In fabbrica, guardare un robot Scara in azione potrebbe essere vertiginoso. Il robot con il suo braccio articolato orizzontale, simile a quello dell'uomo, corre ad alta velocità su quattro assi. Il braccio interno ed esterno ruota orizzontalmente. La pinza, quel componente utilizzato per manipolare gli oggetti, si muove in modo rotatorio e lineare grazie ad una vite a ricircolo di sfere. Con questo sistema, il robot può raggiungere quasi ogni punto all'interno del suo raggio d'azione. A una velocità incredibile. In alcuni casi, un ciclo pick & place in cui il robot industriale deve afferrare, trasportare e posizionare un componente, può durare solo circa un terzo di secondo. Acrobazie veloci e precise che nascondono un inconveniente.

Lo svantaggio è stato messo in luce da una casa automobilistica tedesca che si è rivolta a igus per risolvere un problema. Nello stabilimento di questo OEM, 40 robot Scara sono utilizzati su una linea di produzione così veloce che alcune parti delle macchine di lavorazione si usurano rapidamente e richiedono molta manutenzione. "Questi robot si muovono continuamente 24 ore su 24, 7 giorni su 7, a velocità operative fino a 2.000 millimetri al secondo sul piano orizzontale", spiega Matthias Meyer, ECS triflex e responsabile della robotica presso igus. “Per il cliente era diventato necessario controllare ogni anno cavi e tubi dei robot Scara e, in genere, doverli sostituire per usura. Pertanto la casa automobilistica cercava con urgenza un'alternativa. "

L'obiettivo dell'azienda era ambizioso. Voleva almeno triplicare la durata dei collegamenti dei cavi e dei tubi. Il primo passaggio del processo è stato relativamente semplice: igus ha rinforzato il tubo corrugato in cui si muovono cavi e tubi con un prodotto chiamato e-rib, una sorta di scheletro polimerico ad alte prestazioni che si inserisce nelle scanalature del tubo in modo da rendere si muove solo in una direzione spaziale. Con questo sistema, invece di oscillare avanti e indietro, il tubo è stato reso più stabile. Anche i punti di attacco anteriore e posteriore sono stati rinforzati con due supporti in tecnopolimero. Grazie all'e-rib, il tubo è sufficientemente rigido da non piegarsi nemmeno durante i movimenti più veloci.

Il terzo miglioramento è stato suggerito dal produttore stesso. Per seguire l'attività motoria di un robot Scara, i raccordi del tubo devono essere montati in modo che possa ruotare ad entrambe le estremità. Il cliente ha realizzato un collegamento rotante in metallo: "L'intero sistema è in uso dal 2017 con circa 6,8 milioni di cicli all'anno e non è stato ancora sostituito", afferma Meyer. "In igus eravamo così convinti della validità di questa soluzione che abbiamo lavorato per sviluppare ulteriormente tutti i componenti e proporre un sistema di alimentazione per robot Scara adatto alla produzione in serie."

Sin dalla fase di progettazione, igus ha dovuto procurarsi attrezzature adeguate da integrare nel laboratorio di prova dell'azienda, a cominciare da un robot Scara. Il produttore Epson Germany ha accettato di fornire un modello della serie G6 a scopo di test. Quindi gli sviluppatori hanno dovuto affrontare la prima sfida: la produzione di un collegamento rotante montato su cuscinetti a sfera. Ed ecco che arriva l'expertise di igus. Per "deformazione professionale", se possibile, l'azienda di Colonia valuta la sostituzione del metallo con parti in polimero leggero ad alte prestazioni, progettate per ridurre al minimo l'attrito e l'usura e che aiutano a ridurre l'energia necessaria per l'azionamento. Gli esperti parlano di ottimizzazione tribologica. igus ha inoltre investito nelle stampanti 3D per poter produrre prototipi e pezzi di ricambio per sé e per i clienti superando i limiti dello stampaggio a iniezione, che comporta la produzione di stampi complessa e costosa. "Ci è sembrato ovvio produrre il collegamento rotante in polimero ad alte prestazioni con la stampante 3D e quindi utilizzare sfere metalliche", sottolinea Meyer. "In questa fase di sviluppo, la stampa 3D è semplicemente imbattibile in termini di tempo e costi". I progettisti hanno iniziato a testare stampando collegamenti rotanti con diversi filamenti. Infine, si sono concentrati sulla prossima sfida: sviluppare un supporto per il collegamento rotante. “Per noi era importante che la guida del cavo non si aggrovigliasse mentre il robot era in funzione. Per questo motivo abbiamo spostato il punto di attacco al centro dell'asse rotante tramite una traversa sagomata. "

Dopo settimane di sviluppo, è iniziata la fase di test. Il robot Epson Scara si muoveva a tutta velocità all'interno di una gabbia protettiva. All'inizio andava tutto bene. Ma dopo pochi minuti si sono verificati alcuni problemi. "Il collegamento rotante prodotto in 3D e il cuscinetto a sfere integrato non sono stati in grado di gestire i carichi", continua Meyer. “Per assorbire le forze assiali, due cuscinetti a sfere standard igus xiros sono stati pressati uno sopra l'altro nell'involucro esterno. Abbiamo anche reso la struttura dei link più compatta e in grado di ridurre la leva finanziaria. Il principio di connessione di questa struttura le consente di funzionare senza ulteriori fissaggi. "

Una volta risolto il problema, gli ingegneri sono stati in grado di avviare i test successivi. Il robot ha completato 900 cicli all'ora, 20.000 cicli al giorno, con un cavo di controllo chainflex e due tubi di quattro e sei millimetri di diametro. "I test effettuati hanno mostrato che la struttura era adatta all'uso, quindi siamo stati in grado di lanciarla sul mercato", afferma Matthias Meyer.

Questa soluzione innovativa per la guida dei cavi sui robot SCARA è disponibile dall'autunno 2020 come le altre 120 novità igus ed esiste nella versione “vuota” o come soluzione preassemblata completa di cavi e tubi. “Con questa soluzione per la guida dei cavi sui robot SCARA, abbiamo sviluppato un prodotto che massimizza la durata del sistema di alimentazione del robot ed elimina i tempi di fermo. Nel prossimo futuro adatteremo questa soluzione anche ai punti di connessione di altri produttori”, conclude Meyer.

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