Dai motori ai sistemi di azionamento

maxon motor si sta trasformando sempre più da fornitore di componenti a fornitore di soluzioni di sistema. Tra i componenti rientrano motori, riduttori, encoder e comandi di posizionamento e velocità. Con "sistemi" si intendono soluzioni di azionamento complete, ovvero unità meccatroniche e sottosistemi integrati in contesti più ampi. Il focus passa dai singoli componenti utilizzati alla funzionalità principale che devono soddisfare.

Tutto inizia con un componente customizzato, nello specifico un motore flat. Per una migliore dissipazione del calore sono stati applicati fori sul rotore. È necessario anche utilizzare un cavo speciale con connettore per il collegamento all'elettronica di comando del motore customizzato. All'inizio non è noto lo scopo specifico del motore e le interfacce meccaniche ed elettriche. Analizzando poi attentamente l'applicazione del cliente è evidente che il motore aziona un giunto robotico con ingranaggi. Uno spazio confinato, associato a un montaggio effettivamente complesso della soluzione esistente e le funzionalità aggiuntive richieste sono i motivi che portano ala creazione di una soluzione di sistema integrata.

Requisiti meccanici
· Velocità ridotte e coppie elevate richiedono motori con riduttori
· Range di movimento sull'uscita riduttore: circa 120°
· Bloccaggio del giunto in caso di assenza di alimentazione (freno di arresto)
· Possibilità di sgancio del bloccaggio. Il sistema potrebbe non essere autobloccante.
· I cavi devono passare attraverso i giunti

Requisiti elettrici ed elettronici
· Unità di comando per motore brushless (compresa commutazione, controllo di corrente e velocità)
· Comunicazione con un controllo master sovraordinato
· Sensore angolare per motore e uscita riduttore, informazioni sulla posizione da inviare al master

Tutto questo con peso e dimensioni limitati e predefiniti. Inoltre le emissioni (temperatura, vibrazioni ed emissioni acustiche) devono essere mantenute basse. Il sistema deve essere alimentato tramite batterie per essere efficiente dal punto di vista energetico. Ovviamente è necessario anche tener conto dei costi.

L'elenco dei requisiti è una breve carrellata degli aspetti da considerare nella ricerca di una soluzione integrata. Tutti questi aspetti possono essere chiariti solo grazie a una comunicazione intensa e aperta tra clienti e integratori di sistema.

Limiti del sistema

La prima domanda a cui rispondere è: cosa deve comprendere questo sistema? In che modo è possibile definire limiti di sistema ragionevoli tenendo conto delle funzionalità da ottenere? Come è composto l'ambiente del sistema, ad esempio le interfacce meccaniche ed elettriche? Come avviene lo scambio di informazioni e in che modo l'utente finale comunica con l'intero sistema?

Lo sviluppo di sistemi complessi è un processo che coinvolge persone con diversi background di conoscenze e diversi punti di vista. In che modo è possibile avere una comunicazione ottimale che permette a tutti i soggetti coinvolti di capirsi e perseguire gli stessi obiettivi? Potrebbe essere necessaria una considerazione di tipo black box come quella mostrata sopra. Potrebbe essere sensato anche un approccio di tipo top-down che non si perde nei dettagli. Un altro aspetto spesso ignorato quando si parla di sistemi completi: come tener conto delle necessità dell'utente finale?
 

Definizione dei sistemi

Le condizioni di partenza per lo sviluppo di un sistema possono fornire suggerimenti importanti per definire gli obiettivi da raggiungere. Si tratta di un nuovo sviluppo? È il miglioramento di una soluzione esistente? Perché la soluzione esistente non è soddisfacente? Il punto di partenza per questa definizione è sempre l'analisi della situazione attuale: di cosa si tratta nello specifico? Qual è il contesto nel quale si situa il sistema? È importante stilare un elenco neutro di obiettivi, ovvero senza l'implicazione di soluzioni. Nell'esempio sopra indicato il bloccaggio in caso di interruzione elettrica potrebbe essere anche ottenuto con un riduttore autobloccante e non solo da un freno di arresto.

Soluzioni

L'elenco degli obiettivi è il punto di partenza per sviluppare varie soluzioni la cui idoneità andrà successivamente verificata. Le soluzioni possibili spesso si basano su prodotti già esistenti. In questo frangente vorrei ricordare il design della piattaforma di prodotti maxon degli ultimi anni, con il quale, in fase di sviluppo del sistema, è possibile ricorrere a componenti già esistenti che possono poi essere customizzati rapidamente. Tutto questo riduce al minimo gli sforzi tecnologici, il tempo richiesto per lo sviluppo e i rischi economici.

I sistemi maxon vengono impiegati per lo più in applicazioni di meccatronica che combinano componenti meccanici ed elettronici: meccaniche di azionamento, attuatori, sensori, unità di comando. Il software riveste un ruolo sempre più importante, ad esempio sotto forma di firmware dell'unità di comando o un programma informatico per il controllo di un intero impianto.

Quando si confrontano le varie soluzioni, assicuratevi di parlare della stessa cosa. Ad esempio per il cliente il costo di un sistema integrato deve essere compensato non solo dai costi dei singoli componenti ma anche dai costi per le interfacce e il montaggio.
 

Vincoli economici

Parte integrante dell'analisi della situazione di partenza è la convenienza o meno, e in che frangente, delle nuove caratteristiche progettuali. Quanti quantitativi prodotti è possibile stimare e in che lasso di tempo? È necessario disporre di stime realistiche del mercato. È necessario definire se i costi di engineering e attrezzaggio non ricorrenti devono essere compresi nel prezzo del prodotto o se vengono corrisposti a parte. Sostanzialmente il calcolo del valore attuale netto (NPV) può aiutare a valutare economicamente se avviare il progetto o meno. Tuttavia, tra i criteri aggiuntivi rientrano le considerazioni di idoneità strategica e l'analisi dei rischi.

Ricapitolando, oltre agli aspetti qui presentati, è necessario seguire le varie fasi e procedure spiegate nel volume ôThe selection of high-precision microdrives”.
 

Per concludere

La soluzione proposta per l'anca robotizzata è composta dal motore selezionato originariamente ma con un'elettronica basata sulla piattaforma di unità di comando ESCON e combinato con un riduttore speciale. Le informazioni sulla posizione di motore e riduttore vengono fornite dagli encoder integrati. Il design speciale del freno di mantenimento fa sì che questo agisca direttamente sul rotore e ne permette il posizionamento all'interno dell'alloggiamento compatto. Per il cliente il montaggio del sistema integrato è molto più semplice e rapido rispetto alla soluzione esistente costituita dai singoli componenti.