I robot diventano strumenti di precisione

I robot sono i tuttofare della produzione moderna, finché non incontrano acciaio solido o percorsi di fresatura complessi. È allora che inizia la grande scossa. Perché ciò che i robot industriali standard offrono in termini di flessibilità, mancano di rigidità. È proprio qui che entra in gioco uno sviluppo congiunto di Siemens e del Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials (IFAM) di Stade: una nuova trasmissione ibrida che dà letteralmente nuova potenza ai robot, senza sacrificare la precisione. Lo sviluppo è valso a Stephan Hansen e Tobias Hamann del Fraunhofer IFAM e a Sven Tauchmann e David Bitterolf di Siemens il premio Inventore dell'anno di quest'anno nella categoria «Open Innovation». David Bitterolf spiega un'idea ai suoi coinventori

Lavorare insieme è una vittoria per la precisione

Il concetto si basa sulla combinazione di due tipi di azionamento fondamentalmente diversi: gli azionamenti diretti funzionano con alta precisione e velocità, ma diventerebbero troppo pesanti e troppo costosi se usati come unico sistema di trasmissione. Le unità indirette sono robuste e potenti, ma meno sensibili. Combinando in modo intelligente entrambi i sistemi in un'unica trasmissione, trazione ibrida è stato creato per offrire il meglio di entrambi. Il risultato è un robot che rimane stabile e con basse vibrazioni anche a velocità di avanzamento elevate, avvicinandosi così alla precisione delle macchine utensili classiche.

Quattro menti, un'idea

È stata l'esperienza congiunta dei quattro ricercatori dell'industria e della scienza a rendere possibile questa innovazione. Mentre Hansen e Hamann hanno fornito le basi scientifiche e la logica di controllo, Tauchmann e Bitterolf hanno contribuito con anni di conoscenze industriali e applicative nella robotica. Siemens e Fraunhofer godono da tempo di una partnership di fiducia, collaborando a progetti comuni, alcuni dei quali finanziati con fondi pubblici. Ciò consente a entrambe le parti di mettere in comune le proprie risorse. «Abbiamo anche una buona intesa a livello personale, il che crea un ambiente di lavoro in cui possiamo provare e implementare nuove idee rapidamente», spiega Tauchmann.

Sven Tauchmann (Siemens Digital Industries Motion Control, Safety & User Technology)

Dove l'additivo incontra il sottrattivo: due processi, un robot

Questa invenzione consente a un robot di lavorare sia in modo additivo (aggiunta di materiale) che sottrattivo (rimozione di materiale): in altre parole, abbiamo la stampa 3D e la fresatura di materiali duri come l'acciaio all'interno di un unico sistema. Un componente viene creato strato per strato e poi rifinito sapientemente senza la necessità di riagganciare o cambiare le macchine. Alla fine, il robot diventa una specie di coltellino svizzero per la produzione: a seconda dell'attività, può stampare, fresare o riparare», spiega David Bitterolf. Ciò non solo consente di risparmiare tempo, energia e costi, ma anche spazio nella produzione. Allo stesso tempo, i processi diventano più flessibili e sostenibili, un passo importante verso sistemi di produzione efficienti sotto il profilo delle risorse.

David Bitterolf (Siemens Digital Industries Motion Control, Mechatronic Support)

Dal laboratorio all'applicazione

L'innovazione ha lasciato da tempo la fase di ricerca ed è già stata testata in progetti pilota iniziali con partner industriali. L'obiettivo principale è dimostrare che i robot con il nuovo azionamento possono seguire i percorsi in modo affidabile anche in attività di lavorazione impegnative. Questo apre un nuovo potenziale per le piccole e medie imprese: attraverso celle di produzione più compatte ed efficienti, i processi possono essere ripensati o il potenziale di automazione non sfruttato può essere sbloccato. Un esempio è l'unificazione dei processi additivi e sottrattivi all'interno di un'unica cella robotica.

Stephan Hansen (Fraunhofer IFAM Stade, Ingegneria dell'automazione e della produzione)

Cosa spinge gli sviluppatori

«I problemi reali dei clienti sono la migliore ispirazione per nuove idee», afferma Bitterolf. Per Tauchmann, lo spirito di squadra è fondamentale. «Se si coordina bene in campo, segna i gol migliori». Ciò che Hansen apprezza in particolare è la combinazione tra fare ricerca e coltivare giovani talenti: «Fare da mentore ai giovani colleghi per diversi anni e vedere insieme i risultati è incredibilmente motivante». E per Hamann, il premio realizza un sogno d'infanzia: «L'inventore non è una professione a cui può candidarsi. È un attributo che può guadagnarsi e indossare con orgoglio», spiega.

Tobias Hamann (Fraunhofer IFAM Stade, Ingegneria dell'automazione e della produzione)

Guardando al futuro

La nuova architettura di azionamento apre possibilità rivoluzionarie nel controllo degli assi dei robot. I partner stanno attualmente lavorando all'ottimizzazione dell'algoritmo ed esaminando come il principio ibrido possa essere trasferito ad altre classi di macchine. L'obiettivo è una nuova generazione di robot industriali che combinino la massima precisione del percorso con precisione, versatilità e sostenibilità nei processi di fresatura e applicazione, un esempio di come la stretta cooperazione tra ricerca e industria stia spingendo i confini tecnologici.

Robot in azione

Le attività di ricerca del Fraunhofer IFAM

Ulteriori informazioni sul prodotto 'Run MyRobot /Direct Control' (incluso un modulo di contatto) sono disponibili