RV-reducer versus harmonisk drev i ABB-robotter
Når nogle mennesker første gang kommer i kontakt med ABB-industrirobotter, fokuserer deres øjne på styrekabinetter, servomotorer og undervisningspanel. Men i virkeligheden er det, om en robot bevæger sig 'stabilt eller ej, præcist eller ej, holdbart eller ej', faktisk roden til disse egenskaber skjult i leddene – nemlig i de få reducere.
De fleste teknikere, der vedligeholder ABB-robotter, har oplevet dette gearproblem: Efter et par år begynder robotten langsomt at vise spor af baneafvigelse, ustabil svejsning, rysten, støj og positioneringsafvigelse. Ved en systematisk fejlfinding bliver hastighedsreduceren ofte identificeret som årsagen, når man undersøger leddene. De to mest almindelige typer reducer i ABB-robotledene, især i robotens overdel, er RV-reduceren og den harmoniske reducer.
Kunder stiller ofte spørgsmål som: "Hvad er forskellen mellem disse to reduktorer?", "Hvorfor skal ABB gøre dette? Hvorfor bruger ABB RV til nogle aksler og harmoniske reduktorer til andre?" "Hvilken er mere holdbar?" "Hvilken er mere præcis?" I dag vil vi tale med jer udelukkende ud fra erfaringerne fra værkstedet. 
Reduktionsgearkassen i robotten er til sidst det, der skal lave
Servomotorer til industrirobotter: Drej hurtigt – det er en hurtig løsning, men der er et dødeligt problem: hurtig drejning er ikke det samme som stor kraft. Når robotten arbejder i praksis, kræver den lav hastighed, høj drejningsmoment, høj præcision og også stabil effekt. Tænk over det: Ved svejsning skal bevægelsen følge svejsesømmen helt jævnt; når der håndteres arbejdsemner på flere hundrede pund, skal leddene kunne absorbere kraften uden at ryste. Det, gearkassen gør, er at reducere motorens 'dumme' hastighed, forstærke kraften og sikre, at akslen stopper nøjagtigt på den rigtige position. Derfor kan man betragte reduktoren som en 'kraftforstærker' og en 'præcisionens vagtholder' i leddene. Hos mange ABB-robotter kan man mærke, så snart reduktoren er slidt: Banen bliver mere og mere usikker, gentagelsespositioneringsfejlen vokser dag for dag, armen begynder at ryste, og acceleration/deceleration sker ujævnt – svejsekvaliteten bliver ustabil, og stærke punkter fører direkte til alarmer, der går i stykker.
RV-reducer: solid og anti-fremstillingsskæv bærer
Hvad er funktionen af RV-reduceren? Mange mennesker kalder den også en cykloide-reducer. Det bedste ved denne komponent er netop én ting: den er stiv, og den er især modstandsdygtig over for deformation. Den anvendes i tunge industrirobotter til at bære armen, så de kan udføre svejse-, håndterings- og pallelægningsopgaver. Især hos store ABB-robotter findes RV-reduceren typisk i basen, armen og de mest belastede leddene – ofte også i kroppens midte. Tænk engang på, hvor stor inertialkraften er, som lejerne i basen på en stor ABB-robot skal bære, når hele armen svinges opad. Hvis reduceren ikke er tilstrækkeligt stiv på dette sted, vil hele robotten arbejde som en beruset person og svaje. Den stærkeste egenskab ved RV-reduceren er netop denne hårde knoglestruktur.
Hvorfor er RV-reduceren så robust? Det har noget at gøre med dens indre struktur. En almindelig tandhjulsreducer kan på et givet tidspunkt have én eller to tænder, der overfører kraften, men RV-reduceren er anderledes: Her er mange tænder i kontakt samtidigt, så kraften fordeler sig. Det svarer til, at en gruppe mennesker sammen løfter noget tungt i stedet for at stole på én enkelt persons evne til at bære det. På denne måde bliver kraften mere jævnt fordelt, stødbelastningsevnen er højere, risikoen for tandbrud er mindre, og reduceren kan også holde til tunge belastninger over længere tid uden problemer. Derfor kan mange ABB robotter med heavy-duty RV-reducere bruges i årevis. Især i bilværksteder til svejseformål er det tydeligt at se: Disse ABB-svejserobotter arbejder ofte mere end ti timer om dagen og roterer kontinuerligt i flere år – og det første, der typisk svigter, er ofte ikke styreenheden, men mekaniske leddelene, hvor spillet langsomt udvikles pga. slitage. Generelt set er levetiden for RV-reduceren dog virkelig lang.
Harmonisk reduktor: født til "ekstrem præcision".
Den harmoniske reduktor er en helt anden tilgang end RV-reduktoren, som er designet til at være "bygget", mens den harmoniske reduktor er designet til at være "ekstremt præcis". Den harmoniske reduktor har nogle særligt tydelige egenskaber: lille størrelse, let vægt, spil er ekstremt lavt – så lavt, at det næsten er ubetydeligt – og meget høj præcision, der er imponerende. Så hvis du ser på håndleddet på en ABB-robot, især på akserne tæt på værktøjsenden, f.eks. ved malearbejde, præcisionsmontage, greb af små dele eller i elektronikindustrien, hvor robotter anvendes, er håndleddet næsten altid udstyret med en harmonisk reduktor. Rummet i dette område er allerede meget begrænset, og kravene til bevægelsespræcision er unormalt høje, så den harmoniske reduktor er netop det rigtige valg.
Hvorfor kan harmonisk reduktionsgear være så præcist? Nøglen ligger i, at det næsten ikke har noget transmissions-spil, hvilket vi ofte kalder "backlash". Mange almindelige reduktionsgear har dette problem: når motorenden bevæger sig lidt, følger uddataet ikke med øjeblikkeligt – der er altid et spil. Jo større spillet er, jo mere usikkert bliver robotens positionering. Harmoniske geardrev bygger på et sæt fleksible transmissionsprincipper, som reducerer spillet til et meget lavt niveau. Derfor kan man føle, hvordan ABB-robotens håndled drejer sig især glat, uden den slags løse, spilagtige fornemmelse. Dette er især tydeligt ved malingrobotter: hvis sprøjtestangens bane ryster let, opstår der straks striber på malingsoverfladen, ulige tykkelse, appelsinskal-effekt eller manglende malingsspray, så malingrobotter er særligt afhængige af en høj præcision fra det harmoniske reduktionsgear i håndleddet.
Hvorfor bruger ABB ikke bare ét geardrev?
Så hvorfor bruger ABB ikke bare begge typer, og installerer RV på den store akse og harmoniske gear på den lille akse? Udtrykt direkte: Industrieroboter har fra deres natur brug for både styrke og præcision, og hver af disse to egenskaber håndteres af henholdsvis RV- og harmoniske gear. ABB’s designtilgang er typisk at anvende RV-gear til de store ledder foran og harmoniske gear til de små ledder bagpå. På den måde sikres den samlede stivhed ved tunge belastninger for at opnå stabilisering, mens bevægelsen i enden er præcis nok, og banestyringen er ligeledes glat. Faktisk er dette i dag den dominerende løsning for de fleste industrirobotter på markedet.
Hvilken type – RV eller harmoniske gear – er mest udsat for fejl?
Hvilken der er nemmere at ødelægge, er også det, kunderne altid spørger om. Realistisk set kan vi ikke blot sige, hvem der er mere skrøbelig end hvem, fordi de fungerer i forskellige miljøer. Ifølge praktiske erfaringer fra værksteder er harmonisk reduktoren dog relativt set lidt mere "skrøbelig". Det skyldes, at den fleksible tandkranse hele tiden befinder sig i en tilstand af elastisk deformation, og ved langvarig, højfrekvent frem-og-tilbage-bevægelse vil den gradvist blive træt. Især ved højfrekvente bevægelser med lille amplitude, døgnlang ikke-stop-arbejde samt hyppige start-stop-operationer vil slitage på den harmoniske reduktor ske hurtigere. RV-reduktoren er mere følsom over for tunge belastningspåvirkninger, såsom robotkollisioner, overbelastning, nødstop eller ældre enheder med høj inertimoment, hvor den har svært ved at holde ud – i disse tilfælde er der stor risiko for usynlige skader på tandhjulene og lejerne inden i reduktoren.
Hvad er forudsigelserne for en gearkasse, der er ved at gå i stykker?
På feltet er forløberne på reduktoren, der går i stykker, især tydelige, men mange mennesker tror i første omgang, at det er en servomotor eller motor, men resultatet viser sig at være reduktoren. Hvis du vil have mig til at sige det, skal du tænke på reduktoren, når du støder på følgende symptomer. Robotens positionering bliver mere og mere unøjagtig – dette er det mest typiske. Især ved svejserobotter er svejsepunktet i starten korrekt, men afvigelserne bliver efterhånden større og større; efter nulstilling af nulpunktet fungerer robotten godt i et døgn eller to, og så begynder fejlene igen – i ni ud af ti tilfælde skyldes dette slid i reduktorens spil. Robotens bevægelser begynder at ryste, især ved lav hastighed. Ved nogle ABB-robotter kan du føle det tydeligt, når du manuelt drejer håndhjulet langsomt: Der opstår en række små, ujævne bevægelser – en slags flimren eller vibrere, uden den ønskede glathed – hvilket oftest skyldes indvendig slid. Ledene udvikler støj: klikke-lyde, metalgnidningslyde eller dybe dumpe lyde – tag dem ikke let. Især når lejerne i RV-reduktoren er defekte, er støjen særlig tydelig, og mange fortsætter alligevel med at bruge robotten, hvilket ender med, at hele leddet ødelægges. Derudover kan ledene blive meget varme: Når reduktoren er slidt, øges gnidningen betydeligt, og du kan tydeligt mærke, at akslens temperatur er højere end på de andre dele – i alvorlige tilfælde kan du endda lugte den forringede smøresmags 'pasta-lugt'.
Hvordan vedligeholder man den, så den kan bruges i flere år?
Vedligeholdelse af denne komponent bliver af mange fabrikker ofte ignoreret, især den mekaniske del – de mener blot, at den kan tændes og køre på linjen. Men robotreduceren er dog mest følsom over for længerevarende manglende opmærksomhed. Især ved tre-skift-rotationsrobotter fra ABB understreger vi gentagne gange for kunderne: Føl temperaturændringerne, lyt til støjen, føl vibrationerne og vær opmærksom på, om der sker større ændringer end fra én dag til den næste. Smøring bør også foretages regelmæssigt efter behov. Mange reducerer bliver ikke pludselig kasseret uden forudgående advarsel – i virkeligheden har de ofte været under udtalt slid i lang tid, men ingen har bemærket det. Ved tidlig opdagelse kan man ofte blot udskifte et leje eller skifte olie som løsning, mens en forsinket reaktion kan føre til, at hele reduceren ender som skrotmetal.
Præcisionen falder – roden ligger for det meste i reduceren
Mange ABB-robotter præcisionsnedsætning skyldes ikke nødvendigvis encoderen eller motoren. For du tænker jo: Din styresystem og så kalkulerer kvæg igen præcist – men hvis den mekaniske del selv har spil, vil den endelige bevægelse alligevel være forkert. Derfor er det også tilfældet, at nogle ABB-robotters encoder fungerer normalt, motoren fungerer normalt, ingen har ændret parametrene, men banen er stadig ustabil. Når leddene demonteres, viser det sig, at reduktoren er slidt. Dette er især almindeligt hos svejserobotter, der har været i brug i flere år.
Om reduktoren skal repareres eller udskiftes
Om man skal reparere eller udskifte gearkassen, afhænger det af den faktiske situation. I nogle tilfælde, såsom lejerslidtage, manglende smøring og kun en lille smule spil, kan den repareres. Men hvis tandhjulene inde i gearkassen allerede er brudt, fleksrullen er udmattet og brudt, eller den interne slid er meget alvorlig, er det ofte mere omkostningseffektivt at udskifte den direkte med en ny. Dette skyldes, at omkostningerne ved robotnedetid ofte er langt højere end selve gearkassens pris. Især i bilproduktionslinjer koster en dags nedetid ofte nok til at købe flere gearhoveder.
