Reductor RV vs. Accionament harmònic en robots ABB
Quan algunes persones entren per primera vegada en contacte amb robots industrials ABB, els seus ulls es centren en els armaris de control, els motors servo i el dispositiu d’ensenyament. Però, en definitiva, el que determina si un robot es mou «de forma estable o no, precisa o no, duradora o no» és, de fet, el que es troba amagat a les articulacions: uns quants reductors.
La majoria dels tècnics que fan manteniment de robots ABB ja han experimentat aquest problema amb els engranatges: després de diversos anys d’ús, el robot comença progressivament a presentar desviacions de trajectòria, soldadures inestables, vibracions, sorolls i desplaçaments en la posició. Un cop realitzada una inspecció completa, sovint es descobreix que el reductor de velocitat situat a l’articulació és el responsable. Als robots ABB, les articulacions de la part superior del braç solen incorporar principalment dos tipus de reductors: el reductor RV i el reductor harmònic.
Els clients solen preguntar: «Quina és la diferència entre aquests dos reductors?», «Per què ABB ha de fer això? Per què ABB utilitza reductors RV per a alguns eixos i reductors harmònics per a d’altres?», «Quin és més durador?», «Quin és més precís?». Avui us parlarem, únicament des de l’experiència adquirida al taller. 
El reductor de velocitat del robot, al final, serveix per fer què
Motores servo de robots industrials: augmenten la velocitat, però hi ha un problema fatal: una velocitat elevada no equival a una força elevada. En condicions reals de treball, el robot necessita baixa velocitat, alt parell, alta precisió i, alhora, una sortida estable. Penseu-hi: en soldar, cal seguir la soldadura amb un moviment especialment fluid; quan es manegen peces que pesen centenars de lliures, les articulacions han de ser capaces d’absorbir la força sense tremolar. El que fa la caixa de canvis és reduir la velocitat excessiva del motor, amplificar la força i fer que l’eix de sortida s’aturi exactament a la posició adequada. Per tant, es pot considerar el reductor com un «amplificador de força» i un «guardià de la precisió» a les articulacions. En molts robots ABB, només cal que el reductor s’hagi desgastat perquè se n’observin els efectes: la trajectòria esdevé cada cop més inestable, l’error de posicionament repetitiu augmenta dia rere dia, el braç comença a tremolar, les acceleracions i desacceleracions esdevenen successives, la qualitat de la soldadura varia notablement i, finalment, els punts crítics activen directament les alarmes.
Reductor RV: portador sòlid i resistent a la fabricació
Quin és el paper del reductor RV? Molta gent també el denomina reductor cicloidal. El millor d’aquest dispositiu és just una cosa: la seva rigidesa, i especialment la seva resistència a la deformació per fabricació. S’utilitza principalment en robots industrials d’alta càrrega per fer funcionar les bigues, de manera que aquells robots ABB grans destinats a soldar, manipular, paletitzar o realitzar altres tasques pesades incorporen, especialment a la base, al braç i a les articulacions més exigides del braç, reductors RV a l’abdomen. Penseu-hi: quan un robot ABB gran mou tot el braç cap amunt, la inèrcia de la força que han de suportar diversos rodaments de la base ha de ser enorme. Si el reductor no és prou rígid en aquest punt, tot el robot treballarà com si estigués borratxo, amb oscil·lacions. La part més forta del reductor RV és precisament aquesta «ossatura» rígida.
Per què és tan resistent el reductor RV? Té a veure amb la seva estructura interna. En un reductor de rodes dentades ordinari, pot ser que només una o dues dents participin simultàniament en la transmissió de la força, però el reductor RV no funciona així: en ell, moltes dents entren en contacte al mateix temps, de manera que la càrrega es reparteix. És com si un grup de persones aixequessin conjuntament un objecte pesat, en lloc de confiar en una sola persona per transportar-lo. D’aquesta manera, la força es distribueix de forma uniforme, la resistència als impactes és elevada i el risc de trencament de les dents és molt reduït; a més, pot suportar càrregues pesades durant llargs períodes de temps de forma estable. Això explica per què molts reductors RV per a robots industrials pesats d’ABB poden funcionar durant molts anys. Especialment en els tallers de soldadura automobilística n’és especialment evident: aquells robots de soldadura ABB treballen més de deu hores diàries i giren de forma contínua durant diversos anys; sovint, el primer element que no aguanta no és el controlador, sinó les articulacions de la part mecànica, on es va generant progressivament un joc per desgast. Tot i això, en general, la vida útil global del reductor RV és realment llarga.
Reductor harmònic: nascut per a «precisió extrema».
El reductor harmònic és un enfocament completament diferent del RV, que està dissenyat per ser «construït», mentre que el reductor harmònic està dissenyat per ser «d’una precisió extrema». El reductor harmònic té unes característiques especialment evidents: mida reduïda, pes lleuger, joc molt baix —tan baix que gairebé és negligible— i una precisió elevadíssima. Per això, si observeu la munyeca dels robots ABB, especialment en els eixos propers a l’extrem de l’eina, com ara en aplicacions de pintura, muntatge de precisió, agafada de peces petites o en l’indústria electrònica, la munyeca és gairebé sempre un reductor harmònic. L’espai disponible en aquesta zona ja és molt limitat i, al mateix temps, els requisits de precisió en el moviment són extremadament exigents; per tant, el reductor harmònic és la solució perfecta.
Per què pot ser tan precisa la reducció harmònica? La clau rau en el fet que gairebé no té joc de transmissió, el que sovint anomenem «backlash». Molts reductors convencionals tenen aquest problema: quan l’extrem del motor es mou una mica, la sortida no segueix immediatament aquest moviment; sempre hi ha un joc. Com més gran sigui aquest joc, més incerta serà la localització del robot. Els reductors harmònics es basen en un conjunt de principis de transmissió flexibles que redueixen el backlash a un nivell molt baix. Per això es pot notar especialment la suavitat amb què gira la munyeca d’un robot ABB, sense aquella sensació de joc o fluïdesa excessiva. Això és especialment evident en els robots de pintura: si la trajectòria de la pistola de pintura vibra lleugerament, la superfície pintada mostra immediatament ratlles, espessor irregular, efecte «pell d’orangutà» o pèrdua de pintura per aspersió. Per tant, la precisió del reductor harmònic de la munyeca és particularment crítica en aquests robots de pintura.
Per què ABB no utilitza només un reductor?
Aleshores, per què l’ABB no utilitza simplement tots dos tipus de reductors i instal·la reductors RV a l’eix gran i reductors harmònics a l’eix petit? De forma clara i directa, els robots industrials necessiten inherentment tant resistència com precisió, i aquestes dues característiques es distribueixen entre els reductors RV i els harmònics. L’enfocament dissenyat per l’ABB sol ser utilitzar reductors RV als articulacions grans del davant i reductors harmònics als articulacions petits del darrere. Així, la rigidesa global permet estabilitzar càrregues pesades, mentre que la precisió del moviment final és suficientment elevada i el control de la trajectòria també és fluid. De fet, la majoria de robots industrials disponibles actualment al mercat segueixen aquesta configuració com a programa principal.
Quin dels dos, els reductors RV o els harmònics, és més propens a fallar?
Què és més fàcil de trencar també és una pregunta que els clients sempre fan. Realistament parlant, no podem dir simplement qui és més fràgil que qui, perquè treballen en entorns diferents. No obstant això, segons la sensació real d’una reparació al taller, el reductor harmònic és relativament més «fràgil», tot i que només una mica. Això es deu al fet que la roda flexible interior es troba constantment en estat de deformació elàstica, i, després de moltes hores de moviment alternatiu de gran freqüència, acaba patint fatiga. En especial, les accions de petita amplitud i alta freqüència, el treball ininterromput dia i nit, i les operacions amb arrancades i aturades freqüents acceleren el desgast del reductor harmònic. El reductor RV, en canvi, és més sensible als impactes causats per càrregues pesades, com ara xocades de robots, sobrecàrregues, aturades d’emergència o l’ús prolongat sota elevada inèrcia, quan resulta difícil de suportar; en aquests casos, és fàcil que es produeixin danys ocults als engranatges i als rodaments interiors.
Quins són els símptomes previsors d’un reductor que s’està deteriorant?
Al camp, el precursor del reductor que té problemes és especialment evident, però molta gent, al principi, pensava que era un servomotor o un motor; no obstant això, el resultat és el reductor. Si voleu que us ho digui, quan us trobeu amb els símptomes següents, cal que penseu en el reductor. La posició del robot es va fent cada cop menys precisa: aquest és el símptoma més típic. En especial, en els robots de soldadura, al principi el punt de soldadura és correcte, però després la desviació va augmentant progressivament; si es recalibra el punt zero, funciona bé durant un o dos dies i després torna a fallar: en nou de cada deu casos, això és degut al desgast de la lluentor del reductor. L’acció del robot comença a tremolar, especialment a baixa velocitat; en alguns robots ABB, quan es fa servir la roda manual per assenyalar lentament, es nota una sensació successiva de tremolor o vibració, sense suavitat suficient, cosa que indica, molt probablement, un desgast intern. També poden aparèixer sorolls als articulacions: clics, sorolls de fricció metàl·lica o sons greus i apagats; no els ignoreu. En especial, quan els coixinets del reductor RV estan deteriorats, el soroll és especialment evident, i moltes persones encara insisteixen a fer-ne ús, fins que finalment l’articulació s’arruïna completament. Un altre símptoma és que les articulacions es posen molt calentes: un cop el reductor està desgastat, la fricció augmenta considerablement i es nota clarament que la temperatura de l’eix és molt superior a la de la resta; en casos greus, fins i tot es pot percebre l’olor característica de la grasa deteriorada.
Com mantenir-lo per fer que duri més anys?
El manteniment d’aquesta peça és una tasca que moltes fàbriques tendeixen a ignorar, especialment la part mecànica, i consideren que només cal que el robot funcioni. Tanmateix, el reductor del robot és el component que més tem el fet de quedar sense atenció durant molt de temps. Això és especialment cert en el cas dels robots ABB amb torns rotatius de tres equips. Normalment, insistim una mica amb els clients: observeu els canvis de temperatura, escolteu el soroll, percebiu les vibracions i fixeu-vos si hi ha diferències significatives respecte al dia anterior; a més, la lubricació també cal revisar-la periòdicament, segons les condicions. Molts reductors no es descarten sobtadament, sinó que porten temps desgastant-se progressivament, però ningú se n’adona. Si es detecta precoçment, pot bastar amb substituir un rodament o canviar l’oli per resoldre el problema; si s’endarrereix massa, tot el reductor acabarà convertit en ferralla.
La pèrdua de precisió té la seva arrel principalment en el reductor
Molts robots ABB tenen una precisió reduïda, i l’arrel del problema no és necessàriament l’encoder o el motor. Perquè penseu: el vostre sistema de control i després el càlcul tornen a ser precisos; però si la part mecànica en si té un joc, l’acció final seguirà sent inestable. Això és el perquè alguns robots ABB tenen l’encoder en bon estat, el motor en bon estat i ningú no ha modificat els paràmetres, però la trajectòria no és estable. Quan es desmunten les articulacions, es comprova que el reductor està desgastat. Això és especialment habitual en robots de soldadura que porten diversos anys en ús.
Reparar o substituir el reductor
Decidir si cal reparar o substituir la caixa de canvis depèn de la situació real. En alguns casos, com ara el desgast dels coixinets, la fallada de lubricació o una mica d’holgura, es pot fer una reparació. No obstant això, si les rodes dentades interiors ja estan trencades, la roda flexible està fatigada i trencada, o el desgast intern és molt greu, sovint resulta més econòmic substituir-la directament per una de nova. Això és degut al fet que els costos derivats de l’aturada d’un robot solen ser molt superiors als de la caixa de canvis en si. Especialment en les línies automotrius, on una sola jornada d’aturada pot equivaldre al cost de diverses caixes de canvis.
