Movimento integrato per la robotica leggera

gennaio 08, 2016, by Rob Whitlock

L'utilizzo della robotica nel settore manifatturiero rappresenta attualmente un fatturato di 5 miliardi di dollari che è destinato a crescere a 20 miliardi di dollari (Fonte: A Roadmap for U.S. Robotics, From Internet To Robotics - edizione 2013).

Un importante contributo alla crescita prevista verrà da aziende di piccole e medie dimensioni, in svariati settori in cui storicamente la domanda proveniva da aziende molto grandi nei settori automobilistico e aerospaziale.

Invece dei grandi robot industriali tradizionali, rumorosi e costosi, le aziende stanno sviluppando robot leggeri e innovativi, progettati per aziende di piccole e medie dimensioni. Questi robot poco costosi possono essere spostati facilmente tra le diverse postazioni di lavoro all'interno di un impianto di produzione e contengono un software che facilita l'adattamento rapido a nuovi processi per un uso immediato. Inoltre, vengono creati protocolli di sicurezza per permettere una stretta interazione con gli esseri umani. È facile comprendere che si tratta di una tecnologia trasformativa in grado di realizzare dividendi elevati in futuro per impianti di produzione di livello medio-basso. Sostituire il personale nelle funzioni monotone o pericolose migliorerà la sicurezza e la produttività complessiva. Inoltre, poiché il mondo va verso prodotti sempre più piccoli e complessi, i requisiti di fabbricazione futuri comporteranno una precisione e un’adattabilità che siano superiori a quelle degli esseri umani.

Il movimento integrato, o i sistemi ad azionamento diretto, definiti come un generatore di coppia CC brushless senza carter integrato e accoppiato direttamente al carico richiesto, offre diversi vantaggi importanti rispetto ai classici servomotori accoppiati a trasmissioni meccaniche, come riduttori, cinghie dentate o viti a sfere. I vantaggi relativi alla robotica (e a molti altri settori) includono risparmi in termini di peso, involucri più ridotti, una struttura più rigida, una maggiore affidabilità e minori costi del ciclo di vita.

Un generatore di coppia è caratterizzato da un rapporto elevato tra diametro esterno e lunghezza e un numero relativamente elevato tra slot e poli. La coppia del motore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza, ma proporzionale al quadrato del suo diametro.

(Coppia ∝ D2L)

Pertanto, se si raddoppia la lunghezza del motore, si raddoppia la coppia. Se si raddoppia il diametro del motore, la coppia aumenta di 4 volte. Quindi, è vantaggioso scegliere un generatore di coppia con il massimo diametro esterno possibile.

Fattore di forma del generatore di coppia         Fattore di forma del servomotore

Il "generatore di coppia" fornisce una coppia più elevata a velocità inferiore, e un design con elevato numero di slot e poli riduce il cogging che può compromettere la scorrevolezza e ripetibilità.

Il peso e l'inerzia complessiva del sistema vengono notevolmente ridotti poiché gli accoppiamenti e le trasmissioni meccaniche non sono più necessari. Anche il fattore di forma robotico è ridotto al minimo in quanto il motore è montato all'interno della struttura dell'accoppiamento robotico direttamente al carico, o in alcuni casi attraverso un ingranaggio di tipo armonico. Il foro passante relativamente grande dell'albero del rotore cavo può anche consentire un ulteriore risparmio di spazio facendo passare i cavi elettrici attraverso il motore.

Poiché ogni dispositivo meccanico è soggetto a usura e ha un'aspettativa di vita limitata, la sostituzione con una soluzione di movimento integrata ad azionamento diretto migliora naturalmente l'affidabilità e il costo del ciclo di vita complessivi del robot, in quanto i prodotti che in genere richiedono sostituzione o manutenzione nel corso del tempo vengono rimossi dal sistema.

Famiglia dei servomotori senza carter KBMÈ vero che l'attuazione di soluzioni di azionamento diretto per le applicazioni robotiche richiede conoscenze approfondite in termini di corretta progettazione della macchina e linee guida di montaggio. Tuttavia, la complessità della macchina e i requisiti di tolleranza non sono superiori a quanto riscontrato nei sistemi di controllo del movimento convenzionali. (Dai un'occhiata a questo post sul montaggio dei motori senza carter). I vantaggi in termini di precisione maggiore, prestazioni migliorate, compattezza, affidabilità maggiore e costi del ciclo di vita inferiori sono particolarmente convincenti.

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