Pinza smart per piccoli robot collaborativi

Fornire il motore giusto per piccoli dispositivi di precisione può essere impegnativo.

Con la crescita e la diffusione di robot collaborativi, è cresciuto il bisogno di un'ampia varietà di pinze ed effettori finali in generale. Una delle applicazioni più impegnative consiste nella calibrazione automatizzata e la misurazione di piccole parti. Un dispositivo di questo tipo deve fornire un posizionamento ad alta precisione con risoluzioni inferiori a 2,5 micrometri che sia costantemente disponibile per il software di decision-making nelle applicazioni di automazione. Questo è il motivo per cui la New Scale Robotics (NSR), una divisone della New Scale Technologies, ha deciso di progettare e produrre unodei modelli di pinza più recenti.

Realizzata per piccolissimi robot collaborativi, la pinza parallela di precisione NSR-PG-10-20 è un sistema meccatronico che integra motore, sensori, guide con cuscinetti di precisione, azionamento ed elettronica di controllo insieme al firmware integrato per l'automazione in un unico dispositivo. Durante il processo di progettazione, NSR ha deciso che la pinza doveva offrire l'integrazione plug-and-play e che quindi fosse possibile installarla in pochi minuti sulla linea Universal Robotics (UR) di piccoli cobot. Il NSR-PG-10-20 offre agli utenti dimensioni e massa ridotte con la massima precisione. Tutti i circuiti di potenza e comando sono integrati attraverso la porta degli strumenti del robot e gli anelli di contatto: in questo modo non sono necessari cavi esterni o schede elettroniche. Per installare la pinza è sufficiente montarla sulla flangia del robot UR e collegare il singolo cavo alla porta I/O dell'utensile UR. I comandi di movimento vengono ricevuti attraverso l'interfaccia I/O dello strumento a 8 pin del robot. Non sono necessari cavi esterni o un'elettronica separata per la rotazione completa a 360 gradi o infinita del giunto del polso del robot UR senza interferenza dei cavi.

La pinza parallela di precisione NSR-PG-10-20 comprende un motore EC-20 Flat di maxon per operazioni ad alta precisione

La pinza parallela di precisione comprende un sensore di posizione assoluta interno specifico per le applicazioni di metrologia automatizzata e offre un'elevata precisione per la complessa movimentazione di piccole parti, misurazione, smistamento e assemblaggio. Le pinze devono eseguire ripetutamente movimenti rapidi e precisi per una prolungata vita utile.

Controllo dei movimenti di precisione

Durante la fase di progettazione, NSR ha esaminato le esigenze della pinza parallela di precisione e ha scelto il motore DC brushless EC-20 Flat (BLDC) progettato e prodotto da maxon. Questo motore presenta fino a cinque tipi di avvolgimento oltre agli encoder integrati. Sono disponibili molteplici potenze di uscita. I motori forniscono una elevata stabilità e un funzionamento silenzioso. I motori sono stati scelti principalmente per la massa estremamente ridotta di soli 15 grammi oltre a una elevata coppia costante di 3,75 mNm. Grazie all'eccellente rapporto coppia/massa del motore il NSR-PG-10-20 può raggiungere una forza di presa regolabile da ±3 a 10 N utilizzando un rapporto di soli 16:1. La pinza comprende un azionamento a cinghia dentata simmetrica con un intervallo di 20 mm. Inoltre, la tensione d'esercizio, la corrente e la coppia sono adatti all'alimentazione di corrente interna del robot.

Il motore rotativo BLDC aziona il riduttore in presa con una cinghia di fasatura che converte la rotazione in movimento lineare. Un sensore d'angolo separato viene utilizzato per misurare l'angolo dell'albero motore, mentre l'elettronica digitale separata viene utilizzata per generare la corrente trifase dell'azionamento necessaria per il funzionamento. Questo meccanismo fornisce il movimento lineare necessario ad aprire e chiudere le dita della pinza per afferrare e rilasciare le piccole parti. Le dita della pinza sono in grado di afferrare dall'esterno o dall'interno i componenti a seconda dell'applicazione. Grazie all'uso del sensore integrato citato sopra, la risoluzione nella misurazione lineare della pinza è di 2,5 micrometri. La velocità di apertura/chiusura della pinza è di 20 mm/secondo e l'intervallo di apertura/chiusura è di 20 mm.

Secondo David Henderson, CEO di NSR, “La parte più difficile della progettazione è stata il mantenimento di dimensioni ridotte, altezza e massa ridotta della pinza rispettando una posizione closed-loop e le caratteristiche di velocità. È stata inoltre una sfida trovare un motore a bassa potenza e corrente che ci permettesse di utilizzare la potenza interna sul robot.” L'EC-20 Flat di maxon ha dato a NSR la potenza necessaria per fornire il prodotto di cui i clienti avevano bisogno facile da installare e usare. L'integrazione meccanica è stata la parte più semplice. L'azienda ha usato l'EC-20 Flat senza sensore d'angolo e ha invece fornito il proprio sensore d'angolo esterno per la commutazione. “Nel futuro prevediamo di ampliare la nostra gamma di prodotti con le pinze con maggiori forze di presa e di conseguenza motori con maggiore massa e potenza, gamme di presa prolungate e sensori di forza integrati per migliorarne il controllo,” ha affermato il Henderson.

L'EC-20 Flat di maxon è il motore più piccolo con adeguate capacità di coppia per gestire al meglio i requisiti della pinza parallela di precisione NSR-GP-10-20

La pinza è dotata di dita intercambiabili. La NSR-PG viene spedita con le dita installate in fabbrica in modo che gli utenti possano subito mettersi al lavoro. La pinza offre inoltre posizioni delle dita apprendibili durante l'uso con i robot UR3, UR5, UR10 di Universal Robotics nonché con l'ultima linea della serie di robot eSeries, i robot UR3e, Ur5e e UR10e. Spostare manualmente le dita nella posizione desiderata e impostarle con il programmatore portatile è un processo noto a chiunque abbia utilizzato un motore UR nella modalità di apprendimento. La posizione è ripetibile a 0,01 mm. Impostando le posizioni di apertura e chiusura delle dita che corrispondono al pezzo dell'utente è possibile ridurre al minimo il movimento delle dita (corsa) per ogni operazione con un risparmio di tempo ed energia. In generale la NSR-PG-10-20 permette all'utente di automatizzare mansioni ripetitive e stancanti di misurazione e controllo qualità: in questo modo il cobot UR diventa uno strumento prezioso per le applicazioni di metrologia.

Trovare il motore giusto per queste applicazioni specifiche può essere un compito scoraggiante. Avere a disposizione la tecnologia più recente in un motore di dimensioni estremamente ridotte ha permesso a NSR di soddisfare le esigenze dei clienti. L'EC-20 Flat di maxon è stato un componente chiave nella progettazione e produzione della pinza parallela di precisione NSR-PG-10-20.

Per maggiori informazioni:  newscalerobotics.com