Progettazione per l'assemblaggio robotico

Osservando un robot SCARA assemblare rapidamente diverse piccole parti in plastica, è difficile non pensare a lui come a una persona: una persona veloce, precisa, instancabile, ma pur sempre una persona.

In realtà, equiparare le capacità dei robot a quelle degli assemblatori umani è rischioso. Ciò che è facile per un assemblatore umano può essere difficile o impossibile per un robot e viceversa. Per garantire il successo con l’assemblaggio robotico, gli ingegneri devono adattare le loro parti, prodotti e processi ai requisiti specifici del robot.

Idealmente, gli ingegneri dovrebbero affrontare le problematiche relative all’assemblaggio robotizzato nelle prime fasi del processo di progettazione. Secondo Thierry Dumont, direttore vendite e gestione prodotti di Bosch Rexroth Corp. a Schwieberdingen, in Germania, costruire una cella di lavoro robotizzata è più difficile per un prodotto originariamente assemblato manualmente che per un prodotto progettato per essere assemblato automaticamente.

"Può essere complicato, perché le parti non sono state progettate per l'automazione", afferma. "Se riusciamo a lavorare con il cliente mentre progetta il prodotto, possiamo incorporare funzionalità che potrebbero non aggiungere nulla al prodotto stesso, ma possono migliorare parecchio l'assemblaggio."

Tom Reek, vicepresidente del settore automazione presso il produttore di pinze SCHUNK, è d'accordo. Secondo lui, i migliori progetti di automazione sono quelli con parti e processi ben definiti. Il progetto del pezzo è stato finalizzato ed è stato determinato il percorso del robot dal prelievo del pezzo al deposito.

“I problemi sorgono quando entrano in gioco le incognite”, afferma. “Ad esempio, se progettiamo una pinza per movimentare una parte, ma poi il progetto cambia. Ora, all'improvviso, si verifica un problema di gioco o una caratteristica sulla superficie che non ci consente di ottenere una presa adeguata sulla parte.

“Oppure, potremmo progettare una pinza per prelevare il pezzo con un orientamento, ma questo esce dall'alimentatore con un orientamento diverso che non ci consente di afferrare le aree originariamente previste.

“Vogliamo anche sapere dove andrà a finire la parte. Se il robot si limita a prelevare un pezzo da una macchina per lo stampaggio a iniezione e a gettarlo in un contenitore, rilasciare il pezzo non è un grosso problema. Ma se, ad esempio, il robot sta inserendo un connettore in un assieme, dobbiamo sapere quali superfici possiamo afferrare e quanto è profondo l’assieme”.

Per garantire il successo con l’assemblaggio robotico, gli ingegneri devono adattare le loro parti, prodotti e processi ai requisiti specifici del robot. Foto per gentile concessione di Robert Bosch GmbH

Molte delle linee guida di progettazione per migliorare i processi di assemblaggio manuale e meccanizzato si applicano anche all’assemblaggio robotizzato. Ad esempio, la riduzione del numero di parti di un prodotto ridurrà i costi e aumenterà l’affidabilità del processo indipendentemente dal tipo di attrezzatura utilizzata per assemblarlo.

Altre linee guida sono più specifiche per i robot. Ad esempio, a differenza degli assemblatori umani, la maggior parte dei robot non può tenere una parte in una mano e uno strumento nell’altra. Piuttosto, i robot SCARA e cartesiani sono “con una sola mano” e possono muoversi solo lungo tre o quattro assi. Di conseguenza, i prodotti dovrebbero essere progettati in modo da poter essere assemblati a strati dal basso verso l’alto.

"Se il prodotto non è stato progettato per l'assemblaggio robotizzato, spesso è necessario accedervi da più lati", afferma Dumont. "Vuoi che tutto sia accessibile dall'alto."

Il riorientamento di un assieme aumenta il tempo di ciclo senza aggiungere valore. Aumenta anche il costo degli infissi. E, invece di un robot SCARA o cartesiano, gli assemblatori potrebbero aver bisogno di un robot a sei assi più costoso.

Per ragioni simili, le parti dovrebbero essere progettate per rimanere al loro posto dopo essere state installate dal robot. Meglio ancora, le parti possono essere progettate con accoppiamenti a scatto, eliminando la necessità di fissaggio, saldatura o incollaggio successivi. Inoltre, poiché i robot non possono muoversi con la stessa ripetibilità dell’automazione dedicata e “dura”, le parti dovrebbero avere caratteristiche di autoallineamento, come labbra o smussi, per aiutare il robot a inserirle.

"Una delle prime cose da considerare quando si progetta un assieme è: 'I componenti vogliono stare insieme?'", afferma Phil Baratti, responsabile dell'ingegneria delle applicazioni presso Epson Robots. "Se devi forzare le parti per adattarle quando dovrebbero semplicemente andare al loro posto, potresti avere problemi con l'assemblaggio automatizzato."