Combinazione perfetta

Un performante robot industriale standard ad un prezzo molto conveniente – questa l’idea commerciale apparentemente semplice con la quale la start-up tecnologica tedesca fruitcore GmbH rivitalizza dal 2017 il mercato della robotica. Questo straordinario rapporto prezzo-prestazioni è reso possibile da dettagli tecnici intelligenti, fra i quali si ricordano l’innovativo concept di azionamento del robot, che coniuga catene articolate a quattro giunti con i riduttori epicicloidali di Neugart.

fruitcore GmbH con sede a Costanza è un’azienda specializzata nello sviluppo e nella produzione nonché commercializzazione di robot industriali semplici da comandare e straordinari dal punto di vista tecnico. In questo momento sotto la lente di ingrandimento c’è un sistema a sviluppo interno che agevola i primi passi nell’automazione ad aziende di qualsiasi dimensione. Costituita nel 2017, la giovane azienda dà lavoro a oltre 40 dipendenti in totale, fra i quali si annoverano esperti altamente specializzati nei rami costruzione, elettronica e sviluppo software.

La gamma modulare non comprende solo l’intuitivo software horstFX e accessori adeguati quali pinze e una base mobile per robot, ma in particolare anche il robot a braccio articolato di recente sviluppo HORST (il cui nome è l’acronimo di Highly Optimized Robotic Systems Technology). Il robot a 6 assi, con una portata del braccio di 900 mm, un carico utile di 3 kg e precisione e ripetibilità di +/- 0,05 mm, si basa su un concept di azionamento con catene articolate a quattro giunti totalmente innovativo per la robotica. Con la rinuncia ai costosissimi riduttori armonici o ai riduttori cicloidali normalmente in uso, HORST offre un rapporto ottimale tra portata e carico utile a costi relativamente ridotti. 

Riduttori come componenti centrali

Le catene articolate a quattro giunti, chiamate anche collegamenti meccanici, hanno un rapporto di riduzione non lineare e quindi dipendente dalla posizione. Il significato di tutto questo in riferimento ad un braccio di robot lo spiega Manuel Frey, co-fondatore e Responsabile dello Sviluppo in fruitcore: “In base all’elevato rapporto di riduzione della catena articolata a quattro giunti quando il braccio è esteso, risulta che il picco di coppia – che dovrebbe essere applicato per l’accelerazione del braccio esteso, compreso il carico – sia sensibilmente minore rispetto a quello dei robot convenzionali.”

Il vantaggio consiste nella possibilità di impiegare motori più piccoli, con la conseguente riduzione del prezzo del robot. Per la verità esiste anche uno svantaggio, emerso nel corso del lavoro di sviluppo: il rapporto della catena articolata a quattro giunti, da solo, non basta. Pertanto come soluzione si impiegano altri riduttori sugli assi. L’eccezionalità di HORST deriva da questa combinazione.

La tipologia di riduttore ottimale che si è rivelata valida per questa specifica applicazione è quella dei riduttori epicicloidali monostadio. Per garantire valori ottimali di carico utile e portata all’elevata dinamica dei movimenti del robot, è necessario configurare l’intero sistema di trasmissione nel segno dell’efficienza. In quest’ottica il rapporto di riduzione appropriato funge da criterio base e viene fondamentalmente determinato dal riduttore epicicloidale. “Senza le catene articolate a quattro giunti, in teoria saremmo dovuti ricorrere a riduttori a due stadi, che d’altro canto hanno un gioco torsionale sensibilmente più alto e quindi non sarebbero idonei all’uso in robot a braccio articolato”, così descrive Manuel Frey l’alternativa poco praticabile.

I riduttori epicicloidali di Neugart

I responsabili di fruitcore non hanno cercato di semplificare la ricerca di un adeguato costruttore, come ricorda Manuel Frey: “Abbiamo cercato davvero a lungo un fornitore adeguato di riduttori epicicloidali, che fossero esattamente modulati per il nostro sistema o che fossero modulabili su di esso – e che, non ultimo, fossero assolutamente di produzione tedesca.” In questo scenario la scelta è caduta su Neugart, azienda specializzata nei riduttori con sede a Kippenheim, nel Baden.

Il criterio più importante per il Responsabile dello Sviluppo Frey e i suoi colleghi si basava sulla precisione elevata e su un gioco torsionale ridottissimo dei riduttori. I riduttori Neugart garantiscono la necessaria rigidità torsionale anche nella versione standard dell’Economy-Line, peraltro assolutamente sufficiente nel caso concreto, perché i riduttori montati su HORST operano per scelta consapevole solo all’interno del consueto range nominale. Perfino i casi di applicazioni con carichi radiali particolarmente alti, per es. con l’uso di cinghie, sono gestibili con riduttori standard grazie all’elevata performance dei prodotti Neugart. In pratica non ci si limita ad impiegare solo componenti più convenienti. Anche la resistenza alla fatica dei riduttori è assicurata dall’esercizio all’interno del range nominale, con la garanzia di lunga durata del robot.

A livello concreto, su tre dei sei assi del robot si impiegano riduttori PLE di taglie diverse e su un quarto (asse 1) è in uso il modello PLN090-008. I riduttori epicicloidali Economy, serie PLE, sono particolarmente leggeri e al contempo estremamente performanti, inoltre grazie al loro design con cuscinetto ad attrito ridotto e alla lubrificazione ottimizzata sono l’ideale anche per cicli di carico dinamici e gravosi.

Oltre alle caratteristiche di prodotto, ha non di meno giocato a favore di Neugart anche l’impeccabile collaborazione: “L’implementazione dei riduttori si è svolta assolutamente senza problemi”, conferma Manuel Frey. “Durante la fase di sviluppo Neugart ha reagito sempre rapidamente alle nostre richieste di aggiustamento. Inoltre fin dall’inizio tutti i dati ed informazioni messi a disposizione da Neugart – nel catalogo e nei tool di configurazione TDF o NCP – si sono rivelati molto utili e talmente esaustivi che siamo potuti partire subito col progetto. Naturalmente c’è stata qualche questione di natura tecnica, che tuttavia è stata risolta sempre velocemente e facilmente grazie allo stretto accordo reciproco.”

Conclusioni e prospettive

Il robot industriale HORST sviluppato da fruitcore offre uno straordinario rapporto prezzo-prestazioni, basato sulla combinazione di catene articolate a quattro giunti e riduttori epicicloidali finora inedita per la robotica.

A favore del ruolo di fornitore per Neugart ha giocato da un lato la qualità dei riduttori PLE e PLN fabbricati in Germania. Dall’altro il costruttore è già pronto a soddisfare eventuali requisiti futuri considerando la sua vasta gamma di prodotti: “Ci saranno altri robot di taglie diverse”, preannuncia Manuel Frey. “Grazie alla grande scelta di modelli di riduttori nulla si frappone a questo progetto – e ad un’ulteriore fruttuosa collaborazione con Neugart.”