La costruzione di macchinari industriali avanzati impone ai progettisti di rispondere a requisiti di rendimento sempre più elevati operando al contempo all’interno di vincoli dimensionali, tecnologici e temporali particolarmente stringenti. Ridurre gli ingombri complessivi, snellire il cablaggio e accorciare i cicli di sviluppo rappresentano priorità non più rinviabili per l’ingegneria meccatronica.
La risposta a questa complessità risiede nell’evoluzione delle architetture di controllo del movimento verso modelli altamente integrati. L’adozione di servodrive compatti ad alta densità di potenza, capaci di combinare il controllo a doppio asse con l’elaborazione locale e la sicurezza funzionale direttamente a bordo dell’azionamento, consente di ripensare la struttura stessa della macchina.
La contrazione del numero di moduli esterni, dei cavi e delle apparecchiature di sicurezza dedicate elimina i colli di bottiglia fisici e logici, fornendo alle squadre di progettazione un margine operativo superiore per posizionare gli elementi di controllo laddove risultano più efficaci e per accelerare la transizione dalla fase concettuale all’operatività sul campo. Un approccio che definisce la direzione tecnologica perseguita da Elmo Motion Control.
Indice degli argomenti
L’intersezione tra Edge AI e controllo deterministico in tempo reale
La crescente complessità dei processi manifatturieri richiede un’evoluzione del concetto di intelligenza di macchina, spostando l’elaborazione dei dati verso i nodi periferici della rete di controllo.
“Dal nostro punto di vista, una macchina più intelligente è quella che può utilizzare informazioni provenienti dal proprio processo e rispondere rapidamente, mantenendo al contempo un movimento preciso e prevedibile”, spiega Ronen Sadan, VP Marketing di Elmo Motion Control.
L’integrazione dell’intelligenza artificiale nei sistemi di movimento non deve infatti compromettere il determinismo temporale necessario alla sincronizzazione degli assi. La piattaforma di controllo Titanium Maestro affronta questo requisito affiancando a un processore quad-core con memoria estesa – predisposto per ambienti di programmazione high-level in C++ e Python destinati all’analisi dei dati e all’elaborazione delle immagini – risorse hardware dedicate esclusivamente alla gestione in tempo reale.
“L’opportunità concreta è quella di collegare più strettamente le decisioni di alto livello con il movimento”, aggiunge Sadan. “Ad esempio, le informazioni provenienti da un sistema di visione possono essere utilizzate per correggere una traiettoria mentre la macchina è in funzione. L’AI può aiutare la macchina a interpretare i dati, mentre il controller di movimento deve poi trasformare la decisione in un movimento accurato e sincronizzato”.
Miniaturizzazione e sicurezza integrata per la robotica umanoide
La progettazione cinematica nell’ambito della robotica umanoide e delle macchine ad alta densità di assi evidenzia l’inasprimento dei compromessi tra prestazioni fisiche e vincoli spaziali. Ogni articolazione robotica richiede una regolazione dinamica e fluida, mantenendosi all’interno di limiti stringenti in termini di peso, ingombro e bilancio termico ed energetico.
“La robotica umanoide rende particolarmente impegnativi i compromessi nella progettazione del movimento”, osserva Sadan. “Ogni giunto necessita di un controllo fluido e reattivo, ma lo spazio, il peso e l’alimentazione disponibili restano limitati. Con l’aumento del numero di assi, i progettisti devono anche coordinare i movimenti e gestire la sicurezza funzionale senza rendere il robot troppo grande o complesso”.
La risposta a queste sfide risiede nel passaggio a un’architettura decentralizzata, che colloca i servoazionamenti direttamente a ridosso delle articolazioni integrando feedback, capacità computazionale e connettività di rete. In questa direzione si inserisce Titanium Castanet, un servodrive biasse miniaturizzato concepito per l’installazione a bordo giunto con funzioni integrate di sicurezza e connettività.
“Il nostro approccio consiste nell’offrire agli ingegneri drive compatti ed efficienti che possono essere posizionati vicino ai giunti, insieme a feedback, elaborazione e connettività di rete necessari per il movimento coordinato”, spiega Sadan.
L’integrazione di due assi di controllo nell’ingombro di una scatola di fiammiferi consente di abbattere i vincoli fisici e la complessità dei cablaggi. “Titanium Castanet è un esempio significativo di questa filosofia”, aggiunge Sadan, “in quanto permette di gestire la sicurezza funzionale direttamente a bordo dell’azionamento senza appesantire la struttura del robot”.
Automazione flessibile e validazione software “Digital First”
La trasformazione degli impianti produttivi verso modelli riconfigurabili spinge l’industria a superare le rigidità dell’automazione tradizionale, inseguendo la visione di una fabbrica modulare dove solo il pavimento e il soffitto rimangono elementi fissi.
Su questa visione si fonda la collaborazione tra Elmo e Bosch Rexroth. La partnership punta a integrare le piattaforme di controllo di macchina con l’elettronica di potenza decentralizzata per creare architetture dinamiche capaci di evolvere con la linea.
“Le soluzioni avanzate e innovative di controllo macchina e movimento di Bosch Rexroth ed Elmo presentano sinergie complementari”, indica Sadan. “Stiamo già lavorando su diversi progetti congiunti in cui i drive compatti di Elmo e le elevate prestazioni di movimento giocano un ruolo importante, con l’obiettivo di unire i punti di forza di entrambe le aziende per rispondere alle esigenze dell’automazione flessibile”.
La modularità dell’hardware trova un corrispettivo diretto nell’evoluzione degli ambienti software, orientati a ridurre i tempi di messa in servizio e a consentire la verifica virtuale dell’applicazione. Per la gestione dell’intero ciclo di vita degli azionamenti, Elmo mette a disposizione la piattaforma software Elmo Application Studio, evolutasi dalla versione EASII alla release EASIII con l’obiettivo di unificare in una sola interfaccia tutte le fasi di lavoro.
“EASII ha contribuito a semplificare la configurazione del controllo del movimento, e EASIII porta questo approccio ancora oltre integrando configurazione, tuning guidato tramite wizard, e programmazione e diagnostica in un unico ambiente più intuitivo”, spiega Sadan.
L’integrazione di strumenti per l’autotuning avanzato, lo sviluppo Python, la calibrazione dei sensori e la diagnostica in tempo reale permette di anticipare la risoluzione dei problemi di natura dinamica.
“Stiamo anche aiutando i produttori a validare le loro idee prima di completare la macchina”, precisa Sadan. “Con la piattaforma software Composer2, gli ingegneri possono progettare e simulare i propri algoritmi di controllo, per poi eseguirli in tempo reale direttamente sui servodrive Platinum supportati o sui controller Maestro. Portare questa capacità a livello di drive offre ai progettisti maggiore libertà di implementare il controllo del movimento specifico per un’applicazione, senza aggiungere un controller separato per ogni singola funzione”.
Controllo del movimento in ambienti gravosi e settori di frontiera
L’estensione dell’automazione oltre i confini degli stabilimenti industriali pone l’elettronica di potenza e di controllo di fronte a condizioni ambientali particolarmente severe. Le sollecitazioni derivanti da ampie escursioni termiche, urti meccanici e vibrazioni continue richiedono soluzioni costruttive irrobustite per applicazioni terrestri, aeree e sottomarine.
“Elmo ha 37 anni di esperienza nel controllo di movimento sia per macchine industriali che per ambienti estremi”, sottolinea Sadan. “Una parte importante di questa competenza è rappresentata dai nostri prodotti per condizioni ambientali difficili, con drive sviluppati per applicazioni terrestri, aeree e sottomarine, dove temperatura, urti e vibrazioni possono imporre richieste eccezionali all’elettronica”.
Il trasferimento delle tecnologie di miniaturizzazione e sicurezza integrata sui dispositivi destinati a contesti gravosi amplia le possibilità applicative in settori ad alto tasso di automazione non convenzionale.
“Stiamo ora estendendo questa esperienza alla generazione Titanium: accanto ai drive Titanium industriali, i nuovi Titanium Lizard, Solo Lizard e Falcon portano controllo del movimento compatto ad alte prestazioni e sicurezza funzionale integrata in ambienti impegnativi”, aggiunge Sadan.
“Vediamo opportunità nelle attrezzature autonome per esterni, nei sistemi subacquei, nei veicoli senza equipaggio e nella robotica mobile. Ogni settore presenta condizioni diverse, ma una simile esigenza ingegneristica: un movimento affidabile e preciso in luoghi in cui le tradizionali apparecchiature industriali non possono semplicemente essere installate”, conclude.
