Tipi di robot industriali: quali sono e come sceglierli

La norma ISO TR/8373-2.3 definisce il robot industriale come: "Un manipolatore con più gradi di libertà, governato automaticamente, riprogrammabile, multiscopo, che può essere fisso sul posto o mobile per utilizzo in applicazioni di automazioni industriali".

Le origini della robotica industriale

Il primo robot industriale nasce nel 1959 per mano di George Devol e Joseph Engelberger ed ha un peso di circa due tonnellate, decisamente troppo pesante se confrontato con quelli oggi installati nelle isole robotizzate .

La prima installazione in una linea industriale avviene nel 1961 alla GM Ternstedt a Trenton, nel New Jersey. Alla fine degli anni ’60 i robot industriali approdano anche in Europa e inizia una diffusione concreta di questo strumento. Tuttavia, si tratta di strutture di acciaio con motori idraulici lenti ed imprecisi.

I gradi di libertà e le capacità di carico dei primi robot erano limitate e le prime applicazioni industriali si registrarono nel campo automobilistico. Infatti, i robot erano dotati di pinze di saldatura per saldare ed assemblare le scocche delle auto. I primi esempi di impiego massiccio furono quelli della Nissan in Giappone e della Fiat (1972) in Italia, dove vennero usati diversi robot per la saldatura sulle vetture, un’invenzione italiana adottata, in seguito, da tutte le industrie automobilistiche.

È chiaro quindi che, nonostante le evidenti limitazioni iniziali, i grandi imprenditori della storia furono in grado di vedere le infinite potenzialità di questi strumenti e da allora la loro evoluzione non si è mai fermata.

I robot oggi

I vari tipi di robot industriali disponibili nel settore dell’automazione industriale, negli ultimi anni, si sono evoluti, diventando sempre più compatti, performanti e versatili.

Oggi i robot svolgono in campo industriale lavorazioni accurate come forature, pallettizzazione, stoccaggio, asservimento CNC, smerigliatura, fresature, verniciature, smaltature e tagli con il laser, specialmente in aree di lavoro difficili, salvaguardando così la salute degli operai.

Nell’evoluzione dei robot industriali hanno avuto un ruolo importantissimo alcuni dei brand che hanno investito risorse nella ricerca e nello sviluppo e che normalmente integriamo nelle nostre linee automatizzate e isole robotizzate: KUKA, ABB, Kawasaki, FANUC. Tra di loro spicca anche una realtà tutta italiana: Comau, attualmente una delle più grandi società al mondo di robotica industriale.

Classificazione dei robot: 4… più 1

• Robot cartesiani (robot a portale, robot xyz o ICS = Integrated Combination System): sono una combinazione di due o più assi elettrici lineari o rotanti. Per questo, sono il tipo di robot con la cinematica più semplice e facile da comandare. Ogni asse ha un solo grado di libertà.

• Robot antropomorfi (o articolati) a 6 assi: è il robot più flessibile. Con 6 gradi di libertà, è in grado di riprodurre pressoché tutti i movimenti di un braccio umano, compresi quelli della mano. Per questo motivo, anche per le funzioni di movimento più complesse, spesso è sufficiente un’unica macchina. È indicato nelle operazioni di movimentazione e/o montaggio in punti a coordinate x,y,z estremamente varie tra loro. È molto diffuso nel settore automobilistico per il montaggio e la saldatura dei pezzi, ma trova impiego in qualsiasi campo industriale.

• Robot SCARA (acronimo di Selective Compliant Assembly Robot Arm): è un robot concepito per operazioni veloci e precise. È nato all’inizio degli anni ’70 in seguito all’osservazione secondo la quale i cicli di movimento più frequenti sono realizzabili con 4 assi (= 4 gradi libertà). Il vantaggio che presenta questo tipo di robot rispetto ad altri è dovuto al fatto che per sollevare un pezzo il movimento avviene su un solo asse. Il che ne semplifica la struttura rendendolo più affidabile. In un piano orizzontale si muovono 2 bracci articolati, incernierati ad una estremità con un asse verticale fisso, mentre all'altra estremità libera si trova un asse Z. Rispetto a quest’ultimo asse è possibile muoversi verticalmente e ruotare.

• Robot Delta: questo tipo di robot consiste in tre bracci collegati da giunti universali alla base. La caratteristica chiave del design è nei bracci, che mantengono l’orientamento del dispositivo di estremità. È progettato appositamente per ottimizzare la velocità e la versatilità delle operazioni di prelievo e movimentazione a velocità elevata di piccoli componenti in svariati settori, tra cui quelli alimentare, farmaceutico ed elettronico. I robot Delta esistono con 3, 4 o 6 assi. La loro struttura unica, a cinematica parallela, e il perimetro di lavoro molto ampio li rende candidati ideali per applicazioni di automazione più complesse. Garantiscono accelerazione rapida e velocità elevata e sono caratterizzati da straordinari livelli di prestazioni che consentono di mantenere al minimo il numero di robot richiesti su una linea e di limitare il layout produttivo.

Accanto ai robot, esiste un’altra categoria molto speciale che è quella dei robot collaborativi o Cobot: sono tipologie di robot concepiti per lavorare a contatto con l’uomo. Il modello più conosciuto è sicuramente lo Yumi di ABB. È una tipologia che spesso viene utilizzata in ambito medico/farmacologico.

Per essere un cobot, il fabbricante o l’integratore di robot deve rispettare una serie di norme specifiche. I cobot in genere, infatti, possono muoversi intorno alle persone solo a determinate velocità, non possono surriscaldarsi e devono evitare il contatto umano fermandosi o cambiando direzione.

 

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Tipi di robot industriali e complessità delle applicazioni

In ambito di applicazioni industriali, i robot possono essere classificati secondo tre livelli:

1. Robot di primo livello: Il primo livello è caratterizzato da robot il cui scopo è quello di svolgere, in maniera consecutiva e ripetitiva, una mansione specifica programmata mediante apposito software. Il classico esempio dell’utilizzo di questo robot avviene nella fase di assemblaggio dei prodotti, dove l’automazione va a sostituire l’uomo in operazioni ripetitive, logoranti e quindi soggette a cali della qualità dei prodotti. Oltre al tipo di mansione è possibile anche impostare la rapidità che andrà a caratterizzare ogni singola operazione, garantendo dunque un incremento della produttività all’interno di un’impresa.
2. Robot di secondo livello: sono robot molto più flessibili, in grado di adattarsi autonomamente alla variazione delle condizioni operative; per esempio, sono robot dotati di sistemi di visione ed Intelligenza artificiale, in grado di identificare l'oggetto da manipolare e compiere semplici variazioni di traiettoria e/o di logica di gestione (sempre nell'ambito del programma preimpostato).
3. Robot di terzo livello: sono robot in grado di prendere decisioni in modo autonomo (non previste dal costruttore) avvalendosi di reti neurali. Attualmente tali generi di robot sono ancora in fase di studio perché molto complessi.

Come scegliere il tipo di robot industriale giusto?

La scelta di una certa tipologia di robot, affinché sia un’automazione industriale realmente efficace per la propria azienda, è strettamente collegata a molti fattori. Vediamoli insieme.

1. Il tipo di applicazione industriale

Al suo interno questo parametro racchiude molte domande:

• Quale oggetto deve manipolare il robot?
• Quale lavorazione deve effettuare?
• Quale volume e quale peso ha l’oggetto?
• Quale resa deve garantire il robot?

Perché ad ogni applicazione corrispondono specifici modelli di robot.

Prendiamo, per esempio, l’applicazione della saldatura: non si può effettuare con tutte le tipologie di robot. Solitamente si utilizzano robot antropomorfi con particolari caratteristiche.

2. Gli spazi a disposizione

Spesso alcune aziende hanno bisogno di automazioni dalle dimensioni ridotte. Alcuni robot sono più adatti ad applicazioni compatte, come quelli che Tera Automation ha integrato nelle proprie isole robotizzate T-Flexicell.

3. Budget

Il budget da investire è un parametro molto importante per un’azienda. Ogni automazione può essere studiata in base al tipo di applicazione che si vuole realizzare rispettando il vincolo del budget.

Solitamente i robot, a parità di tipo di applicazione, hanno prezzi simili. Sono poi i vari brand che, in talune circostanze, possono mostrare oscillazioni di prezzo fornendo accessori e funzionalità aggiuntive.

4. Tempi di consegna

Può succedere che alcuni modelli siano disponibili prima di altri, e quindi, per necessità, si favorisca l’acquisto di un modello. Tutto dipende dall’urgenza del progetto.

5. Estetica

Alcuni modelli di robot industriali possono incontrare i vostri gusti più di altri perché, ad esempio, si integrano meglio con il resto dei vostri macchinari, a volte anche solo per design o per colore.

Un dettaglio fondamentale: il system integrator

La scelta del robot giusto ricopre sicuramente un ruolo centrale nella riuscita del progetto, ma un peso specifico ancora maggiore è forse quello rivestito dal system integrator. E occorre subito fare una distinzione tra system integrator e rivenditore.

Il system integrator è in grado di garantire in autonomia un pacchetto completo comprendente fornitura del macchinario adeguatamente configurato ed equipaggiato, installazione, training, manutenzione e assistenza a 360°. È capace di trasferire il proprio know-how al cliente in qualsiasi momento e di guidarlo nell’integrazione del robot all’interno della propria azienda. In più, può realizzare sessioni di demo per far toccare con mano le potenzialità di un robot in una specifica applicazione.

Al contrario, il rivenditore fornisce soltanto il dispositivo e, in alcuni casi, solamente il contatto del produttore del macchinario e gli eventuali accessori. Non è sempre in grado di dare assistenza diretta e di operare modifiche o personalizzazioni. Quindi, spesso, il rivenditore ha solo il ruolo di intermediario.

È evidente che un valido system integrator dà un enorme valore aggiunto al robot, perché consente di sfruttarne appieno le potenzialità in qualsiasi ambito operativo.