Se hai mai attraversato una catena di montaggio automobilistica, osservato un complesso progetto di fabbricazione di metalli prendere vita o visto una stampante 3D stendere strato dopo strato di materiale da costruzione con precisione impeccabile, probabilmente hai visto un robot industriale al lavoro. Queste macchine svolgono sollevamenti pesanti, compiti ripetitivi e lavori di alta precisione che sarebbero impossibili o pericolosi da gestire per i lavoratori umani 24 ore su 24. Ma se vi siete mai chiesti cosa renda un robot industriale in grado di gestire la portiera di un'auto un minuto e un delicato componente elettronico il minuto dopo, la risposta spesso si riduce a una specifica fondamentale: la capacità di carico utile. In qualità di fornitore di robot industriali, ogni giorno mi viene chiesto informazioni sulla capacità di carico utile, dai proprietari di piccole imprese che acquistano il loro primo braccio robotico ai responsabili di produzione che aggiornano una linea vecchia di 10 anni. Oggi voglio analizzare in dettaglio cosa significa esattamente la capacità di carico utile per i robot industriali, come viene calcolata, perché non è un numero valido per tutti e come la scelta del carico utile giusto fa la differenza tra un flusso di lavoro regolare ed efficiente e tempi di inattività costosi.
Per prima cosa, chiariamo la definizione di base, perché è qui che molti principianti (e anche alcuni operatori esperti) si confondono. Quando parliamo di capacità di carico per i robot industriali, non ci riferiamo solo alla quantità di peso che il braccio può sostenere sulla sua pinza. Questo è in parte, ma c'è molto di più. La vera capacità di carico utile include il peso dell'utensile o dell'utensile terminale del braccio (EOAT) utilizzato dal robot, più il peso della parte che sta movimentando, il tutto mentre il braccio si muove alla sua massima velocità, raggiunge la sua massima estensione e percorre l'intera gamma di movimento. Molti fornitori elencano un numero di "carico utile statico", che è semplicemente il peso che il robot può sostenere quando è completamente fermo, ma non è quasi mai il numero da utilizzare per le applicazioni del mondo reale. Se utilizzi il carico utile statico, potresti acquistare un robot in grado di contenere la pistola di saldatura di cui hai bisogno, ma una volta che inizia a muoversi dietro un angolo a tutta velocità, lo stress sulle sue articolazioni può comprometterne la precisione o addirittura causare un'usura prematura.
Rendiamolo concreto con un esempio tratto dalle nostre linee di prodotti. Se operi nel settore della saldatura, che è uno degli usi più comuni dei robot industriali, devi tenere conto del peso della torcia di saldatura, dei cavi che alimentano l'alimentazione e del gas di protezione e del peso della parte da saldare. Per una parte più piccola e leggera come il telaio di una bicicletta, un robot con carico utile inferiore potrebbe funzionare, ma per l’acciaio strutturale pesante utilizzato nelle macchine edili è necessario qualcosa con più potenza. È lì che il nostroRobot di saldatura ARC2010entra. Ha un carico utile nominale di 20 chilogrammi, sufficiente per gestire una pistola di saldatura pesante e parti in acciaio spesse senza sacrificare la velocità o la precisione. Confrontalo con ilRobot di saldatura ARC1440, che ha un carico utile di 14 chilogrammi. Questo è migliore per attività di saldatura più piccole e leggere come i pannelli della carrozzeria automobilistica, dove non è necessario sollevare tanto peso, ma è necessaria quella destrezza extra per lavorare in spazi ristretti.
Ora, perché il carico utile è così importante? Perché se scegli un robot con un carico utile troppo basso per la tua applicazione, ti metti nei guai. Il robot dovrà lavorare di più per spostare il carico, il che significa un’usura più rapida dei suoi motori, ingranaggi e giunti. Ciò può portare a guasti imprevisti, che comportano costi in termini di tempi di produzione persi e costi di riparazione. Può anche compromettere la qualità del tuo lavoro: se il braccio è sforzato per spostare un carico pesante, potrebbe non mantenere il percorso preciso necessario per la saldatura, la verniciatura o l'imballaggio, causando parti difettose. D'altro canto, scegliere un robot con un carico utile troppo elevato è uno spreco di denaro. Un robot con un carico utile di 50 chilogrammi costa di più in anticipo, consuma più energia e occupa più spazio del necessario per un compito semplice come imballare piccole scatole. È come acquistare un camioncino per andare al lavoro ogni giorno: certo, può gestire il carico, ma stai pagando per funzionalità che non utilizzerai mai.
Un'altra cosa da capire sulla capacità di carico è che varia in base alla postura del robot. La maggior parte dei robot industriali ha un "spazio di lavoro" o lo spazio che può raggiungere, e la capacità di carico utile è massima quando il braccio è nella sua posizione più stabile, solitamente in posizione eretta, con la base nel punto più basso. Quando il braccio si estende ulteriormente o si gira per raggiungere parti dell'area di lavoro più lontane, la sua capacità di carico utile effettiva diminuisce. Ad esempio, un robot potrebbe avere un carico utile di 20 chilogrammi quando la pinza si trova a 50 centimetri dalla base, ma solo 15 chilogrammi quando è estesa a 1 metro. Ecco perché è così importante mappare la tua cella di lavoro prima di acquistare un robot: misurare la distanza che il braccio deve raggiungere per ciascuna attività e tenerne conto nel calcolo del carico utile. Se è necessario raggiungere un banco di lavoro di grandi dimensioni, potrebbe essere necessario optare per un robot con carico utile leggermente superiore per tenere conto della capacità ridotta alla massima estensione.
Parliamo dei diversi tipi di robot industriali e di come si accumulano le loro capacità di carico utile, perché non è uno scenario valido per tutti. Esistono sei tipi principali di robot industriali, ciascuno progettato per compiti diversi e ciascuno con le proprie gamme di carico utile. I robot articolati, che sono il tipo più comune (si pensi al braccio robotico standard a 6 assi che si vede sulle catene di montaggio), hanno carichi utili che vanno da un minimo di 1 chilogrammo per compiti piccoli e precisi come l’assemblaggio di componenti elettronici, fino a 1.000 chilogrammi o più per la movimentazione di materiali pesanti. I robot SCARA, ideali per compiti veloci e planari come la raccolta e il posizionamento di piccole parti, di solito hanno carichi utili compresi tra 1 e 20 chilogrammi. I robot Delta, noti per la loro velocità nell’imballaggio e nello smistamento, raggiungono un peso massimo di circa 20 chilogrammi. Poi ci sono robot specializzati come il nostroRobot di saldatura mobile, che abbina un braccio articolato ad una base mobile. Quel robot deve tenere conto del peso del braccio, dell'attrezzatura di saldatura e della base mobile stessa, quindi il suo carico utile è leggermente inferiore a quello di un robot di saldatura fisso, ma compensa essendo in grado di spostare parti di grandi dimensioni che sarebbero troppo grandi per una cella di lavoro fissa. NostroRobot di saldatura industrialeLa linea, ad esempio, copre un'ampia gamma di carichi utili da 6 chilogrammi fino a 30 chilogrammi, quindi possiamo abbinare il robot giusto a qualsiasi attività di saldatura, dalle piccole parti automobilistiche alle macchine edili pesanti.
Spesso mi viene chiesto se è possibile "adattare" un robot per gestire un carico utile più pesante. La risposta breve è no, non proprio. L'intero robot è progettato pensando a un carico utile specifico: i suoi motori, ingranaggi e componenti strutturali sono dimensionati per gestire tale carico. Se provi a mettere uno strumento o una parte più pesante su un robot progettato per un carico utile inferiore, stai mettendo sotto stress le parti che non sono state costruite per quello, il che può portare a guasti. A volte, le persone provano a utilizzare una pinza o uno strumento più pesante del necessario, il che aggiunge peso extra e riduce il carico utile effettivo del robot. Ecco perché consigliamo sempre di collaborare con un fornitore che possa aiutarvi a calcolare esattamente il carico utile di cui avete bisogno, in base agli strumenti, ai componenti e all'area di lavoro specifici.
Un altro fattore che influenza la capacità di carico è la velocità del robot. Quando un robot si muove alla massima velocità, la quantità di moto del carico aggiunge ulteriore stress al braccio. Quindi un robot in grado di gestire un carico utile di 10 chilogrammi a bassa velocità potrebbe gestire solo 8 chilogrammi quando si muove alla massima velocità. Questo è un punto critico per le applicazioni ad alta velocità come l'imballaggio o il pick-and-place, dove il tempo di ciclo è tutto. Se gestisci una linea di confezionamento che deve spostare 100 parti al minuto, devi assicurarti che la capacità di carico del tuo robot tenga conto di tale velocità. I nostri robot SCARA, ad esempio, sono progettati per mantenere il carico utile nominale anche a velocità elevate, perché sappiamo che per molti dei nostri clienti la velocità è importante tanto quanto la potenza di sollevamento.
Parliamo anche di esempi reali di come la capacità di carico utile influisce sulle aziende. Qualche anno fa lavoravamo con un piccolo negozio di ricambi automobilistici che utilizzava un robot di seconda mano con un carico statico di 10 chilogrammi. Lo stavano usando per saldare i tubi di scarico, che includevano una pistola per saldatura che pesava 4 chilogrammi e un tubo di scarico che pesava 5 chilogrammi, 9 chilogrammi in totale, che avrebbero dovuto adattarsi. Ma poiché stavano lavorando su parti all’estremità dell’area di lavoro del robot, il carico utile effettivo è sceso a 7 chilogrammi. Dopo alcuni mesi, l'articolazione del polso del robot ha iniziato a cedere perché faceva fatica a spostare il carico. Hanno dovuto sostituire il giunto, cosa che è costata più del valore del robot stesso, oltre a perdere due settimane di produzione. Quando sono venuti da noi, abbiamo consigliato il nostro robot di saldatura ARC1440, che ha un carico utile nominale di 14 chilogrammi e una portata sufficiente per coprire l'intera cella di lavoro. Lo usano ormai da tre anni e non hanno avuto grossi problemi. Questo è il tipo di problema che puoi evitare ottenendo il carico utile fin dall'inizio.
Quindi, come si calcola la giusta capacità di carico utile per la propria applicazione? Analizziamolo passo dopo passo. Innanzitutto, somma il peso della parte che dovrai maneggiare. In secondo luogo, aggiungere il peso dell'attrezzatura all'estremità del braccio (pinza, torcia di saldatura, pistola di verniciatura, ecc.). In terzo luogo, aggiungere il peso di eventuali cavi, tubi flessibili o altri accessori collegati allo strumento e che si muovono con il braccio. In quarto luogo, considera l'area di lavoro del robot: misura la portata massima necessaria per ciascuna attività e cerca il carico utile del robot a tale portata (queste informazioni si trovano nella scheda delle specifiche di ogni robot). In quinto luogo, aggiungi un margine di sicurezza del 10-15%. Questo margine è importante perché tiene conto di qualsiasi peso imprevisto (come una parte leggermente più pesante o uno strumento che potresti aggiungere in seguito) e riduce l'usura del robot. Se il carico totale calcolato è di 9 chilogrammi, un margine di sicurezza del 15% ti porterebbe a 10,35 chilogrammi, quindi avresti bisogno di un robot con un carico utile nominale di almeno 11 chilogrammi.
Vale anche la pena notare che la capacità di carico utile non è l'unica specifica a cui dovresti prestare attenzione, ma è una delle più importanti. Altri fattori includono portata, precisione, velocità, ripetibilità e il tipo di attività per cui è progettato il robot. Ad esempio, un robot con un carico utile elevato potrebbe non avere la precisione necessaria per l'assemblaggio di componenti elettronici, mentre un robot con una velocità molto elevata potrebbe non avere la durata necessaria per la movimentazione di materiali pesanti. Ecco perché lavorare con un fornitore esperto è fondamentale: possiamo aiutarti a confrontare tutti questi fattori e trovare il robot perfetto per le tue esigenze specifiche, non solo quello con il carico utile più elevato.
In qualità di fornitore di robot industriali, ho visto in prima persona come un errore nella capacità di carico utile possa far deragliare un progetto e come farlo nel modo giusto può trasformare un'azienda. Che tu sia un piccolo negozio che ha appena iniziato ad automatizzare o un grande produttore che desidera aggiornare la propria linea di produzione, la capacità di carico utile è il fondamento del tuo sistema robotico. Non è un numero da prendere alla leggera: fai le tue ricerche, mappa la tua cella di lavoro, calcola il tuo carico e non aver paura di chiedere aiuto.
Se sei pronto per saperne di più su come la capacità di carico utile si applica alla tua applicazione specifica o se desideri esplorare la nostra linea di robot di saldatura, robot mobili o soluzioni di automazione industriale, non esitare a contattarci. Abbiamo collaborato con aziende di tutte le dimensioni, dal settore automobilistico e aerospaziale all'edilizia e all'imballaggio, e possiamo aiutarti a trovare il robot giusto per aumentare la tua efficienza, migliorare la qualità e proteggere i tuoi lavoratori.
RIFERIMENTI
- Associazione delle industrie di robotica. (2022). Standard e specifiche di sicurezza dei robot industriali. Rapporto RIA 15.06-2022.
- Organizzazione internazionale per la standardizzazione. (2021). Robot e dispositivi robotici – Requisiti di sicurezza per robot industriali. ISO 10218-1:2021.
- Vukobratovic, M., & Stokic, D. (2018). Fondamenti di robotica industriale. Springer Press.
- Associazione degli utensili di fine braccio. (2023). Guida al calcolo dei requisiti di carico per l'EOAT robotico. Rapporto di settore dell'EOAT.
- Soluzioni per la produzione automobilistica. (2022). Ottimizzazione del carico utile per i robot di saldatura: un caso di studio. Trimestrale sulla produzione automobilistica.
