Robot di montaggio a coordinate

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Un originale adattatore di posizione, costituente interfaccia tra il gripper e il polso, attribuisce al robot un comportamento rigido in fase di posizionamento e abbastanza elastico in fase di accoppiamento. Per effetto delle sue peculiari caratteristiche, quali flessibilità, versatilità, e possibilità di accedere a essa dai quattro lati della struttura portante, la macchina è idonea a un inserimento in celle e sistemi flessibili di produzione.

È noto che uno dei metodi più ricorrenti per valutare la convenienza economica e, di conseguenza, l’opportunità di usare i robot industriali all’interno di un ciclo produttivo, consiste nel paragonare i costi unitari di produzione con la quantità del lotto da produrre. Nei casi in cui si prevedono un basso volume di produzione e varie difficoltà di fabbricazione con alti costi unitari, la preferenza sarà per un tipo di lavoro manuale; al contrario, quando l’ordine di produzione è di primaria importanza e i costi unitari sono bassi, c’è una tendenza marcata verso la meccanizzazione e macchinari specifici personalizzati. In generale, le aziende manifatturiere di piccole e medie dimensioni hanno esigenze intermedie tra quelle sopra accennate: infatti, spesso devono adattarsi a procedure e produzioni nuove e quindi hanno bisogno di macchinari con ottime caratteristiche di versatilità e flessibilità, in grado di sostituire, nei limiti dei costi, l’opera dell’uomo e specificatamente il lavoro non motivante di tipo ripetitivo, pesante e manuale. I robot industriali più spesso trovano il loro collocamento ideale in simili circostanze e così negli ultimi anni si è assistito a un forte aumento dell’uso di robot nella produzione meccanica, nella saldatura [1], nella verniciatura e nella manipolazione delle parti per il montaggio meccanico, elettrico o elettronico [2]. Per quanto riguarda quest’ultimo settore, già si trova sul mercato un’ampia gamma di robot [3], con strutture che vanno dalle coordinate cilindriche a quelle rettilinee con braccio articolato, al tipo Scara. Tutti questi macchinari, pur essendo in grado di realizzare montaggi complessi, richiedono grandi investimenti finanziari, non solo per l’acquisto ma anche per l’organizzazione del lavoro, l’installazione, il collaudo e gli utensili specifici [4]. Muovendo da tali premesse, è stato progettato un prototipo di robot a coordinate cartesiane, idoneo per il montaggio di parti sovrapponibili, caratterizzato da un’estrema semplicità strutturale, da un basso costo, da massima versatilità e dotato di uno speciale dispositivo per il superamento di eventuali difficoltà di accoppiamento.

Il Robot

La macchina, rappresentata nella versione a un braccio nella Figura 1, è costituita da un basamento, da quattro colonne e da due traverse, elementi realizzati mediante saldatura di profilati in acciaio. I movimenti del braccio sono quelli rappresentati in Figura 2 e gli assi risultano definiti in accordo alla raccomandazione Iso-R841; come è ben evidenziato, il gripper non è direttamente fissato all’asse C: tra i due organi si interpone lo speciale adattatore di posizione le cui funzioni sono quelle di possedere una relativa cedevolezza, qualora venga oltrepassato un prefissato valore di soglia riguardo le forze agenti sul gripper. La struttura a portale è predisposta per il montaggio di un secondo braccio. Lo scorrimento tra gli assi lineari è assicurato mediante pattini a ricircolo di sfere, mentre il moto rotatorio relativo, tra asse C e asse Z, è realizzato con l’ausilio di cuscinetti di rotolamento lubrificati for life. Il moto degli assi lineari, derivato da motori passo-passo con sistema di pilotaggio bipolar chopper, è realizzato con coppie pignone-cremagliera, mentre per ciò che attiene l’asse rotativo è stata scelta la soluzione pignone-corona dentata. La particolare forma a sbalzo che caratterizza il gruppo mobile garantisce alla macchina, nella versione a due bracci, un ridotto interasse tra i rispettivi polsi lungo un arco di cerchio con l’effetto di pervenire a sequenze di montaggio caratterizzate da minimi tempi di ciclo.

Struttura del braccio

La struttura principale dell’asse Z si compone essenzialmente di un’asta cava alle cui estremità sono saldati due tubi di spessore crescente lavorati internamente al fine di alloggiarvi i cuscinetti a sfera radiali per il sostegno dell’asse C. La cremagliera che consente i movimenti verticali del braccio è collegata a una piastra saldata esternamente al cilindro al quale, mediante staffe, sono altresì saldati due profili a “L”, necessari per il montaggio delle due guide scorrevoli (Figura 4). Sull’estremità superiore del braccio trovano collocazione l’adduttore dell’olio nel giunto rotante, il motore e l’interruttore di prossimità dell’asse rotante. L’estremità inferiore è sagomata secondo una superficie conica, in modo da consentire l’inserimento dell’adattatore di posizione. Il giunto di cui sopra ha la funzione di permettere il trasferimento dei due tubi dell’aria compressa dall’asse Z all’asse C, per l’azionamento del dispositivo di presa. In uno dei due tubi è mantenuta costantemente la pressione di esercizio, mentre l’altro è in comunicazione con l’ambiente esterno (anche quando il gripper non è in funzione); la tenuta è garantita dal forzamento dell’adduttore entro il corpo e il momento di attrito che conseguentemente si sviluppa viene limitato mediante la riduzione dei diametri, sede di strisciamento e con l’impiego, per la realizzazione del corpo stesso, di Nylon 66, materiale caratterizzato sia da un limitato valore del coefficiente di attrito, sia da elevate doti di resistenza meccanica.

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