Che cos'è un riduttore per robot ABB?
Di solito le persone parlano di robot industriali, e ciò di cui discutono più spesso è come regolare il controller, come programmarli, come farli seguire un percorso: tutti aspetti visibili e tangibili. Tuttavia, chi trascorre molto tempo immerso nel laboratorio comprende che, in realtà, il modo in cui un robot si muove — se in modo quasi impercettibile, fluido o meno — dipende fondamentalmente dalla sua struttura meccanica, ossia dal suo ‘scheletro’. La parte più importante, e al contempo più facilmente trascurata, di questo scheletro è proprio il cambio. 
Qual è la funzione di questo componente in un robot?
Facciamo un’analogia molto semplice. Il motore ruota a velocità elevatissima, con un forte rumore, ma se volesse sollevare direttamente pinze o attrezzature da saldatura del peso di ottanta o cento chili, non avrebbe la forza necessaria e semplicemente non riuscirebbe a sostenerle. D’altra parte, durante il lavoro, il robot deve esercitare una forza costante e stabile: non è necessario che l’azione sia particolarmente veloce, ma deve possedere una coppia sufficiente e la posizione di arresto deve essere precisa fino all’ultimo micrometro.
Queste due esigenze sono completamente in conflitto. Il cambio si trova al centro di questa «traduzione» e «conversione» del lavoro: riduce la velocità estremamente elevata del motore, mentre ne amplifica la coppia e garantisce nel contempo che la potenza del motore venga trasmessa nella posizione corretta. Senza di esso, il motore sarebbe collegato direttamente agli arti, e il robot si muoverebbe a scatti oppure crollerebbe completamente.
Se avete smontato un robot ABB e seguito il braccio verso il basso, troverete il cambio nelle grandi articolazioni alla base, nel punto in cui il braccio principale si collega ai due bracci secondari, e nelle piccole articolazioni del polso, che consentono rotazione. Le grandi articolazioni e le piccole articolazioni non sono la stessa cosa: le prime devono essere robuste e durevoli, in grado di sostenere carichi elevati, mentre le seconde devono presentare gioco nullo e precisione millimetrica.
Nel laboratorio vengono comunemente utilizzati diversi tipi di cambi.
Un tipo di cambio è chiamato cambio RV, e alcune persone lo chiamano anche "cicloide a pignone". Questo componente ha una struttura robusta e solitamente è installato nella base e nel braccio del robot, in corrispondenza delle zone soggette a forze elevate. Si distingue per la sua elevata resistenza alla deformazione e per una rigidità sufficiente: permette al robot di eseguire quotidianamente operazioni gravose, come il movimento di un martello pneumatico o la saldatura a punti di pezzi pesanti, garantendo un carico elevato.
L'altro tipo è il cambio armonico, il cui principio di funzionamento è completamente diverso. All'interno presenta una ruota flessibile che trasmette il moto sfruttando la deformazione elastica; pertanto il gioco può essere quasi nullo, assicurando un'elevata precisione e dimensioni contenute. Se osservate i polsi dei robot, estremamente agili e simili a quelli umani, in quella zona troverete prevalentemente questo tipo di cambio. Montaggio a secco, presa di piccoli componenti e lavorazioni fini dipendono tutte dalla precisione di questa "mano".
Esiste inoltre il cambio planetario, una scelta di compromesso: compatto ed efficiente, viene utilizzato in alcuni assi ausiliari dove i requisiti di costo sono stringenti o dove le esigenze di precisione non sono particolarmente elevate.
Se il cambio inizia a perdere la calma, il robot non eseguirà il suo lavoro.
Nel reparto di produzione accadono molte cose che finiscono nel posto sbagliato.
Ad esempio, l’accuratezza del robot diminuisce progressivamente: in passato inseriva i pezzi con un adattamento preciso, mentre ora è sempre leggermente fuori posizione, indipendentemente dal fatto che si sia provato ad aggiustare il programma o a ricalibrare il punto zero. In questo caso, è probabile che il gioco nel riduttore si sia ampliato. È presente un certo gioco tra gli ingranaggi e, quando viene impartito l’ordine di raggiungere una determinata posizione, il sistema presenta un leggero oscillamento, causando una differenza effettiva rispetto alla posizione richiesta.
Un altro sintomo è che il robot si muove a scatti e appare instabile a occhio nudo, senza più la fluidità di un tempo. Ciò è dovuto principalmente a un’usura irregolare interna oppure al malfunzionamento del lubrificante, con conseguente attrito secco.
Originariamente il robot lavorava in silenzio; ora emette clic e ronzii, come una pentola sul fuoco. Questo rumore è un vero e proprio grido d’aiuto: probabilmente i cuscinetti o gli ingranaggi interni presentano un problema da risolvere.
Ci sono più movimenti diretti, in precedenza in grado di spostare la porzione, ora invece scatta l’allarme e si avverte che il robot non è più sufficientemente potente. Ciò significa che l’efficienza di trasmissione è notevolmente diminuita e l’energia viene dissipata nel cambio.
Gli scenari più comuni sul campo
Forza, lascia che ti illustri alcuni scenari con cui sicuramente ti sei già imbattuto. Il cliente chiama e dice: «Il mio robot, il punto che prima era preciso ora è completamente fuori registro, anche solo di un capello, ed è davvero fastidioso». La prima reazione di molte persone è pensare a un errore del programma o a un urto meccanico; in realtà, la probabilità maggiore è che il gioco del cambio sia eccessivo. Un altro caso frequente è la perdita d’olio: gocce d’olio visibili sulle articolazioni sospese e macchie oleose sul pavimento, fino a formare una piccola pozza. Questo è molto probabilmente dovuto all’invecchiamento della guarnizione di tenuta dell’olio; se la perdita persiste a lungo, l’olio si esaurisce completamente, causando usura a secco all’interno del componente e trasformando un problema minore in una riparazione importante. Un ulteriore sintomo è il surriscaldamento delle articolazioni: queste risultano sensibilmente più calde del normale, segno che o il carico applicato è eccessivo oppure vi è un malfunzionamento del sistema di lubrificazione, con conseguente attrito interno.
Quando devo cambiare il mio cambio?
Molti responsabili non possono permettersi di farlo, quindi stanno pensando di tenerlo ancora per un po’ di tempo. Ma, onestamente, la precisione è diminuita in modo significativo, le vibrazioni sono avvertibili alla mano, il rumore è talmente elevato che le persone accanto si voltano a guardare, la perdita d’olio non può essere arrestata e la temperatura è anormalmente alta: bastano due di questi cinque segnali per capire che non bisogna più aspettare. Un ulteriore ritardo potrebbe causare la caduta di frammenti dentati dal motore o dall’encoder, con conseguente spazzolamento; in tal caso, il costo della manutenzione supererà di gran lunga il prezzo del cambio.
Il cambio utilizzato nei nostri robot è lo stesso utilizzato nelle apparecchiature ordinarie?
Non è la stessa cosa. Nel cambio dell'equipaggiamento ordinario, una piccola gioca non ha importanza e quasi sempre è possibile azionarlo. I robot non possono farlo. Se la gioca è leggermente maggiore, lo scostamento della testa utensile si amplia fino a diversi millimetri. Ecco perché il requisito di gioco per un cambio robotizzato è molto basso e la ripetibilità deve rimanere stabile per l’intero ciclo di vita: su questo punto non c’è spazio per ambiguità.
