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 frameless 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.
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.
È 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 frameless). I vantaggi in termini di precisione maggiore, prestazioni migliorate, compattezza, affidabilità maggiore e costi del ciclo di vita inferiori sono particolarmente convincenti.