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I motori lineari consentono di innovare le pinze dei robot

Categoria: Rapporti di applicazione

Passando dai cilindri pneumatici ai motori lineari, il costruttore di macchine e impianti Keller HCW è riuscito a sviluppare un’innovazione nel campo delle pinze robotizzate universalmente applicabili con un carico utile elevato, in grado di afferrare, separare e spostare prodotti sensibili in modo sicuro e delicato. Gli azionamenti elettrici diretti non sono solo responsabili dell’elevata flessibilità della pinza, ma garantiscono anche ripetibilità, dinamica, precisione e, non da ultimo, un’efficienza energetica che non può essere raggiunta con gli azionamenti pneumatici.


Il robot di presa con motori lineari sviluppato da Keller HCW può essere utilizzato universalmente e può anche afferrare prodotti sensibili in modo sicuro e delicato e raggrupparli prima di posarli. (Fonte: Keller HCW)


Mattoni forati, bicchieri, confezioni di cibo per gatti, code di castoro, confezioni di carta velina, palline da tennis: la nuova pinza robotica di Keller HCW li gestisce tutti in modo sicuro e con una forza ottimale. Il produttore di macchine e impianti lo ha dimostrato di recente con un allestimento dimostrativo che ha attirato molta attenzione alla fiera Automatica di Monaco. Le pinze robotizzate di Keller HCW hanno dato prova di sé per anni nelle fabbriche di mattoni e in altre aziende dell’industria dell’argilla pesante. Vengono utilizzati, ad esempio, per afferrare i mattoni non ancora cotti (mattoni sagomati) e posizionarli a una certa distanza che garantisce un processo di essiccazione e cottura ottimale. I mattoni vengono alimentati alla pinza su un nastro trasportatore in continuo movimento sotto forma di una barra consolidata di circa 20-30 pezzi. La pinza afferra la barra completa, porta i singoli mattoni alla distanza ottimale durante il movimento del robot e poi li deposita di nuovo in gruppo su speciali supporti o nastri trasportatori. “La sfida è che la resistenza dei mattoni stampati può variare e quindi possiamo muoverci solo con una forza di presa e una velocità di avvicinamento limitate. Inoltre, il tempo a disposizione per la presa dei mattoni da parte del nastro trasportatore di alimentazione è limitato”, spiega Reinhold Ungruhe, responsabile dell’automazione e dell’elettrotecnica di Keller HCW GmbH. Finora, per separare i mattoni, ma anche per altri processi di movimentazione nell’industria dell’argilla pesante, sono state utilizzate soprattutto pinze robot che funzionano con azionamenti pneumatici.

Percorsi di regolazione precedentemente limitati a 10 mm dalla pneumatica
Tuttavia, a causa delle corse limitate o della velocità di regolazione relativamente bassa dei cilindri pneumatici, le corse di regolazione non devono superare i 10 mm. Questo è uno svantaggio quando forme e formati diversi di mattoni passano sulla stessa linea, come accade sempre più spesso. Nei paesi industriali sviluppati, ad esempio, è ormai abbastanza comune che le poche migliaia di tegole, comprese le necessarie tegole speciali (come le tegole di bordo e di colmo), necessarie per il tetto di una casa siano prodotte dal cliente in un unico lotto su un’unica linea.

In pratica, questo ha significato finora che le fabbriche di laterizi spesso acquistano diverse pinze per ogni robot – di solito un robot a 6 assi – e le utilizzano alternativamente per poter coprire tutti i formati e le tipologie. Tuttavia, con costi di acquisizione di circa 50.000 euro per pinza, questo vincola molto il capitale delle aziende. In alternativa, gli utenti hanno la possibilità di acquistare una sola pinza per robot e di convertirla ogni volta che è necessario cambiare formato o tipo. Per ridurre al minimo queste conversioni dispendiose per l’utente, Keller ha implementato una pinza ibrida in cui le pinze ad azionamento pneumatico sono regolate con un servocomando rotante, in modo da poter raggruppare più formati e tipi di mattoni con una stessa pinza.

La regolazione della pneumatica richiede un istinto sicuro
“Tuttavia, la regolazione della pneumatica è piuttosto difficile nella pratica”, ammette Reinhold Ungruhe. “Se non altro perché gli attuatori pneumatici si comportano in modo diverso a seconda della temperatura ambiente e quindi una regolazione precisa del punto di presa e della forza di presa è possibile solo in misura limitata”. La condensa e le altre impurità presenti nell’aria compressa fanno il resto. Inoltre, i cilindri pneumatici non sono esenti da manutenzione: devono essere oliati, ad esempio. Inoltre, le guarnizioni si ingorgano o perdono, soprattutto alle alte frequenze di funzionamento dell’azionamento, rendendo necessaria la sostituzione dell’intero cilindro.

Keller ha quindi fatto un ulteriore passo avanti e ha sviluppato una pinza dimostrativa completamente elettrica che non presenta questi svantaggi. Dodici motori lineari del tipo PS01-37Sx120-HP-N di LinMot muovono le pinze direttamente collegate. Hanno una corsa massima di 120 mm, una forza massima di 122 N e un design particolarmente compatto.


Il motore lineare LinMot PS01-37Sx120-HP-N della serie PS01 richiede poco spazio ed è caratterizzato da un’ampia corsa e da un’elevata forza massima. (Fonte: LinMot)


Elevata dinamica e ripetibilità con i motori lineari
“I motori lineari possono essere controllati con maggiore precisione e sono più dinamici degli azionamenti pneumatici. Possono anche affrontare viaggi molto più lunghi in breve tempo”, afferma lo specialista Keller per l’automazione e l’elettrotecnica, riassumendo i vantaggi. Lo schema di posizionamento dei mattoni può essere specificato tramite l’interfaccia utente del sistema e modificato con la semplice pressione di un pulsante, senza dover effettuare conversioni o modifiche alle pinze che richiedono molto tempo. A differenza degli azionamenti pneumatici, la forza di presa può essere controllata direttamente. Questa capacità e l’ampia corsa, insieme all’elevata dinamica, sono in gran parte responsabili del fatto che la pinza può essere utilizzata in modo così universale e può gestire prodotti delicati come barattoli o contenitori di cartone in modo altrettanto affidabile che prodotti robusti. I motori lineari della nuova pinza sono controllati da 12 servocontrollori ProfiNet della serie C1100 di LinMot, appositamente progettati per applicazioni in cui i cilindri pneumatici sono sostituiti da motori lineari. Con un’altezza di 146 mm, una larghezza di 26,6 mm e una profondità di 106 mm, i controller sono molto compatti e leggeri. “Questo è importante per quanto riguarda il carico utile della pinza, poiché volevamo posizionare i controllori direttamente sulla pinza per ridurre al minimo il numero di cavi che attraversano il robot”, spiega Reinhold Ungruhe. Tuttavia, lo svantaggio del peso aggiuntivo è solitamente più che compensato dall’eliminazione dei terminali delle valvole, dei componenti meccanici e dei sensori precedentemente necessari, nonché dalla maggiore flessibilità e ripetibilità degli azionamenti elettrici. “Per la serie, l’uso dei moduli multiasse LinMot o dei motori decentralizzati dell’azienda con elettronica di azionamento integrata si presterebbe anche a un’ulteriore riduzione di peso e spazio”, aggiunge l’esperto di automazione.


Grazie all’utilizzo di motori Linarmot, il nuovo braccio di presa robotico di Keller HCW non richiede l’uso di pneumatica ed è quindi facile per i costi operativi e l’ambiente (fonte: Keller HCW).


Ecologico ed economico
Nei paesi sviluppati, gli utenti si stanno concentrando su un altro aspetto degli azionamenti diretti elettrici: l’uso economico dell’energia. “Sempre più produttori di manufatti in argilla pesante scoprono che l’efficienza energetica delle loro produzioni è una caratteristica distintiva e un fattore di immagine che promuove le vendite”, riferisce Reinhold Ungruhe.

L’aria compressa non rientra in questo quadro, poiché è una delle fonti energetiche più inefficienti e quindi più costose. Solo il 5% circa dell’energia utilizzata è disponibile nell’attuatore come potenza utile. Soprattutto nel caso dei cilindri veloci, l’elevato livello di rumore dimostra che molta energia viene sprecata nel senso diretto del termine. I maggiori costi di acquisto di un attuatore elettrico si ammortizzano rapidamente. Anche con calcoli prudenti, si ripaga dopo un massimo di tre anni con la sua efficienza di circa il 97%. Non c’è quindi da stupirsi se sempre più aziende cercano di rinunciare completamente all’aria compressa nei loro processi produttivi. Keller, ad esempio, ha recentemente realizzato un impianto per il tamponamento di blocchi cavi con lana di roccia completamente privo di pneumatica. “Il grande interesse che la pinza ha suscitato ad Automatica a Monaco ci conferma nella nostra valutazione che anche molti settori al di fuori dell’industria dell’argilla pesante stanno seguendo questa tendenza e sono alla ricerca di una soluzione di presa e separazione flessibile e affidabile basata su motori lineari”, afferma Reinhold Ungruhe, guardando con ottimismo al prossimo futuro.

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