O Que É uma Caixa de Marchas para Robô ABB?
As pessoas normalmente falam sobre robôs industriais, e o que mais se discute são como ajustar o controlador, como programar e como seguir trajetórias — coisas visíveis e tangíveis. No entanto, quem passa muito tempo imerso na oficina percebe, de fato, que a fluidez e suavidade com que um robô se movimenta — ou a sua falta — têm origem, na verdade, no seu corpo mecânico, ou seja, na sua estrutura óssea. A peça mais importante e, ao mesmo tempo, mais facilmente negligenciada dessa estrutura é justamente o redutor. 
Qual é a função desse componente em um robô?
Vamos usar uma analogia bastante simplificada: o motor gira extremamente rápido — zzzzz —, mas, se você quiser que ele carregue diretamente uma pinça de soldagem ou um dispositivo de fixação com peso de cerca de quarenta ou trinta e seis quilogramas, simplesmente não terá força suficiente para isso. Por outro lado, ao executar suas tarefas, o robô precisa exercer uma força constante e estável; a velocidade do movimento não é o fator mais crítico, mas sim a capacidade de gerar força suficiente e posicionar-se com precisão milimétrica.
Essas duas necessidades estão completamente comprometidas. A caixa de câmbio está no centro dessa ‘tradução’ e ‘conversão’ do trabalho — reduz a velocidade extremamente alta desse motor estúpido, ao mesmo tempo em que amplifica a força e também garante que a potência do motor seja transmitida para a posição correta. Sem ela, o motor estaria diretamente conectado aos braços e às pernas, e o robô ou se moveria de forma trêmula ou entraria em colapso total.
Se você já desmontou um robô ABB e seguiu o braço até a base, encontrará a caixa de câmbio na grande junta da base, no local onde o braço principal se conecta aos dois braços menores, bem como nas pequenas juntas do punho, que permitem rotação. As grandes juntas e as pequenas juntas não são a mesma coisa: as grandes juntas precisam ser robustas e duráveis, capazes de suportar uma grande carga, enquanto as pequenas juntas exigem folga zero e alta precisão.
Vários tipos de caixas de câmbio são comumente utilizados no ambiente industrial.
Um tipo de caixa de câmbio é chamado de caixa de câmbio RV, e algumas pessoas a chamam de pinhão cicloidal. Esse componente tem uma estrutura robusta, geralmente instalado na base e no braço do robô, em locais sujeitos a grandes forças. Caracteriza-se por alta resistência à fabricação e rigidez suficiente para permitir que o robô execute diariamente tarefas pesadas, como balançar um martelo pneumático ou realizar soldagem por pontos.
O outro tipo é chamado de caixa de câmbio harmônica, cujo princípio de funcionamento é totalmente distinto. Ela possui uma engrenagem flexível interna, que opera com base na deformação elástica, permitindo que a folga seja praticamente nula, oferecendo alta precisão e dimensões reduzidas. Ao observar os pulsos do robô — seções tão ágeis quanto a mão humana —, é nessa região que, na maioria dos casos, encontramos esse tipo de caixa. Montagem seca, manipulação de pequenas peças e trabalhos finos dependem inteiramente dessa precisão manual.
Existe ainda a caixa de câmbio planetária, uma opção de compromisso: compacta e com boa eficiência, sendo empregada em alguns eixos auxiliares onde há sensibilidade ao custo ou onde os requisitos de precisão não são tão rigorosos.
Se a caixa de câmbio começar a perder a calma, o robô não realizará sua tarefa.
Muitas coisas acontecem no chão de fábrica que acabam em lugares errados.
Por exemplo, a precisão do robô diminui à medida que ele opera. No passado, ele posicionava as peças com ajuste apertado, mas agora há sempre um pequeno desvio, mesmo após tentativas de ajustar o programa ou recalibrar o ponto zero. Nesse caso, é provável que a folga no redutor tenha aumentado. Há uma lacuna entre as engrenagens, e, ao receber o comando para ir até aquela posição, o robô oscila levemente, resultando em uma diferença real entre a posição desejada e a posição efetiva.
Outro sintoma é que o robô se move de forma trêmula e parece instável a olho nu, perdendo a suavidade de movimento que tinha anteriormente. Isso ocorre, na maioria dos casos, devido ao desgaste irregular interno ou à falha da lubrificação, causando atrito seco.
Originalmente, o robô operava em silêncio; agora, emite cliques e zumbidos, como uma panela fervendo. Esse ruído é um grito de socorro: os rolamentos ou engrenagens internos certamente apresentam algum problema.
Há mais movimento direto, anteriormente capaz de mover a porção, agora com o alarme ativado, sente-se que o robô não está mais forte. Isso significa que a eficiência de transmissão caiu significativamente e a energia está sendo consumida na caixa de câmbio.
Os cenários mais comuns no campo
Vamos lá, deixe-me contar alguns cenários com os quais você certamente já está familiarizado. O cliente liga e diz: 'Meu robô, o ponto que antes estava correto agora está totalmente desalinhado — desviado em mais do que um fio de cabelo, o que é extremamente irritante.' A primeira reação de muitas pessoas é pensar que o programa foi perdido ou que houve uma colisão com a ferramenta; na verdade, a probabilidade maior é de que a folga na caixa de câmbio esteja excessivamente grande. Outro cenário é o vazamento de óleo, com gotas acumuladas nas juntas suspensas e manchas no piso formando pequenas poças. Isso provavelmente ocorre devido ao envelhecimento da vedação de óleo; com o vazamento prolongado, o óleo se esgota completamente, levando ao atrito seco interno e transformando problemas menores em reparos extensos. Há ainda o caso em que as juntas apresentam aquecimento excessivo — muito mais quentes do que o normal — o que indica, ou uma sobrecarga excessiva, ou falha na lubrificação, causando atrito interno.
Então, quando devo trocar minha caixa de câmbio?
Muitos gestores não podem arcar com esse custo e, por isso, estão pensando em mantê-la por mais um pouco de tempo. No entanto, para ser honesto, a precisão caiu significativamente, as vibrações podem ser sentidas à mão, o ruído é tão alto que as pessoas ao lado viram a cabeça para olhar, a vazão de óleo não pode ser contida e a temperatura está anormalmente elevada. Assim que dois desses cinco sinais estiverem presentes, não continue utilizando o equipamento. Um atraso maior pode resultar na queda de fragmentos da engrenagem dentro do motor ou do codificador, causando danos ainda maiores; nesse caso, o custo de manutenção ultrapassará o preço da própria caixa de câmbio.
A caixa de câmbio utilizada em nossos robôs é a mesma usada em equipamentos convencionais?
Não é a mesma coisa. Na caixa de câmbio dos equipamentos convencionais, uma pequena folga não tem grande importância e, quase sempre, o equipamento ainda consegue funcionar. Já os robôs não conseguem operar assim. Se a folga for um pouco maior, o desvio da ponta da ferramenta será ampliado para vários milímetros. É por isso que o requisito de folga (backlash) para uma caixa de câmbio de robô é muito baixo, e a repetibilidade deve permanecer estável ao longo de todo o ciclo de vida; portanto, não há margem para ambiguidade nesse ponto.
