I manipolatori in accoppiamento coi sistemi di presa permettono la movimentazione di oggetti, e se poi tale processo viene automatizzato, ci si spinge verso quella che è la propensione dell’odierna automazione industriale; una delle sue maggiori applicazioni è rappresenta dai robot leggeri, denominati cobot, come quelli in Figura 1, utilizzati oramai da quasi tutte le industrie nell’assemblaggio, nella logistica e nell’imballaggio.
Un compito centrale dei cobot nella produzione industriale è la raccolta e lo spostamento di oggetti. L’anima di questo compito è la pinza di presa adatta. Quando si utilizzano robot piccoli e collaborativi, la pinza di presa deve soddisfare esigenze speciali: deve essere leggera, universalmente utilizzabile e rapida da integrare.
Le soluzioni robotiche dell’industria moderna sono utilizzate per le macchine di carico e scarico, per il commissionamento, la pallettizzazione e la depalettizzazione o per i processi di prelievo da cassoni. Il programma comprende sistemi di presa standardizzati e configurabili, kit di pinze, set di visione e handling e sistemi di presa a vuoto elettrici e pneumatici.
Le diverse pinze di presa prodotte dalle aziende leader del mercato sono compatibili con tutti i più comuni cobot e vengono fornite come set finiti per connessione. Esse sono inoltre provviste di interfacce di comunicazione per lo scambio bidirezionale di dati, di funzioni diagnostiche per il processo di handling, di sistemi di visione per il rilevamento del punto di presa o di ecosistemi per il cambio gripper automatizzato; la pinza di presa assume un ruolo centrale nell’intero sistema. Nella Figura 2A viene schematizzato la procedura di manipolazione del tipo “prendi e posiziona”, nella quale l’oggetto viene prelevato da una posizione definita e riposizionato in un’altra posizione anch’essa definita. I cobot possono eseguire tali compiti 24 ore su 24 e con elevata precisione e ripetibilità. Quando l’operazione è ripetitiva la programmazione del cobot può essere memorizzata e richiamata in qualsiasi momento, anche perché si utilizza un sistema di telecamere per identificare il rispettivo componente e rimuoverlo dalla scatola in modo indipendente. La Figura 2B illustra la manipolazione con una procedura del tipo “carico e scarico della macchina”, dove i cobot possono alleviare il lavoro degli operai e liberarli dallo stress della monotonia operativa, durante le fasi di carico e scarico. Quando la movimentazione è terminata, il cobot scarica immediatamente la macchina per poi ricaricarla. In Figura 2C viene rappresentato un esempio di manipolazione utilizzato nella procedura cosiddetta “imballaggio e pallettizzazione”, dove la pinza di presa a vuoto sposta in modo sicuro e delicato, sia i materiali morbidi e sensibili, sia le forme irregolari e. una volta che la quantità di prodotto e la rispettiva posizione di destinazione sono state memorizzate, i pezzi vengono sistematicamente posizionati fino al riempimento del cartone. Il processo termina con le parti confezionate e finite che vengono impilate ordinatamente sui pallet in posizioni predefinite. In Figura 2D viene schematizzata una manipolazione del tipo “ispezione di qualità e analisi di laboratorio”, dove la pinza di presa a vuoto movimenta i pezzi utilizzando poca pressione e li posiziona con precisione nella posizione stabilita per analisi o test. I pezzi vengono controllati o lavorati dalla macchina e quando il processo è completato, il cobot viene informato. Infine, nella Figura 2E, viene mostrato un esempio della manipolazione nel caso di “montaggio”, dove la pinza di presa a vuoto afferra i pezzi dall’alto e li posiziona in modo preciso nella posizione desiderata. I singoli componenti vengono afferrati e assemblati uno dopo l’altro. Una volta memorizzate, le fasi di lavoro possono essere ripetute tutte le volte che lo si desidera e senza interruzione le pinze di presa a vuoto svolgono compiti monotoni.
Tipologie degli organi di presa
I cobot che sostituiscono le braccia dell’uomo sono i manipolatori industriali, ovvero un insieme di corpi rigidi interconnessi da giunti meccanici e che formano una catena cinematica con un certo grado di articolazione. Esistono diversi tipologie di manipolatori, che differiscono generalmente per tipo e numero di giunti; alcune tra le tipologie più usate sono: manipolatore cartesiano, manipolatore a portale, SCARA o antropomorfo e, infine, il manipolatore cilindrico e sferico.
Nella Figura 3 viene rappresentato uno schema classico della parte terminale del manipolatore, dove alla base è presente un polso meccanico sul quale vengono installati gli organi terminali, le cui principali funzioni sono quelle di assicurare temporaneamente una definita posizione e orientamento dell’oggetto relativamente a un sistema di riferimento, oppure mantenere in condizioni statiche o dinamiche determinate forze e momenti, e permettere la variazione di posizione e orientamento dell’oggetto in relazione a un sistema di riferimento.
Gli organi terminali in genere vengono classificati in due categorie: gli utensili di lavoro e gli organi di presa o pinze. Gli utensili sono organi costruiti per svolgere una determinata funzione, e tra le lavorazioni tipiche si possono menzionare quelle in ambito automobilistico, come l’avvitatura e cablaggio, oppure la saldatura ad arco e a punti o verniciatura a spruzzo; in ambito di costruzioni, ad esempio il taglio laser o a getto d’acqua, oppure fresatura e trapanatura. La scelta dell’organo di presa viene effettuata considerando soprattutto i seguenti parametri: la conoscenza delle proprietà dell’oggetto e delle condizioni di lavoro, la tipologia di presa e disegno delle dita di presa, la stima delle forza di presa necessaria e dei valori di carico massimi per quell’oggetto, la verifica dei requisiti di protezione, sicurezza, connessioni e controlli.
Gli organi di presa vengono classificati in quattro categorie a seconda della tecnica con cui vengono afferrati gli oggetti, ma nell’industria si utilizzano principalmente due tipologie, nella prima la forza meccanica è direttamente impressa sull’oggetto da due o più direzioni, e nel secondo tipo la forza o un campo attrattivo vincola l’oggetto consentendone la presa, e in questo articolo vengono trattati i sistemi di presa meccanici che corrispondono al primo tipo e quelli a depressione (vuoto) che fanno riferimento alla seconda tipologia.
