Migliorare i robot SCARA significa migliorare le prestazioni

Yamaha continua ad apportare migliorie ai propri robot SCARA, per venire incontro alle nuove e diversificate esigenze dell’industria. Tra le innovazioni di Yamaha troviamo un meccanismo di viti a ricircolo di sfere con controllo diretto per il controllo dell’asse Z senza cinghia e i sistemi di visione completi che eseguono cicli completi di tracciamento. Inoltre, è stata semplificata la manutenzione dei robot SCARA e grasso lubrificante
a lunga durata aumentano il tempo di funzionamento macchina.

di Tommaso Albrile

Come Yamaha ben sa, i robot SCARA possono automatizzare e velocizzare attività di presa e posizionamento e processi di assemblaggio leggero come il trasferimento di pezzi da un processo all’altro, avvitatura e dosatura. Al pari di tutte le tecnologie di automazione di processo pregresse, i robot devono apportare valore aumentando la produttività e riducendo i costi a favore dei loro proprietari. Tutti i progetti industriali devono tenere attentamente sotto controllo velocità e ritmo di produzione, ma anche precisione, ripetibilità e affidabilità, al fine di assicurare un ritorno sull’investimento soddisfacente.
Intanto le caratteristiche e la resa dei robot SCARA stanno facendo dei passi avanti: i nuovi design permettono anche ai robot più piccoli di affrontare lavori più gravosi e raggiungere alte velocità di esecuzione, al fine di mantenere bassi i tempi di ciclo. I sistemi di visione sono diventati Plug & Play, semplificando l’integrazione e consentendo una programmazione più facile. Inoltre, si stanno introducendo nuove funzionalità che riducono l’usura meccanica e semplificano la manutenzione.

I robot SCARA orbitali montati sul soffitto possono raggiungere qualsiasi punto all’interno dell’area di lavoro sottostante.

Movimento ed equilibrio

Le innovazioni per migliorare il controllo sul movimento del terminale del robot (tcp) consentono di aumentare sia la velocità che l’accuratezza di posizionamento. I processi di Pick & Place richiedono un movimento verticale (o sull’asse Z) ben controllato, al pari di quello rotazionale (o sull’asse R). Solitamente il movimento sull’asse Z si controlla utilizzando una vite azionata dal motore dell’asse verticale, mentre l’asse R si aziona mediante una cinghia collegata al motore dell’albero rotante. Entrambe le trasmissioni mediante cinghia possono essere sostituite da trasmissioni dirette che eliminano l’usura e il rischio di rottura o allungamento delle cinghie, con il risultato di una maggior precisione nel lungo periodo e una manutenzione ridotta.

Yamaha ha sviluppato un meccanismo di viti a ricircolo di sfere con controllo diretto dell’asse Z senza cinghia, facendo tesoro dell’esperienza maturata con i robot monoasse, oltre a un motore cavo combinato con un riduttore di velocità coassiale che assicura diversi vantaggi per il controllo del movimento dell’asse R. Oltre a permettere una trasmissione senza cinghia precisa e in grado di durare nel tempo, il motore cavo e il riduttore di precisione permettono di raggiungere velocità di rotazione più alte sull’asse R con carichi elevati e offset anche molto significativi. A differenza di un asse R convenzionale azionato tramite cinghia, che ha bisogno di rallentare quando si posizionano carichi con un momento di inerzia elevato, la trasmissione senza cinghia può tollerare un momento di inerzia maggiore in quanto l’asse di rotazione del tcp è direttamente allineato con l’ingranaggio di riduzione di velocità. Inoltre, ottimizzare i rapporti della trasmissione aiuta a raggiungere velocità di rotazione e movimento x-y molto rapidi in tutta l’area di lavoro della macchina, ottenendo così tempi di ciclo più bassi: questo risulta particolarmente importante per i processi che richiedono il trasferimento di oggetti a grande distanza.

I processi di Pick & Place richiedono un movimento verticale ben controllato, al pari di quello rotazionale.
I processi di Pick & Place richiedono un movimento verticale ben controllato, al pari di quello rotazionale.

Gli attuali Robot SCARA con trasmissioni senza cinghia arrivano fino a dimensioni di circa 1.200 mm di lunghezza del braccio e circa 50 kg di carico utile massimo. I modelli più piccoli, che scendono fino a 120 mm di lunghezza del braccio e un carico utile massimo di 1 kg, permettono agli utenti di configurare celle di assemblaggio ad alto rendimento che hanno un’impronta estremamente ridotta. Nei casi in cui lo spazio disponibile in fabbrica sia particolarmente ridotto, i robot SCARA orbitali montati sul soffitto possono raggiungere qualsiasi punto all’interno dell’area di lavoro sottostante e questo permette maggiore libertà nel minimizzare l’impegno richiesto per il processo. Con i robot orbitali SCARA l’equilibrio ottimale di peso è fondamentale per raggiungere alte velocità di escursione con un’elevata capacità di carico utile.

Yamaha utilizza materiali leggeri e sfrutta le sue conoscenze nel campo dei motori cavi e delle trasmissioni, combinate con un posizionamento interno del motore ottimizzato, al fine di raggiungere un tempo di ciclo standard in grado di muovere un carico di 1 kg in orizzontale di 300 mm e di 25 mm in su e in giù in soli 0,29 secondi, con una velocità di circa il 36% superiore rispetto ai modelli precedenti. Il carico utile massimo è di 5 kg. Un altro vantaggio che proviene dal miglior equilibrio e da una minore inerzia è la riduzione delle tensioni esercitate sul telaio di montaggio che deve essere installato per trasportare il robot: ciò permette un design leggero e semplificato che fa risparmiare costi e facilità l’installazione all’interno della fabbrica.

Resistenza ai contaminanti ambientali e manutenzione più efficiente

La precisione del posizionamento a lungo termine e l’immunità rispetto a contaminanti ambientali come umidità, polvere e grasso possono essere ulteriormente migliorati sostituendo gli encoder ottici con resolver magnetici per il rilevamento della posizione. I resolver magnetici sono per loro stessa natura immuni a shock e a rumore elettrici, che possono invece interferire con gli encoder ottici. Il resolver magnetico ha come vantaggio una costruzione semplice con un numero minimo di componenti elettrici, assicurando così maggiore affidabilità e performances migliori anche ad alte temperature.

Un’estrema attenzione rivolta alla semplificazione della manutenzione può avere un effetto significativo sull’aumento del tempo di funzionamento della macchina. Il progetto di pannelli pensati per poter essere estratti senza necessità di smontare il cablaggio o le tubature fa sì che la manutenzione o le riparazioni necessarie vengano portate a termine rapidamente. Inoltre, le formule più recenti di grasso lubrificante di lunga durata eliminano la necessità di attività di disassemblaggio e lubrificazione, tipicamente molto dispendiose in termini di tempo, per l’intera vita utile del macchinario.

Con i robot orbitali SCARA l’equilibrio di peso è fondamentale per raggiungere alte velocità di escursione con un’elevata capacità di carico.
Con i robot orbitali SCARA l’equilibrio di peso è fondamentale per raggiungere alte velocità di escursione con un’elevata capacità di carico.

Visione Plug & Play

Tradizionalmente, la visione artificiale è stata controllata separatamente dal robot, e ciò richiedeva conoscenze specialistiche per programmare il sistema di visione e utilizzare i dati nelle istruzioni del robot. I sistemi di visione più recenti eliminano questa barriera integrando la visione all’interno del programma del robot per permettere un’operatività Plug & Play che riduce significativamente il tempo di avvio. Anche il ritardo di comunicazione tra il sistema di visione e il robot viene eliminato.
Il sistema di visione iVY2 di Yamaha e il controller RCX340 migliorano ulteriormente la performance grazie a innovazioni come un nuovo comando CTMOVE che esegue un ciclo completo di tracciamento del trasportatore dalla posizione iniziale fino alla raccolta del componente: questa operazione ne sostituisce tre diverse per permettere il Pick & Place fino a 100 cpm.

Infine, nuove configurazioni possono essere prese in considerazione per soddisfare requisiti speciali; i robot SCARA di tipo inverso sono progettati specialmente per sollevare il pezzo dal basso, evitando così la contaminazione delle particole che cadono come polvere o umidità, che potrebbero accumularsi sulla superficie del robot. Sono anche disponibili anche robot SCARA per camere bianche con il vantaggio del funzionamento senza cinghia che elimina gli agenti contaminanti dovuti al deterioramento della cinghia. Inoltre, questi robot includono un soffietto di protezione nella parte superiore per evitare l’emissione di polveri. Il design dei robot SCARA sta migliorando in molti modi diversi, dalla gestione dell’asse Z fino all’interfaccia del controller, al fine di aumentare la resa, la velocità e l’affidabilità, consentendo una maggiore produttività e un più rapido ritorno sugli investimenti.

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