Τι είναι ένα κιβώτιο ταχυτήτων ρομπότ ABB;
Συνήθως οι άνθρωποι μιλούν για βιομηχανικά ρομπότ, και το πρώτο που συζητάται είναι πώς να ρυθμιστεί ο ελεγκτής, πώς να προγραμματιστεί, πώς να εκτελεστεί μια διαδρομή — αυτά τα ορατά και αισθητά πράγματα. Ωστόσο, αν κανείς βυθιστεί πραγματικά για μεγάλο χρονικό διάστημα στο εργαστήριο, κατανοεί ότι η ομαλότητα της κίνησης ενός ρομπότ — δηλαδή αν κινείται ομαλά ή όχι — εξαρτάται στην πραγματικότητα από το μηχανικό του σώμα, τα «οστά» του. Το σημαντικότερο και πιο εύκολα παραβλεπόμενο μέρος αυτού του σώματος είναι ο μειωτήρας. 
Τι κάνει αυτό το εξάρτημα σε ένα ρομπότ;
Ας χρησιμοποιήσουμε μια πολύ απλοϊκή αναλογία. Ο κινητήρας περιστρέφεται με μεγάλη ταχύτητα, βουητό, αλλά αν θέλετε να μεταφέρει απευθείας μια συγκολλητική λαβίδα ή ένα εξάρτημα βάρους εκατό ή ογδόντα κιλών, δεν έχει την απαιτούμενη δύναμη και απλούστατα δεν μπορεί να το αναλάβει. Από την άλλη πλευρά, όταν το ρομπότ εργάζεται, απαιτείται μια σταθερή δύναμη, η οποία δεν χρειάζεται να είναι ιδιαίτερα μεγάλη σε ταχύτητα, αλλά πρέπει να είναι επαρκής και η θέση σταματήματός του πρέπει να είναι ακριβής με ακρίβεια ενός μόνο τριχιού.
Αυτές οι δύο ανάγκες είναι εντελώς διαστρεβλωμένες. Το κιβώτιο ταχυτήτων βρίσκεται στο κέντρο αυτής της «μετάφρασης» και «μετατροπής» της εργασίας — μειώνει την ταχύτητα του κινητήρα που περιστρέφεται υπερβολικά γρήγορα, ενώ ταυτόχρονα ενισχύει τη ροπή και διασφαλίζει ότι η ισχύς του κινητήρα μεταδίδεται στη σωστή θέση. Χωρίς αυτό, ο κινητήρας θα ήταν συνδεδεμένος απευθείας με τα άκρα (χέρια και πόδια), και το ρομπότ θα έκανε απότομες κινήσεις ή θα κατέρρεε εντελώς.
Εάν έχετε αποσυναρμολογήσει ένα ρομπότ ABB και έχετε εξετάσει το βραχίονα, θα διαπιστώσετε ότι τα κιβώτια ταχυτήτων βρίσκονται στη μεγάλη άρθρωση στη βάση, στο σημείο όπου συνδέονται ο μεγάλος βραχίονας και οι δύο μικρότεροι βραχίονες, καθώς και στις μικρές αρθρώσεις του καρπού που μπορούν να περιστρέφονται. Οι μεγάλες και οι μικρές αρθρώσεις δεν είναι το ίδιο πράγμα: οι μεγάλες αρθρώσεις πρέπει να είναι ανθεκτικές και ευρέως φορτίσιμες, ικανές να υποστηρίξουν μεγάλα φορτία, ενώ οι μικρές αρθρώσεις πρέπει να λειτουργούν χωρίς οποιαδήποτε χαλάρωση (zero clearance) και με ακριβή ελέγχους.
Στο εργαστήριο χρησιμοποιούνται συνήθως διάφοροι τύποι κιβωτίων ταχυτήτων.
Ένα είδος μετάδοσης ονομάζεται μετάδοση RV, ενώ ορισμένοι την αποκαλούν κυκλοειδή τροχό με καρφιά. Αυτό το εξάρτημα έχει στερεή κεφαλή και τοποθετείται συνήθως στη βάση και στο βραχίονα του ρομπότ, σε περιοχές όπου ασκούνται μεγάλες δυνάμεις. Χαρακτηρίζεται από υψηλή αντοχή στην κατασκευή και επαρκή σκληρότητα, ώστε να μπορεί να υποστηρίζει καθημερινά εργασίες ρομπότ όπως η εκτέλεση ενός είδους «σφυροκοπήματος», η σημειακή συγκόλληση ή άλλες βαριές εργασίες.
Το άλλο είδος ονομάζεται αρμονική μετάδοση και λειτουργεί με εντελώς διαφορετική αρχή. Περιλαμβάνει ένα ελαστικό τροχό εσωτερικά και λειτουργεί μέσω ελαστικής παραμόρφωσης, γεγονός που επιτρέπει σχεδόν μηδενική διακένα, υψηλή ακρίβεια και μικρές διαστάσεις. Εάν κοιτάξετε τις ενώσεις του καρπού του ρομπότ, οι οποίες είναι εξαιρετικά ευέλικτες όπως η ανθρώπινη χείρα, θα διαπιστώσετε ότι σε αυτές τις περιοχές χρησιμοποιείται κυρίως αυτό το είδος μετάδοσης. Η στεγνή συναρμολόγηση και η λήψη μικρών εξαρτημάτων για ακριβείς εργασίες εξαρτώνται αποκλειστικά από την ακρίβεια αυτής της «χειρός».
Υπάρχει επίσης η πλανητική μετάδοση, η οποία αποτελεί μια συμβιβαστική επιλογή: είναι συμπαγής και παρέχει καλή απόδοση. Συναντάται σε ορισμένους βοηθητικούς άξονες όπου η ευαισθησία στο κόστος είναι υψηλή ή όπου οι απαιτήσεις ως προς την ακρίβεια δεν είναι ιδιαίτερα αυστηρές.
Αν η μετάδοση αρχίσει να χάνει την ψυχραιμία της, το ρομπότ δεν θα εκτελέσει το καθήκον του.
Συμβαίνουν πολλά πράγματα στην εργοταξιακή περιοχή που καταλήγουν σε λάθος θέση.
Για παράδειγμα, η ακρίβεια του ρομπότ μειώνεται καθώς λειτουργεί. Στο παρελθόν, τοποθετούσε τα κομμάτια με ακριβή πρόσφυση, ενώ τώρα είναι πάντα ελαφρώς εκτός θέσης, ανεξάρτητα από το αν έχει γίνει προσαρμογή του προγράμματος ή επαναβαθμονόμηση του μηδενικού σημείου. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι πιθανόν η χωρητικότητα (clearance) στο κιβώτιο ταχυτήτων να έχει αυξηθεί. Υπάρχει ένα κενό μεταξύ των οδοντωτών τροχών και, όταν του δίνεται εντολή να μετακινηθεί σε εκείνη τη θέση, παρουσιάζει ελαφρά κίνηση ταλάντωσης, με αποτέλεσμα η πραγματική θέση να αποκλίνει.
Ένα άλλο φαινόμενο είναι ότι το ρομπότ κινείται με απότομες, ανώμαλες κινήσεις και φαίνεται τρεμάμενο στο γυμνό μάτι, χωρίς την προηγούμενη ομαλότητα. Αυτό οφείλεται κυρίως σε ανομοιόμορφη φθορά εσωτερικά ή σε ανεπαρκή λίπανση, με αποτέλεσμα την ξηρά τριβή.
Το αρχικό ρομπότ λειτουργούσε ήσυχα, ενώ τώρα παράγει κρότους και βουητά, όπως ένα κατσαρόλι. Αυτός ο θόρυβος είναι η «κραυγή βοήθειας» του· πρέπει να υπάρχει κάποιο πρόβλημα με τα κουλονάκια ή τους οδοντωτούς τροχούς εσωτερικά.
Υπάρχουν περισσότερες άμεσες, προηγουμένως ικανές να κινούν το αντίστοιχο τμήμα, τώρα όμως ενεργοποιείται η συναγερμός, ενώ αισθάνεται κανείς ότι ο ρομπότ δεν είναι ισχυρός. Αυτό σημαίνει ότι η απόδοση της μετάδοσης έχει μειωθεί σημαντικά και η ενέργεια καταναλώνεται στο κιβώτιο ταχυτήτων.
Οι πιο συνηθισμένες καταστάσεις στο πεδίο
Έλα, επιτρέψτε μου να σας αναφέρω μερικές καταστάσεις με τις οποίες πρέπει να είστε εξοικειωμένοι. Ο πελάτης τηλεφωνεί και λέει: «Ο ρομπότ μου, το σημείο που παλιά ήταν ακριβώς σωστό, τώρα είναι εντελώς εκτός, με απόκλιση μικρότερη ακόμα και από μια τρίχα — είναι ενοχλητικό». Η πρώτη αντίδραση πολλών ανθρώπων είναι ότι χάθηκε το πρόγραμμα ή ότι ο ρομπότ «χτύπησε το όπλο», ενώ στην πραγματικότητα η πιθανότερη αιτία είναι ότι το κενό του κιβωτίου ταχυτήτων είναι υπερβολικά μεγάλο. Μια άλλη περίπτωση είναι η διαρροή λαδιού, με σταγόνες λαδιού που συγκεντρώνονται στις αρθρώσεις κάτω από την κρεμαστή θέση και με μια λεκέτα λαδιού στο έδαφος. Πιθανότατα οφείλεται σε γήρανση του λαστιχένιου δακτυλίου σφράγισης· σε περίπτωση χρόνιας διαρροής λαδιού, το εσωτερικό του κιβωτίου γίνεται ξηρό και προκαλείται ξηρή τριβή, με αποτέλεσμα να μετατρέπονται μικρά προβλήματα σε μεγάλες επισκευές. Υπάρχει επίσης η αίσθηση ότι οι αρθρώσεις ζεσταίνονται υπερβολικά, πολύ περισσότερο από το φυσιολογικό, είτε λόγω υπερβολικού φορτίου είτε λόγω αποτυχίας της λίπανσης, με αποτέλεσμα την εσωτερική τριβή.
Πότε λοιπόν πρέπει να αντικαταστήσω το κιβώτιο ταχυτήτων μου;
Πολλοί διευθυντές δεν μπορούν να αντέξουν οικονομικά αυτή την ενέργεια, οπότε σκέφτονται να το κρατήσουν για λίγο ακόμη. Ωστόσο, ειλικρινά, η ακρίβεια έχει μειωθεί σημαντικά, το τραντάγμα γίνεται αισθητό με το χέρι, ο θόρυβος είναι τόσο μεγάλος που οι άνθρωποι δίπλα τους στρέφουν το κεφάλι τους για να δουν, η διαρροή λαδιού δεν μπορεί να σταματήσει, η θερμοκρασία είναι ασυνήθιστα υψηλή· αρκεί να παρατηρηθούν δύο από αυτά τα πέντε σημάδια, για να μην καθυστερήσετε περαιτέρω. Σε περίπτωση που καθυστερήσετε περισσότερο, ενδέχεται να πέσουν θραύσματα γραναζιών από τον κινητήρα ή τον κωδικοποιητή και να προκαλέσουν σοβαρή ζημιά, οπότε το κόστος επισκευής δεν θα είναι απλώς το κόστος του κιβωτίου ταχυτήτων.
Το κιβώτιο ταχυτήτων που χρησιμοποιείται στα ρομπότ μας είναι το ίδιο με αυτό που χρησιμοποιείται σε συνηθισμένο εξοπλισμό;
Δεν είναι το ίδιο πράγμα. Στο κιβώτιο ταχυτήτων του συνηθισμένου εξοπλισμού, μια μικρή διαφορά δεν έχει σημασία· σχεδόν μπορεί να λειτουργήσει κανονικά. Τα ρομπότ δεν μπορούν να το κάνουν αυτό. Εάν η διαφορά είναι λίγο μεγαλύτερη, η απόκλιση της κεφαλής του εργαλείου θα αυξηθεί σε αρκετά χιλιοστά. Γι’ αυτόν τον λόγο, οι απαιτήσεις για την ανάκτηση (backlash) στα κιβώτια ταχυτήτων ρομπότ είναι πολύ χαμηλές, ενώ η επαναληψιμότητα πρέπει να παραμένει σταθερή σε όλο το χρονικό διάστημα ζωής τους· συνεπώς, δεν υπάρχει καθόλου περιθώριο ασάφειας σε αυτό το σημείο.
