli:

• I robot SCARA sono piccoli e non raggiungono grandi distanze, quindi la loro area di lavoro è limitata.

• Il carico utile è limitato dal valore nominale del produttore, non da una regola empirica. Il valore nominale riportato sulla scheda tecnica rappresenta la massa massima certificata dal costruttore nelle condizioni specificate e deve includere sia l'effettore finale che il pezzo in lavorazione: un braccio con una portata nominale di 6 kg può trasportare al massimo 6 kg, non di più. Lo spostamento del baricentro rispetto alla flangia e il momento d'inerzia del carico riducono ulteriormente il valore utilizzabile; il superamento dell'inerzia consentita comporta una riduzione della velocità e dell'accelerazione anche quando la massa stessa rientra nei limiti consentiti.

• Il movimento è principalmente orizzontale: la corsa verticale (Z) è breve rispetto alla portata orizzontale, quindi impilare oggetti alti, inserirli in profondità o lavorare su più livelli di altezza può risultare al di fuori dell'ambito di applicazione.

• Non sono flessibili quanto i robot a 6 assi, quindi non possono svolgere lavori molto difficili o di grandi dimensioni.

I robot SCARA sono ideali per lavori rapidi e precisi con pezzi di piccole dimensioni in spazi ristretti. Non sono adatti per lavori che richiedono molti movimenti o sollevamenti pesanti.

Scelta di un robot SCARA

Scegliere il robot SCARA giusto significa considerare alcuni aspetti chiave. Ecco alcuni suggerimenti:

• Carico utile e portata: Somma il peso dell'effettore finale e quello del pezzo in lavorazione, quindi confronta il totale con il carico utile nominale del produttore e verifica il momento d'inerzia ammissibile e lo spostamento consentito del baricentro alla velocità di funzionamento prevista, non solo il valore nominale. La portata deve coprire ogni punto di prelievo e posizionamento, inclusi i dispositivi di fissaggio e i buffer.

• Precisione e accuratezza: Scegli un robot che sia sufficientemente preciso per il tuo lavoro, ad esempio in ambito elettronico o medico.

• Velocità e tempo di ciclo: Pensa a quanto velocemente deve lavorare il robot per raggiungere i tuoi obiettivi.

• Efficacia dei costi: Scegli un robot adatto al tuo budget e alle tue esigenze.

• Facilità di integrazione e programmazione: Trova robot facili da configurare e utilizzare.

• Metodo di montaggio: Il montaggio su tavolo/pavimento, a parete e invertito (a soffitto) non sono intercambiabili: assicurati che il modello sia adatto all'orientamento di cui hai bisogno e che il banco o il telaio su cui poggia sia sufficientemente rigido per l'accelerazione che intendi raggiungere.

• Tratto verticale (Z) e penna: Verificare la corsa sull'asse Z rispetto al punto di prelievo più alto e all'inserimento più profondo, tenendo conto della lunghezza della pinza e dell'altezza del dispositivo o del vassoio, e verificare la forza di spinta verso il basso consentita e l'intervallo di rotazione (θ) del mandrino.

• Ambiente e protezione: Temperatura e umidità ambiente, grado di protezione IP o per camera bianca, requisiti ESD e presenza di nebbia d'olio, liquido refrigerante, polvere o lavaggi. La classe di protezione deve essere scelta in base all'ambiente di linea reale, non a quello nominale.

• Comandi e interfacce: Il numero di ingressi/uscite digitali e analogici, il protocollo fieldbus o Ethernet utilizzato dal PLC e dal controllo di linea, l'interfaccia di visione e il relativo flusso di lavoro di calibrazione, nonché l'ambiente di programmazione e insegnamento che il vostro team dovrà gestire.

Fattore	Spiegazione
Carico utile	Il carico utile nominale deve comprendere il pezzo e l'utensile insieme, con un margine per lo spostamento del baricentro e l'inerzia. Il valore nominale del produttore è un limite massimo, non un punto di partenza.
Velocità	I robot SCARA sono tra i più veloci, il che li rende ideali per lavorare rapidamente.
Orma	I robot SCARA sono solitamente più piccoli di altri robot con la stessa portata.
Ripetibilità	Per lavori come l'elettronica è richiesta un'elevata precisione in XY.
articolazione	I robot SCARA hanno 4 assi e sono adatti per operazioni di prelievo e posizionamento, assemblaggio e distribuzione dei materiali.
Busta da lavoro	Il raggio d'azione del robot deve coprire tutti i punti dell'area di lavoro.

Dal lato del fornitore, la linea EVS SCARA è a 4 assi e rientra nella classe di carico utile 3–20 kg con un'apertura del braccio di 400–1000 mm, destinata all'assemblaggio 3C e alla movimentazione dei materiali. La più ampia gamma di EVST gamma di robot industriali Copre l'intero spettro di carico utile, dai modelli collaborativi ai bracci per impieghi gravosi, ma si tratta di una classe di prodotto diversa e non deve essere interpretata come capacità SCARA. Ripetibilità, velocità massima e inerzia ammissibile sono specifiche del modello e indicate nella scheda tecnica: richiedete la scheda tecnica del modello che state effettivamente confrontando e confrontate prodotti omogenei.

Costi e tendenze

Il prezzo di un robot SCARA è determinato dalla classe di carico utile, dalla portata, dalla classe di protezione, dalle opzioni di controllo e visione e dal livello di integrazione con il robot stesso. Le fasce di prezzo indicate di seguito sono solo indicative e servono per la definizione del budget, non sono preventivi e non sono legate a un marchio specifico. Il prezzo esatto dipende dal carico utile, dalla portata e dalla configurazione e viene confermato per ogni configurazione da vendite EVST.

Livello modello	Fascia di prezzo tipica	Caratteristiche di carico utile e portata	Configurazione tipica
Entry-level	$ 10,000 - $ 40,000	Lavori semplici, poco peso o portata	Operazioni di prelievo e posizionamento di base o assemblaggio semplice; controller standard, I/O limitati e poche opzioni
Mid-range	$ 40,000 - $ 60,000	Può sollevare di più, fare lavori più duri	Maggiore ripetibilità, velocità superiore, più opzioni di I/O e fieldbus.
High-end	$ 60,000 +	Controllo intelligente, sensori migliori	Utilizzato in lavori molto precisi; ha sistemi di visione e sensori intelligenti
Robot usati	30-50% in meno rispetto al nuovo	Dipende dalle condizioni e dalla garanzia	Più economico ma potrebbe non avere nuove tecnologie o garanzia

Il periodo di ammortamento per una cella SCARA si attesta generalmente tra i 6 e i 18 mesi, ma tale cifra dipende interamente dai turni di lavoro, dal costo della manodopera, dai tempi di ciclo e dall'utilizzo della linea. È quindi consigliabile basare i propri dati sui tempi di ciclo e sul personale impiegato, piuttosto che su una media pubblicata.

I robot SCARA stanno diventando più intelligenti e facili da usare. Le nuove tendenze includono:

• Intelligenza artificiale per lavori più difficili e una vista migliore.

• Apprendimento automatico per consentire ai robot di prendere decisioni in autonomia.

• Sistemi di visione migliori per vedere le parti e pianificare gli spostamenti.

• Design modulari per modificare facilmente le configurazioni.

• Maggiore sicurezza per le persone che lavorano con i robot.

• Robotica open source per una programmazione e una configurazione più semplici.

Le previsioni pubblicate indicano una crescita continua per i robot SCARA, con cifre comunemente citate che passano da circa 10 miliardi di dollari nel 2024 a oltre 16 miliardi di dollari entro il 2030. Le previsioni differiscono notevolmente nella definizione dei segmenti e nella metodologia, quindi è importante verificare cosa considera effettivamente un determinato report prima di utilizzare i suoi dati in un business case.

I robot SCARA sono veloci e molto precisi. Possono anche svolgere molti compiti diversi. Questo aiuta le aziende a lavorare meglio e a commettere meno errori. Scegliere il robot SCARA giusto è importante per ottenere buoni risultati.

 

Domande frequenti

Cosa significa l'acronimo SCARA?

SCARA è l'acronimo di Selective Compliance Assembly Robot Arm (braccio robotico articolato a conformità selettiva). Il nome descrive la sua caratteristica principale: è flessibile sul piano orizzontale ma rigido in verticale, il che lo rende ideale per l'assemblaggio rapido e le operazioni di prelievo e posizionamento.

A cosa serve un robot SCARA?

I robot SCARA eccellono nelle operazioni di prelievo e posizionamento ad alta velocità, assemblaggio, confezionamento e pallettizzazione di componenti leggeri, soprattutto nei settori dell'elettronica e dei beni di consumo, dove la velocità orizzontale e la rigidità verticale sono esattamente ciò che il compito richiede.

Quanti assi ha un robot SCARA?

La maggior parte dei robot SCARA ha quattro assi: due giunti rotanti che muovono il braccio sul piano orizzontale XY, un asse verticale Z e un polso rotante. Questa configurazione a quattro assi è ciò che rende i robot SCARA veloci e precisi per le attività planari.

Qual è la differenza tra un robot SCARA e un robot a 6 assi?

Un robot SCARA ha quattro assi e si muove principalmente su un piano orizzontale ad altissima velocità, mentre un robot a 6 assi può raggiungere quasi qualsiasi orientamento in 3D ma è più lento per il prelievo e il posizionamento su superfici piane. SCARA vince in termini di velocità e costo per il lavoro planare; vedi il nostro Confronto tra robot cartesiani, a sei assi e SCARA.

Quanto costa un robot SCARA?

I corpi dei robot SCARA in genere partono da un prezzo inferiore rispetto ai bracci a sei assi, con un costo di installazione che aumenta una volta aggiunti gli utensili e l'integrazione. Per una ripartizione completa dei prezzi dei robot, consultare il nostro Guida ai costi dei bracci robotici.

Scopri la serie di robot SCARA

• Come funziona un robot SCARA: principio di funzionamento a confronto con i cobot
• Robot SCARA contro robot cartesiani e a sei assi
• Come scegliere un robot SCARA
• Utilizzo di un robot SCARA a basso costo per operazioni di prelievo e posizionamento.
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