Domande da porsi prima di scegliere la prossima pinza per robot

In un era dove la corsa al miglioramento dell'efficienza, dei tempi del ciclo produttivo e della salute dell'operatore, la scelta della giusta pinza di presa per robot si pone come ago della bilancia tra un impianto robotizzato produttivo ed uno invece che si trasforma in un incubo. La scelta vincente non può che passare da considerazioni operative e progettuali corrette.

Pinze pneumatiche per automazione

Da un lato il problema, dall’altro un’ampia varietà di opzioni di pinze pneumatiche per automazione disponibili sul mercato.

Modelli per il settore automobilistico, sanitario, delle telecomunicazioni e dei beni di consumo e non ultimo l'allestimento di sistemi di automazione di pick-and-place e i sistemi di presa per robot; questa ampia scelta può di contro generare risvolti frustranti e scoraggianti.

Ogni tipo di pinza pneumatica ha la sua particolare caratteristica, il sistema di attuazione, la pressione di esercizio operativa, la lunghezza dei terminali applicabili, che se sottovalutate potrebbero rendere inefficienti le specifiche richieste dall'applicazione.

Caratteristiche delle pinze pneumatiche per robot

Tutti i fattori devono essere considerati con cautela. Vediamo quali sono i principali compiti di base che le pinze pneumatiche o elettriche possono svolgere:

Generalmente lo spostamento del carico da e verso un trasportatore, da una stazione di lavoro o un'unità. Il posizionamento dei componenti, il carico e lo scarico, l'imballaggio, l’inscatolamento o la pallettizzazione sono tutte applicazioni tipiche.

L'orientamento dei pezzi nella stazione di presa permette alla pinza parallela di allineare un componente ottimale e collocarlo nella stazione della fase successiva. Un esempio potrebbe essere l'allineamento di precisione per l'applicazione di un adesivo, il posizionamento di un particolare in una stazione di assemblaggio, o l'imballaggio delle scatole.

Il mantenimento in posizione di un pezzo con presa sicura è l’obbiettivo principale di un'operazione efficiente.

Forze in gioco nelle mani di presa per robot

Questa operazione può essere molto più difficile su una pinza autocentrante perché non solo deve mantenere il componente mentre il lavoro viene completato, ma deve anche tollerare le forze di lavoro che vengono esercitate a seguito di operazioni che possono essere di taglio, di stampaggio o di marchiatura. Quindi onde poter scalare correttamente una pinza parallela, è necessario tenere conto delle forze esterne applicate.

Come scegliere le giuste pinze di presa

Come si può bene immaginare la capacità di ottenere e mantenere una presa solida e sicura in modo affidabile può essere la differenza tra il successo e il fallimento dell’operazione.

Per prendere scegliere la tipologia di pinza più efficace, ecco alcune domande che potete prendere in considerazione quando iniziate la vostra selezione:

Quale tipo di attuazione è la più indicata, pneumatica od elettrica?

Nell'odierno mondo della produzione integrata, che offre un'ampia panoramica dei processi dell'impianto, la scelta iniziale è se utilizzare una pinza autocentrante elettrica o pneumatica. Tutti eseguono gli stessi compiti di base, ma tra i due ci sono diverse alcune considerazioni che entrano in campo:

Pinza autocentrante elettrica

Durante il ciclo operativo, le pinze elettriche (la cui attuazione è garantita da un motore elettrico rotativo o lineare) producono sostanzialmente meno rumore rispetto a quelle pneumatiche e per le loro caratteristiche sono più indicate per essere impiegate in aree di produzione sensibili come nelle applicazioni alimentari, medicinali e informatiche. Offrono oltretutto ulteriori monitoraggi sui propri risultati operativi; come per esempio la forza di chiusura – che può essere regolabile – o le dimensioni e il peso del particolare manipolato. Questa tipologia di pinza è spesso adottata sui robot pallettizzatori.

A proposito qui trovi la definizione di wikipedia per il pallettizzatore https://it.qwe.wiki/wiki/Palletizer .

A seconda dei modelli, l’installazione può essere destinata ad utenti esperti ma anche a principianti; si collegano direttamente ad un sistema di controllo / PLC con un semplice cablaggio standard.

Pinze pneumatiche

Le pinze pneumatiche (funzionamento con aria compressa) sono il modello convenzionale ed economico, sono azionate da un pistone pneumatico e rappresentano il 95% delle pinze in funzione.

I modelli di pinze pneumatiche sono facili da montare e da far funzionare, sia gli utenti esperti che i principianti, e anche qui si collegano direttamente ad un sistema di controllo / PLC con cablaggio standard.

Da un lato le pinze pneumatiche hanno doti di velocità di apertura/chiusura migliore, un ingombro minore e un costo minore confrontando i rapporti forza di presa e le dimensioni di ingombro, dall’altro sono rumorose e di solito vincolate da un funzionamento basico di tipo ON/OFF, nel formato di stato aperto o chiuso.

Costi nelle pinze pneumatiche

I costi nascosti significativi, anche se più piccoli nel costo iniziale, includono impianti pneumatici, pompe, raccordi, valvole, compressori, ecc. necessari per il collegamento ad un dispositivo di controllo o PLC. Erroneamente molto spesso questi accessori fanno già parte di un impianto di produzione e quindi non è considerata come parte della spesa per l'installazione di un'altra pinza pneumatica.

Pinze per robot: in che tipo di ambiente andrà ad operare la pinza?

Sebbene queste funzioni siano piuttosto comuni ad un programma di automazione, la sofisticazione della selezione degli organi di presa per robot di pallettizzazione inizia con la definizione delle condizioni operative. Si deve stabilire tra due tipi di ambienti operativi:

Pinze per robot: in Ambiente pulito:

Tipico nelle attività mediche, farmaceutiche, informatiche e di lavorazione degli alimenti in cui sono consentite solo minime quantità di inquinanti atmosferici o superficiali, qui c’è l’obbligo di evitare che qualsiasi olio o elemento inquinante che arriva dalla pinza parallela venga rilasciato nell'area di lavoro per evitare di contaminare il componente o il dispositivo.

In questo caso è meglio cercare una pinza di presa per robot certificata che sia autorizzata per ambienti di camera bianca.

Ugelli di pressurizzazione nelle pinze pneumatiche per automazione

Alcuni modelli sono dotati di ugelli di pressurizzazione che se collegati a dei dispositivi di aspirazione chiamati venturi aiutano a prevenire la fuoriuscita di sostanze inquinanti dalla pinza di presa dell'aria. Questi aspiratori a basso livello creano una pressione negativa all'interno della pinza di presa ed aspirano aria pulita dall'esterno, impedendo la fuoriuscita di olio o di sostanze inquinanti durante il funzionamento della pinza.

Mani di presa per robot in ambiente contaminato

Elevate quantità di residui da combustione, polveri di metallo, grafite e grasso tipici di automobili, fonderie, lavorazioni meccaniche e applicazioni industriali in generale influenzeranno negativamente la pinza di presa pe robot.

In questo caso la pressurizzazione che viene applicata è positiva. L’ingresso di pressurizzazione è ricavato sul corpo della pinza ed è collegato al sistema interno. Un volume limitato di aria a bassa pressione viene applicato durante il funzionamento per mantenere la pressione positiva all'interno dell'alloggiamento della pinza di presa pe robot e per evitare che le sostanze inquinanti vengano trascinate attraverso la struttura interna della pinza.

Per condizioni di lavoro particolarmente difficili, la scelta di aggiungere raccordi di lubrificazione che aggiungono lubrificante al dispositivo, fornisce un ulteriore strato di protezione per la pinza.

Negli organi di presa per robot è necessaria una pinza di presa a tenuta stagna o basta una copertura?

Sia che si lavori in un ambiente pulito o sporco, soffietti, coperchi (o guarnizioni) possono essere utilizzati per proteggere la pinza dagli agenti contaminanti, o per aiutare a prevenire la fuoriuscita di fluidi e contenuti interni in un ambiente pulito.

Le coperture delle pinze possono essere costituite da diversi tipi e tessuti, comprese parti di base o coperture in lamiera, soffietti o raschiatori a labbro. La schermatura può essere fornita dall'utente finale come standard, opzionale o come requisito speciale come parte della pinza di presa per robot.

Trattamenti superficiali comuni nelle pinze per robot

Le pinze di presa possono essere realizzate con una varietà di materiali e metodi diversi.

L'acciaio inossidabile, la nichelatura e l'anodizzazione dura proteggono le superfici dalla corrosione, ed impediscono ai detriti di insediarsi e rovinare la sede guida.

Tali rivestimenti possono anche evitare l'ossidazione o la formazione di batteri che rischiano di essere rilasciati nell'ambiente di lavoro in camere bianche o applicazioni di lavorazione alimentare.

Lubrificazione delle pinze per robot

I tipi di lubrificanti specifici vanno selezionati in base all’ambiente di lavoro e possono essere idonei alle alte temperature, idonei ad essere utilizzati nel campo alimentare o resistenti all'acqua; per migliorare il trattamento in diverse condizioni o per facilitare la pulizia per il lavaggio.

Per quanto riguarda le guarnizioni/tenute, il Viton ® è considerato lo standard del settore nelle applicazioni per temperature elevate. Le guarnizioni metalliche sono solitamente utilizzate per la manipolazione di calore intenso e/o corrosione nelle pinze di presa.

Requisiti della chiave delle pinze per robot

Se le esigenze dell'ambiente operativo sono note, il prossimo passo importante è considerare il design e la tipologia della pinza di presa. Fondamentalmente una pinza autocentrante è composta da tre parti fondamentali: corpo, terminali e dita.

In generale, una pinza di presa per robot si intende costituita dal corpo e le ganasce. Le dita di presa di solito sono ad appannaggio del costruttore del sistema o l'utente finale, che le disegna e le realizza basandosi sulla forma del particolare da serrare.

La scelta di una pinza di presa deve anche basarsi sulla lunghezza delle dita richiesta dall’applicazione; infatti bisogna considerare che la lunghezza del dito in eccesso potrà causare una decaduta della forza di chiusura della pinza.

Pinze per robot da aziende esperte

Quando si calcola la forza di presa necessaria è bene affidarsi a degli esperti, diversamente il rischio che può insorgere è che il pezzo manipolato subisca danni a causa di una forza di chiusura eccessiva o di contro in presenza di una forza di chiusura necessaria sottostimata, sia perso durante i movimenti del robot.

Altro elemento da considerare è la corsa della pinza.

Se bisogna manipolare particolari di verse dimensioni conviene scegliere una pinza parallela con un range di apertura adeguato, tenendo conto che una corsa di lavoro lunga incide sui tempi di reazione della pinza.

Caratteristiche di una pinza per robot che possono influenzare l'efficienza del processo

La ripetibilità, in generale, è più critica della precisione ed è un criterio cruciale quando si prelevano oggetti molto piccoli, o quando si opera in un ambiente ad alta precisione dove un componente è posizionato per l'installazione all'interno di un altro.

Il produttore della pinza di presa di solito rilascia questi requisiti sui cataloghi e se si tenta di utilizzare una pinza al di fuori dei suoi parametri di prestazione, è bene consultare i progettisti della pinza parallela. La comprensione dei punti di forza e dei loro compromessi in termini di efficienza, nonché la capacità di bilanciare il ruolo della pinza con le specifiche ed il budget, è un requisito fondamentale.

Pinze per robot: meccanismi di apertura e chiusura

Sono molteplici i sistemi di movimentazione delle ganasce di una pinza di presa. Mani di presa per robot simili possono avere le stesse dimensioni e servire lo stesso scopo, ma hanno specifiche di movimentazione diverse, alcune sono idonee per ambienti operativi diversi rispetto ad altre.

Per garantire un'attuazione coerente ed efficace delle pinze di presa, è importante adottare il meccanismo corretto di movimento.

Pinze per robot: metodi specifici di movimento

Quale tipologia di attuazione garantisce una trasmissione elevata della forza di forza di chiusura?

L’utilizzo di una configurazione con piani inclinati rettificati è una soluzione estremamente efficace. Questo meccanismo denominato a piani inclinati sfrutta l'ampia superficie di contatto che si viene a creare.

Questa tipologia di meccanismo è adatta per applicazioni con carichi elevati e mantiene un alto grado di precisione quando viene lavorata con tolleranze strette e fornisce una trasmissione della forza costante in ogni punto della corsa.

Alta precisione con basso attrito

Per ottenere una precisione molto elevata, i cuscinetti che sostengono le ganasce possono essere precaricati. Con la regolazione esterna del precarico questo dispositivo di supporto è semplice da gestire. L’utilizzo tipico avviene in applicazioni in cui i terminali di presa hanno bisogno di gioco laterale molto basso per tutta la corsa di lavoro della pinza parallela. Naturalmente il basso attrito aumenta la disponibilità della forza di presa della pinza.

Pinze per robot: Applicazioni precise a bassa pressione dell'aria

In questa configurazione la guida è realizzata con cuscinetti a sfera. Questo sistema può funzionare con una pressione dell'aria molto bassa e garantisce per un movimento regolare. Un ulteriore vantaggio è la diminuzione della richiesta di lubrificazione esterna durante il suo funzionamento.

Il tipo di cuscinetto utilizzato e la bassa superficie di contatto utilizzata nella configurazione della guida, definisce alcune delle caratteristiche principali di una pinza di presa, come la capacità di lavorare a pressione d'aria estremamente bassa, la resistenza agli urti, la ripetibilità e la bassa usura nel tempo.

Da dove deriva la forza di una Pinza per robot?

La modalità di trasmissione della forza di una Pinza per robot si basa sul trasferimento di forza dal pistone pneumatico - interno alla pinza stessa - alle ganasce di presa che eseguono il movimento, generando una forza di presa.

Pinze per robot: direttive di base da seguire

Le pinza di presa ad alta forza di presa hanno però una limitata corsa di lavoro, anche perché utilizzano una configurazione meccanica del tipo a cuneo su entrambi i lati. Questa configurazione fornisce un'ampia superficie per il trasferimento della pressione alle ganasce con controllo della forza uniformemente distribuito lungo la corsa di lavoro.

Tipicamente questo modello utilizza una configurazione a singolo pistone in grado di fornire un elevato rapporto tra potenza di presa e dimensioni. L’apertura/chiusura della ganascia/dito della pinza è del tipo autocentrante.

Pinze per robot: Approccio economico.

Un meccanismo ad azionamento diretto utilizza un perno o un'asta per fissare il pistone alla ganascia. In alcuni casi dove è richiesta una forza di chiusura maggiore, il design standard della pinza è del tipo a doppio pistone e prevede un collegamento di sincronizzazione delle due ganasce mediante un sistema che può essere a pignone e cremagliera.

Le pinze di presa angolari

Per la trasmissione di potenza ai terminali, molte pinze angolari utilizzano un meccanismo a camme con attuazione diretta e autocentrante. La camma produrrà un vantaggio meccanico, che fornisce alla pinza un'elevata forza di presa.

La camma è comunemente utilizzata nelle pinze autocentranti a movimento angolare, ma può essere utilizzata anche in altre configurazioni.

Sistemi di presa per robot ad alta precisione per un'elevata ripetibilità

Il funzionamento veloce e sincrono della trasmissione a cremagliera è molto comune per le applicazioni di precisione, poiché crea una bassa usura dei componenti di azionamento per una lunga durata.

Una volta costruita, una trasmissione a cremagliera e pignone può garantire delle tolleranze molto basse, rendendo molto facile la creazione di una pinza pneumatica a ganasce asincrona.

Il design delle dita nelle pinze per robot

Innanzitutto è bene eseguire una revisione di sicurezza per ridurre il rischio di lesioni o danni al dispositivo in caso di perdita di un componente. Prestare molta attenzione al materiale utilizzato nella costruzione delle dita e alla qualità di presa del prodotto. In alcuni casi ed in presenza di particolari realizzati in materiali morbidi, può capitare che dita lascino dei segni di presa sulla superficie. Per evitare questo al posto dell'alluminio e dell'acciaio, si possano utilizzare per realizzare i terminali del materiale come il nylon, Delrin®, fibre e altri materiali leggeri.

Per i pezzi delicati, è possibile mettere tamponi di uretano sul dito per aumentare la pressione di presa senza esercitare una forza eccessiva che potrebbe danneggiare il pezzo.

Se ad un certo punto la pressione dell'aria viene persa, il componente può cadere a meno che la pinza pneumatica non abbia misure di protezione incorporate. In alcuni casi è bene prevedere un sistema anticaduta a molla, che garantisce la tenuta del pezzo anche in mancanza d’aria.

Con questo accessorio, se si perde la pressione dell'aria, il componente viene mantenuto in posizione.

E’ comunque importante dimensionare correttamente anche questo accessorio, altrimenti può capitare che quando il peso del pezzo è troppo grande per contrastare la forza di trazione posteriore necessaria per aprire la pinza, a causa della gravità, il pezzo potrà cadere. Se il pezzo cade durante un movimento di un pallettizzatore sono guiai.

Quali sono le caratteristiche aggiuntive di sicurezza nelle pinze per robot?

La protezione è fondamentale nel design e nella funzione di qualsiasi prodotto a maggior ragione quando si parla di una pinza di presa. Esistono altri metodi per evitare che un componente si stacchi inavvertitamente dalla pinza di presa e che possa causare lesioni ad un operatore o danni al componente. Per esempio in presenza di interruzione dell'alimentazione elettrica che provochi la perdita di pressione dell'aria di esercizio.

Prevenire la perdita di pressione dell'aria dovuta alla mancanza dell'alimentazione elettrica

Un metodo è quello di utilizzare dei bloccaggi delle guide della pinza di presa che bloccano automaticamente il movimento delle ganasce quando si perde la pressione dell'aria. Alcuni modelli di pinze, ma non tutti, supportano l'installazione dei blocca-stelo.

Si può decidere la dimensione e il tipo di pinza di presa per robot corretta solo dopo aver soppesato tutte le scelte. Se c'è qualche dubbio sull'abbinamento di un'applicazione con una pinza di presa, avvisare il produttore. Lasciate che convalidino le specifiche di uscita della pinza secondo il budget assegnato, ciò vi consentirà di risparmiare tempo e denaro impiegato studiando le molteplici soluzioni disponibili.

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