Robot cartesiano vs robot collaborativo: il pick and place

Nella scelta della forma di automazione più corretta ed efficace, un esperto di processi robotici si fa guidare da domande inerenti la natura stessa dell’applicazione da automatizzare, il tipo di attività che il robot deve eseguire, il tipo di componente/prodotto coinvolto nell’applicazione. Questi criteri guidano la scelta della tipologia di robot più confacente. Ogni forma di robotica offre infatti una specializzazione che la rende più efficace su alcuni task e meno su altri.

In questa secondo post andremo a confrontare prestazioni e utilità di due forme di robot (cobot e cartesiano) su un task specifico: il pick&place, quindi la movimentazione, presa e posizionamento di un componente.

Cartesiani

I robot cartesiani sono robot lineari che offrono 3 gradi di libertà e movimenti sui 3 assi x, y, z più un eventuale 4 asse al polso dove è installato l’organo di presa. Sono una tipologia di automazione tipicamente utilizzata per applicazioni quali pick&place, applicazione di sigillanti, assemblaggio, carico/scarico di macchine utensili.

Sono automazioni tendenzialmente rigide (poiché mobili su 3 soli assi) ma presentano alcuni elementi di adattabilità che non devono farli scartare a priori. Tra questi i principali sono

• l’adattabilità della corsa,
• delle dimensioni complessive e – in ultima analisi –
• la scalabilità del prezzo

Strutturalmente sono composti da guide lineari, attuatori e servo motori. Ciascun asse viene programmato singolarmente tramite un PLC e questo rende la programmazione spesso complessa al punto da richiedere professionalità specifiche per essere eseguita.

Inoltre, essendo strutturalmente costituito da guide lineari, un robot cartesiano richiede un’attenta installazione e una preventiva verifica della planarità delle superfici di appoggio per garantire un corretto funzionamento. Possono garantire performance elevate e, a seconda della movimentazione prescelta, privilegiare le

• dinamiche e la scarsa manutenzione (movimentazione a cinghia) oppure
• la precisione di posizionamento (movimentazione a vite o a pignone e cremagliera).

In entrambi i casi scontano una certa rigidità: se configurato per una determinata applicazione, un cartesiano difficilmente si renderà adattabile ad altri usi. Al contrario dimensioni e design risultano piuttosto scalabili e versatili, ma non facilmente riadattabili in caso di cambio prodotto.

Ne consegue quindi che nelle applicazioni di prelievo e posizionamento come il pick&place i cartesiani offrono alcuni vantaggi, fra cui

• l’elevata precisione di posizionamento e di capacità di carico,
• una relativa semplicità strutturale che ne rende la manutenzione – spesso – più economica
• una scalabilità dimensionale che ne permette l’installazione in numerosi contesti applicativi.

Di contro oppongono una certa difficoltà di programmazione, una più complessa procedura di installazione (con spese spesso più alte) rigidità rispetto al panorama applicativo.

Cobot

I cobot sono robot antropomorfi che offrono 6 gradi di libertà (anche 7 se installati a bordo di un asse esterno), collaboratività e flessibilità.

Quindi se l’applicazione richiede di passare da un prodotto all’altro in un regime di lotto corto, oppure se la struttura del layout impone la condivisione dello spazio operativo fra addetto e robot e, infine, gli oggetti da movimentare hanno un peso contenuto, il cobot risulta la scelta migliore.

Dimensioni contenute e catena cinematica snella dei cobot, ne permettono l’installazione anche in condizioni di elevata saturazione e a bordo delle linee preesistenti. Le 17 safety nativamente integrate rendono superflue (in più l’80% dei casi e comunque dopo risk assessment) le barriere perimetrali e altri accessori di sicurezza invece essenziali per l’applicazione sicura della robotica tradizionale.

La semplicità di programmazione inoltre rende agevole il passaggio da una linea di prodotto all’altra, riducendo i tempi di fermo necessari alla riprogrammazione. Questo li rende una scelta preferibile in caso l’azienda debba affrontare stagionalità, variabilità di mercato, una lunga lista di codici prodotto.

Infine, anche l’installazione ne risulta semplificata. Laddove un cartesiano richiede una verifica preliminare della planarità delle superfici (che spesso si traduce in un incremento del costo di installazione poiché la planarità richiede sì verifiche, ma pure interventi correttivi qualora sia insufficiente) un cobot può essere installato e reso operativo in meno di 90 minuti.

Per contro i cobot scontano alcuni limiti strutturali: payload e reach ne rendono possibile l’applicazione nel movimentare prodotti di dimensioni contenute. Nel caso della gamma robot di UR il peso complessivo (componente + EOAT) deve essere di 16 kg.

In conclusione

I cartesiani garantiscono vantaggi in caso di produzioni con ritmi elevati e pesi ingenti da traslare.

I cobot sono invece da preferirsi nel caso sia necessario far fronte a elevata variabilità, lo spazio a disposizione sia ridotto, dinamiche e pesi siano contenuti.

Ogni processo di automazione richiede un investimento. Perché quindi non toccare con mano le potenzialità di una forma di automazione? Perché non metterla alla prova sul campo?

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