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Viti a sfera - una risposta al movimento sicuro ed efficiente per i cobot

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Un produttore francese di cobot ha sviluppato una soluzione che utilizza attuatori a vite a sfera e cavo al posto degli ingranaggi, stabilendo un nuovo punto di riferimento per l'efficienza e la sicurezza dei cobot.

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I robot di collaborazione (cobot) forniscono la forza, la consistenza e l'affidabilità dei robot industriali con il giudizio e la flessibilità degli operatori umani. I cobot sono sempre più utilizzati in applicazioni di produzione su larga scala che comportano operazioni di sollevamento continuo, ma richiedono ancora un tocco umano. Mentre i cobot sono in uso da almeno un decennio e continuano a crescere, le applicazioni sono state limitate dai sistemi di ingranaggi che controllano il movimento. Un produttore francese di cobot, tuttavia, ha sviluppato una soluzione che utilizza attuatori a vite a sfera e cavo al posto degli ingranaggi, stabilendo un nuovo punto di riferimento per l'efficienza e la sicurezza dei cobot.

I cobot sono sempre più utilizzati in applicazioni di produzione su larga scala, fornendo la forza, la coerenza e l'affidabilità dei robot industriali con la flessibilità del tocco umano.

"Mentre facevo ricerche sulle applicazioni per i robot collaborativi, ho visto che l'automazione in generale stava facendo passi da gigante, ma molti lavori manuali - come la levigatura - non si erano evoluti per circa trent'anni. Questo mi ha fatto interessare allo sviluppo di una tecnologia che assistesse, ma non sostituisse, le funzioni che beneficiavano della partecipazione umana", ha detto Yvan M. Measson, CEO del produttore di cobot - ISYBOT.

Costruire una forza lavoro più efficiente

I cobot ISYBOT si rivolgono ad applicazioni che non sono state precedentemente automatizzate o che sono difficili da automatizzare. I cobot aumentano le prestazioni umane in molti modi, come l'eliminazione della fatica, l'aggiunta della forza di sollevamento, l'aumento della precisione o il miglioramento della qualità del prodotto. Inoltre, l'uso del cobot ripristina l'attrattiva manuale, rendendo il lavoratore un "pilota di cobot".

Ad esempio, le fasi finali della produzione di un treno passeggeri potrebbero richiedere ad un operatore di muovere una levigatrice rotativa intorno alla superficie dello scafo fino a quando non sembra finito al tatto. Con l'assistenza del cobot, l'operatore continua a guidare lo strumento di levigatura intorno alla superficie dello scafo, ma è il braccio del cobot che fa il lavoro pesante. (Figura 1) Il cobot può anche imparare il percorso seguito dall'operatore, ripetendolo tutte le volte che l'operatore lo ritiene necessario.

Altri modi in cui i cobot migliorano la produttività e l'ergonomia potrebbero includere l'assistenza nel prelievo e nel posizionamento di parti su una linea di assemblaggio, l'assistenza con semplici operazioni di batch, o qualsiasi sollevamento pesante. I cobot possono lavorare con gli esseri umani e anche funzionare autonomamente, migliorando la produttività. (Figura 2). Avere il cobot che fa la parte più noiosa del lavoro riduce lo sforzo sul sistema muscolo-scheletrico dell'operatore, mentre lo lascia libero di concentrarsi sul controllo della qualità. Questo eleva il ruolo dell'operatore e aiuta a ridurre il turnover.

I cobot sono spesso utilizzati in settori in cui i lavoratori sono costantemente chiamati a gestire manualmente carichi fino a 35 kg o più. Questi includono l'aeronautica, l'automotive, l'agricoltura, la marina, le ferrovie, la difesa o gli impianti di produzione. I cobot sono anche preziosi dove i lavoratori potrebbero essere esposti a condizioni pericolose, come gli impianti nucleari o le aree compromesse dal punto di vista ambientale dove il cobot può aiutare con le parti più pericolose del lavoro.

Costruire un cobot migliore

Mentre studiava il mercato, M. Measson ha scoperto che diverse altre aziende stavano entrando, ma con soluzioni che riteneva inefficienti, ingombranti e potenzialmente pericolose. Il problema, ha concluso, era nei gruppi di ingranaggi utilizzati per tradurre l'energia elettrica in movimento controllabile.

"Gli ingranaggi hanno alti rapporti di attrito e aggiungono energia cinetica che, quando viene rilasciata, può essere pericolosa. Tendono anche ad essere abbastanza inefficienti nel caso di un uso interattivo", ha detto M. Measson. "Sostituendo gli ingranaggi con viti a sfera più efficienti, aumentiamo drasticamente la forza e il movimento umano in modo sicuro, coerente ed efficiente"

M. Measson spiega che le viti a ricircolo di sfere offrono un'elevata resistenza con un attrito minimo. I suoi cobot traducono il 94% della coppia del motore in movimento. Con la sola corrente elettrica, possono controllare la forza per operazioni di levigatura o gestire carichi che altrimenti richiederebbero complessi gruppi di ingranaggi e sensori. Oltre ad essere più efficiente in termini di spazio ed energia, la caratteristica di basso attrito rende le viti a sfera quasi esenti da manutenzione e molto più facili da controllare.

Dice che le viti a ricircolo di sfere hanno un'inerzia molto più bassa degli ingranaggi, il che, se combinato con la controllabilità di cui sopra, ha enormi implicazioni per la sicurezza. A differenza dei robot, che di solito sono ingabbiati, i cobot lavorano fianco a fianco con gli esseri umani. Devono essere in grado di fermarsi istantaneamente, per esempio, su qualsiasi contatto accidentale con gli esseri umani. Poiché gli ingranaggi hanno energia cinetica accumulata nei loro complessi assemblaggi, fermarsi bruscamente su un semplice contatto è difficile.

Usare la migliore vite a ricircolo di sfere

Avendo concluso che l'uso di viti a ricircolo di sfere avrebbe permesso di realizzare un cobot altamente efficiente e competitivo, M. Measson e il suo team hanno fatto una ricerca sui fornitori e hanno scoperto che Thomson Industries avrebbe fornito la soluzione migliore per le sue applicazioni.

"La capacità di carico è un fattore chiave di differenziazione per i cobot. Le viti a ricircolo di sfere permettono di gestire carichi più elevati rispetto agli ingranaggi, e le viti a ricircolo di sfere Thomson avevano la più alta capacità di carico tra quelle che abbiamo valutato. Ci è piaciuto anche il fatto che ci arrivano con due cavi", ha detto M. Measson.

Thomson ha fornito tre viti a sfera rullate 12 x 10 con un dado standard. (Figura 3). La maggiore capacità deriva da un design della chiocciola basato su due conduttori e quattro giri caricati, che consente un elevato rapporto di carico in un componente molto compatto. Inoltre, Thomson è stata in grado di progettare le viti a sfera per sfruttare le capacità di basso attrito delle viti a sfera in almeno due modi.

In primo luogo, laddove i produttori di viti a sfere potrebbero tipicamente precaricare il dado e la vite per minimizzare il gioco, gli ingegneri di Thomson sono stati in grado di ridurre il gioco senza precarico, riducendo così l'attrito che il precarico altrimenti introduce. E per ridurre ulteriormente l'attrito, dove i produttori di viti a sfera potrebbero aggiungere dei tergicristalli per proteggere le barriere prive di contaminazione, il design di Thomson ha resistito alla contaminazione senza tergicristalli. Senza precarico o tergicristalli, le viti a sfera Thomson hanno fornito il movimento fluido richiesto dai bracci del cobot.

Inoltre, con rapporti inerziali di 7,595 kg-mm2, 7,353 kg-mm2 e 4,728 kg-mm2 per ciascuna delle viti a sfera specificate rispettivamente, le viti a sfera Thomson hanno tra i rapporti inerziali più bassi del settore e forniscono una frazione di ciò che un sistema a ingranaggi genererebbe nella gestione di un carico comparabile.

È tutta una questione di persone

M. Measson sta andando avanti con molti cobot sulla linea di produzione, che utilizzano tutti la tecnologia Thomson per fornire il movimento a bassa inerzia, a basso attrito e ad alta capacità che li distingue nel mercato della tecnologia cobot basata sugli ingranaggi. La cosa più importante per lui è il fatto che non solo sta mantenendo la persona nel processo, ma sta anche rendendo il suo lavoro più facile.

"Quando i lavoratori hanno visto per la prima volta i cobot, si chiedevano come si sarebbe evoluto il loro lavoro. Ma dopo averli usati per un breve periodo, sono diventati dei fan. Questo è molto gratificante", ha detto M. Measson.

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