RV रिड्यूसर बनाम ABB रोबोट्स में हार्मोनिक ड्राइव

जब कुछ लोग पहली बार ABB औद्योगिक रोबोटों के संपर्क में आते हैं, तो उनकी नज़रें नियंत्रण कैबिनेट, सर्वो मोटर्स और टीच पैंडेंट पर केंद्रित होती हैं। लेकिन वास्तव में, एक रोबोट की गति का अंतिम निर्णय — 'स्थिर है या नहीं, सटीक है या नहीं, टिकाऊ है या नहीं' — वास्तव में जोड़ों में छिपा होता है: वे कुछ रिड्यूसर हैं।

ABB रोबोट रखरखाव में काम करने वाले अधिकांश तकनीशियनों ने इस गियर का अनुभव किया है: कुछ वर्षों के बाद, रोबोट में धीरे-धीरे ट्रैक विचलन, अस्थिर वेल्डिंग, कंपन, शोर और स्थिति निर्धारण में पुराना विचलन जैसी समस्याएँ दिखने लगती हैं; इन समस्याओं की जाँच करते समय जोड़ों की जाँच करने पर अक्सर गति रिड्यूसर को निकाला जाता है। ABB रोबोट जोड़ों में सबसे आम रूप से दो प्रकार के रिड्यूसरों का सामना किया जाता है — एक को RV रिड्यूसर कहा जाता है और दूसरे को हार्मोनिक रिड्यूसर कहा जाता है।

ग्राहक अक्सर पूछते हैं: “इन दो रिड्यूसर्स के बीच क्या अंतर है?”, “एबीबी को यह क्यों करना पड़ता है? एबीबी कुछ शाफ्ट्स के लिए RV और अन्य के लिए हार्मोनिक का उपयोग क्यों करती है?” “कौन सा अधिक टिकाऊ है?” “कौन सा अधिक सटीक है?” आज, हम आपसे केवल वर्कशॉप में प्राप्त अनुभव के आधार पर बात करेंगे।

रोबोट में रिडक्शन गियरबॉक्स अंततः क्या बनाने के लिए होता है

औद्योगिक रोबोट सर्वो मोटरें, इन्हें तेज़ करना आसान है, लेकिन एक घातक समस्या है — तेज़ घूर्णन का अर्थ बड़ी शक्ति नहीं होता। जब रोबोट वास्तविक कार्य करता है, तो उसे कम गति, उच्च टॉर्क, उच्च परिशुद्धता और स्थिर आउटपुट की आवश्यकता होती है। सोचिए, जब वेल्डिंग की जाती है, तो वेल्ड लाइन का अनुसरण करते समय गति विशेष रूप से सुचारू होनी चाहिए; जब सैकड़ों पाउंड के कार्य-टुकड़े को संभाला जाता है, तो जोड़ों को शक्ति को सहन करने में सक्षम होना चाहिए, झटके या कंपन नहीं होना चाहिए। गियरबॉक्स का कार्य मोटर की अत्यधिक गति को कम करना, शक्ति को प्रवर्धित करना और आउटपुट शाफ्ट को सही स्थिति में रोकना है। अतः आप रिड्यूसर को जोड़ों में एक 'बल प्रवर्धक' और 'परिशुद्धता रक्षक' के रूप में सोच सकते हैं। कई ABB रोबोटों में, जैसे ही रिड्यूसर का घिसावट होता है, आप इसे महसूस कर सकते हैं: ट्रैजेक्टरी धीरे-धीरे अधिक अस्थिर होती जाती है, दोहराव वाली स्थिति निर्धारण त्रुटि दिन-प्रतिदिन बढ़ती जाती है, भुजा कंपन शुरू कर देती है, त्वरण और मंदन के समय एक के बाद एक कंपन होते हैं, वेल्डिंग की गुणवत्ता धीरे-धीरे खराब होती जाती है, और अंततः मजबूत बिंदु सीधे अलार्म की ओर जाते हैं।

RV रिड्यूसर: मजबूत और निर्माण प्रतिरोधी बेयरर

RV रिड्यूसर का क्या कार्य है? कई लोग इसे साइक्लॉइडल रिड्यूसर भी कहते हैं। इस उपकरण की सबसे बढ़िया विशेषता केवल एक ही है: यह अत्यधिक दृढ़ है और विशेष रूप से निर्माण-संबंधी तनाव के प्रति प्रतिरोधी है। यह भारी औद्योगिक रोबोट्स को चलाने के लिए उपयोग किया जाता है, जो बीम को ले जाने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं; अतः वे लोग जो वेल्डिंग, हैंडलिंग, पैलेटाइज़inग जैसे कार्यों में बड़े ABB रोबोट्स का उपयोग करते हैं—विशेष रूप से उनके आधार, भुजा और भुजा के सबसे कठोर जोड़ों में—उनके उदर भाग में मुख्य रूप से RV रिड्यूसर लगाए जाते हैं। सोचिए, एक बड़ा ABB रोबोट जब पूरी भुजा को ऊपर की ओर घुमाता है, तो आधार के कुछ बेयरिंग्स को जड़त्व बल के भार को सहन करना पड़ता है, जो कितना विशाल होगा! यदि उस स्थान पर रिड्यूसर पर्याप्त दृढ़ नहीं है, तो पूरा रोबोट मानो शराब के नशे में होकर डगमगाता रहेगा। RV रिड्यूसर का सबसे मजबूत हिस्सा यही 'कठोर हड्डी' है।

RV रिड्यूसर इतना मजबूत क्यों है? यह इसकी आंतरिक संरचना से कुछ हद तक संबंधित है। सामान्य गियर रिड्यूसर में एक समय पर एक या दो दांत ही बल के अधीन हो सकते हैं, लेकिन RV रिड्यूसर ऐसा नहीं है; यहाँ एक साथ कई दांत संपर्क में होते हैं, जिससे बल समान रूप से वितरित हो जाता है। यह किसी समूह के लोगों के समान है जो किसी भारी वस्तु को एक साथ उठा रहे हों, बजाय एक व्यक्ति पर निर्भर रहने के जो उसे अकेले ढो रहा हो। इस तरह, बल समान रूप से वितरित होता है, प्रभाव प्रतिरोध क्षमता मजबूत होती है, दांतों के टूटने का खतरा भी कम होता है, और लंबे समय तक भारी कार्य करने के लिए भी यह स्थिर रहता है। यही कारण है कि कई ABB भारी श्रेणी के रोबोटों में लगा RV रिड्यूसर वर्षों तक चल सकता है। विशेष रूप से ऑटोमोटिव वेल्डिंग वर्कशॉप में यह बहुत स्पष्ट दिखाई देता है—वे ABB वेल्डिंग रोबोट एक दिन में दस घंटे से अधिक समय तक काम करते हैं और कई वर्षों तक निरंतर घूर्णन करते रहते हैं; पहले जो असफल होता है, वह अक्सर कंट्रोलर नहीं होता, बल्कि यांत्रिक भागों के जोड़ों में धीरे-धीरे घिसकर बना रिक्त स्थान होता है। फिर भी, सामान्य तौर पर, RV रिड्यूसर का समग्र जीवनकाल वास्तव में लंबा होता है।

हार्मोनिक रिड्यूसर: "अत्यधिक सटीकता" के लिए जन्मा।

हार्मोनिक रिड्यूसर RV से पूरी तरह अलग दृष्टिकोण पर आधारित है, जिसे "निर्मित" करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जबकि हार्मोनिक रिड्यूसर को "अत्यधिक सटीक" होने के लिए डिज़ाइन किया गया है। हार्मोनिक रिड्यूसर की एक विशेष रूप से स्पष्ट विशेषता है: छोटा आकार, हल्का वजन, बैकलैश अत्यंत कम है—लगभग नगण्य तक, उच्च सटीकता भयानक स्तर की है। इसलिए आप ABB रोबोट के कलाई भाग में उन अक्षों को देखें, विशेष रूप से उन खंडों को जो उपकरण के सिरे के निकट हैं, जैसे कि पेंटिंग, सटीक असेंबली, छोटे भागों को पकड़ना, इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में रोबोट का उपयोग—उनकी कलाई लगभग सभी हार्मोनिक रिड्यूसर से बनी होती है। उस क्षेत्र में स्थान पहले से ही सीमित है, और गति की सटीकता की आवश्यकता अत्यधिक कठोर है, इसलिए हार्मोनिक रिड्यूसर बिल्कुल उपयुक्त है।

हार्मोनिक रिड्यूसर इतना सटीक क्यों हो सकता है? इसका मुख्य कारण यह है कि इसमें लगभग कोई ट्रांसमिशन गैप नहीं होता है, जिसे हम अक्सर 'बैकलैश' कहते हैं। कई सामान्य रिड्यूसर्स में यह समस्या होती है—मोटर का छोर थोड़ा सा हिलता है, लेकिन आउटपुट तुरंत उसके अनुसार नहीं चलता; हमेशा एक गैप बना रहता है। यह गैप जितना बड़ा होगा, रोबोट की स्थानीयकरण (लोकलाइज़ेशन) उतनी ही अनिश्चित होगी। हार्मोनिक गियरहेड्स लचीले ट्रांसमिशन सिद्धांतों पर आधारित होते हैं, जो बैकलैश को बहुत कम स्तर तक ले जाते हैं। इसीलिए आप ABB रोबोट के कलाई (व्रिस्ट) को घूमते हुए विशेष रूप से चिकना महसूस कर सकते हैं, बिना उस ढीले गैप के अहसास के। विशेष रूप से पेंट रोबोट में यह प्रभाव सबसे स्पष्ट होता है—स्प्रे गन का पथ थोड़ा भी कांपता है, तो पेंट की सतह पर तुरंत धारियाँ, असमान मोटाई, ऑरेंज पील (नारंगी छाल) या स्प्रे का रिसाव दिखाई दे जाता है। इसलिए पेंट रोबोट में कलाई पर लगे हार्मोनिक रिड्यूसर की सटीकता पर विशेष रूप से मजबूत निर्भरता होती है।

ABB एक ही गियरहेड का उपयोग क्यों नहीं करता?

तो फिर एबीबी सभी का उपयोग क्यों नहीं करती है, और बड़े अक्ष पर आरवी (RV) तथा छोटे अक्ष पर हार्मोनिक्स को स्थापित करने की आवश्यकता क्यों है? सीधे शब्दों में कहें तो, औद्योगिक रोबोट्स को स्वाभाविक रूप से दोनों—शक्ति और सटीकता—की आवश्यकता होती है, और इन दोनों गुणों को क्रमशः आरवी (RV) और हार्मोनिक्स द्वारा प्राप्त किया जाता है। एबीबी का डिज़ाइन दृष्टिकोण आमतौर पर अग्र भाग के बड़े जोड़ों के लिए आरवी (RV) का उपयोग करना और पश्च भाग के छोटे जोड़ों के लिए हार्मोनिक्स का उपयोग करना होता है। इस प्रकार, भारी भार के स्थिरीकरण के लिए समग्र दृढ़ता प्राप्त होती है, अंतिम क्रिया पर्याप्त रूप से सटीक होती है, और पथ नियंत्रण भी चिकना होता है। वास्तव में, वर्तमान में बाज़ार में उपलब्ध अधिकांश औद्योगिक रोबोट्स इसी मुख्यधारा के कार्यक्रम का अनुसरण करते हैं।

आरवी (RV) और हार्मोनिक्स में से कौन सा खराब होने की संभावना अधिक है?

जो टूटने में आसान है, यह भी ग्राहक हमेशा पूछते हैं। वास्तविकता की बात करें तो, हम सीधे यह नहीं कह सकते कि कौन किससे अधिक संवेदनशील है, क्योंकि वे अलग-अलग वातावरण में काम करते हैं। हालाँकि, वास्तविक वर्कशॉप में मरम्मत के अनुभव के आधार पर, हार्मोनिक रिड्यूसर अपेक्षाकृत थोड़ा अधिक ‘संवेदनशील’ होता है। क्योंकि इसके अंदर के फ्लेक्सिबल व्हील को लगातार इलास्टिक डिफॉर्मेशन की स्थिति में रखा जाता है, और लंबे समय तक उच्च आवृत्ति पर आगे-पीछे हिलाया जाता है, जिससे धीरे-धीरे थकान उत्पन्न होती है। विशेष रूप से उच्च आवृत्ति वाले छोटे आयाम के कार्य, दिन-रात बिना रुके काम करना, और बार-बार शुरू और रोकने का कार्य, हार्मोनिक रिड्यूसर के घिसावट को तेज़ कर देते हैं। RV रिड्यूसर भारी भार के प्रभाव से अधिक डरता है, जैसे कि रोबोट का टकराना, अतिभार, आपातकालीन रोक, या उच्च जड़त्व की स्थिति में पुराने होने के कारण कठिनाई से समर्थन कर पाना — ऐसे मामलों में गियर्स और बेयरिंग्स के अंदर छिपी हुई क्षति होने की संभावना अधिक होती है।

गियरबॉक्स के खराब होने के पूर्वलक्षण क्या हैं?

क्षेत्र में, रिड्यूसर के पूर्ववर्ती (प्रीकर्सर) की समस्याएँ विशेष रूप से स्पष्ट होती हैं, लेकिन बहुत से लोग प्रारंभ में सोचते हैं कि यह सर्वो या मोटर की समस्या है, जबकि परिणामस्वरूप यह रिड्यूसर की समस्या होती है। यदि आप मुझसे कहें कि किन लक्षणों के सामने आने पर आपको रिड्यूसर के बारे में सोचना चाहिए, तो यहाँ कुछ लक्षण दिए गए हैं: रोबोट की स्थिति निर्धारण क्षमता धीरे-धीरे कम होती जा रही है—यह सबसे विशिष्ट लक्षण है। विशेष रूप से वेल्डिंग रोबोट में, प्रारंभ में वेल्डिंग बिंदु सही होता है, लेकिन फिर धीरे-धीरे अधिकाधिक विचलन होने लगता है; शून्य बिंदु को पुनः कैलिब्रेट करने के बाद एक या दो दिन तक ठीक काम करता है, और फिर फिर से गड़बड़ हो जाता है—ऐसे मामलों में नौ में से दस मामले रिड्यूसर के गैप के कारण घिसावट के कारण होते हैं। रोबोट की गति में काँपने की शुरुआत हो जाती है, जो कम गति पर विशेष रूप से स्पष्ट होती है; कुछ ABB रोबोट्स में, जब आप हैंडव्हील का उपयोग करके धीरे-धीरे संकेत देते हैं, तो आपको एक के बाद एक काँपने का अहसास होता है, जिसमें एक झिझकने वाली, काँपती हुई भावना होती है, जो पर्याप्त चिकनी नहीं होती है—यह अधिकांशतः आंतरिक घिसावट के कारण होता है। जोड़ों से शोर निकलना, क्लिक की आवाज़, धातु की घर्षण की आवाज़, या धीमी धड़कन की आवाज़—इन्हें हल्के में न लें। विशेष रूप से जब RV रिड्यूसर में बेयरिंग खराब हो जाते हैं, तो शोर बहुत स्पष्ट होता है, और कई लोग इस पर अड़े रहते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अंततः पूरा जोड़ खराब हो जाता है। इसके अतिरिक्त, जोड़ बहुत गर्म हो जाते हैं; एक बार रिड्यूसर घिस जाता है, तो घर्षण बहुत अधिक हो जाती है, और आप धुरी के तापमान को अन्य भागों की तुलना में स्पष्ट रूप से अधिक महसूस कर सकते हैं; गंभीर स्थिति में आप ग्रीस के विघटन के कारण चिपचिपे स्वाद की गंध भी महसूस कर सकते हैं।

इसे कैसे बनाए रखा जाए ताकि यह अधिक वर्षों तक चल सके?

इस घटक के रखरखाव के मामले में, कई कारखाने यांत्रिक भागों पर ध्यान देना भूल जाते हैं और सोचते हैं कि यह लाइन पर चालू किया जा सकता है। लेकिन रोबोट रिड्यूसर सबसे अधिक उस स्थिति से डरता है जब इसकी लंबे समय तक कोई देखभाल न की जाए। विशेष रूप से तीन-शिफ्ट रोटेटिंग ABB रोबोट्स के मामले में, हम आमतौर पर ग्राहकों को कुछ शब्दों में सलाह देते हैं: तापमान में परिवर्तन को महसूस करें, शोर को सुनें, कंपन को महसूस करें, और एक दिन से अधिक के अंतर पर ध्यान दें; साथ ही, लुब्रिकेशन की नियमित रूप से स्थिति के आधार पर जाँच करनी चाहिए। कई रिड्यूसर अचानक से नष्ट नहीं होते हैं, वास्तव में ये लंबे समय से घिस रहे होते हैं, बस किसी ने इसे नहीं पाया होता। शुरुआत में पता लगाने पर केवल एक बेयरिंग बदलने या तेल बदलने से समस्या का समाधान हो सकता है, जबकि देरी करने पर पूरा रिड्यूसर कचरे के रूप में जाएगा।

परिशुद्धता में कमी का मूल कारण अधिकांशतः रिड्यूसर में होता है

कई ABB रोबोट्स की सटीकता कम हो जाती है, और इसका मूल कारण वास्तव में एन्कोडर या मोटर में नहीं होना आवश्यक है। क्योंकि आप सोचिए, आपका नियंत्रण प्रणाली और फिर गाय (cattle) — यहाँ 'गाय' का अर्थ शायद 'कैलकुलेशन' या 'गणना' है — दोबारा सटीक गणना करती है, लेकिन यदि यांत्रिक भाग स्वयं में खाली स्थान (गैप) है, तो अंतिम कार्य भी अवश्य ही विचलित (बायस्ड) रहेगा। यही कारण है कि कुछ ABB रोबोट्स में एन्कोडर सामान्य है, मोटर सामान्य है, किसी ने भी पैरामीटर्स को संशोधित नहीं किया है, फिर भी ट्रैजेक्टरी स्थिर नहीं है। जब जॉइंट्स को अलग किया जाता है, तो रिड्यूसर पहले ही घिस चुका होता है। यह विशेष रूप से उन वेल्डिंग रोबोट्स में आम है जो कई वर्षों से उपयोग में हैं।

रिड्यूसर की मरम्मत करनी है या प्रतिस्थापित करना है

गियरबॉक्स की मरम्मत करनी चाहिए या उसे बदल देना चाहिए, यह वास्तविक स्थिति पर निर्भर करता है। कुछ मामलों में, जैसे बेयरिंग के क्षरण, लुब्रिकेशन विफलता और थोड़ी सी खाली जगह होने की स्थिति में, इसकी मरम्मत की जा सकती है। लेकिन यदि अंदर के गियर पहले ही टूट चुके हैं, फ्लेक्स व्हील थकान के कारण टूट गई है, या आंतरिक क्षरण बहुत गंभीर है, तो अक्सर नए गियरबॉक्स को सीधे प्रतिस्थापित करना अधिक लागत-प्रभावी होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि रोबोट के अवरुद्ध होने से होने वाला नुकसान अक्सर गियरबॉक्स की तुलना में कहीं अधिक महंगा होता है। विशेष रूप से ऑटोमोटिव लाइनों में, जहाँ एक दिन का अवरुद्ध समय कई गियरहेड खरीदने के लिए पर्याप्त हो सकता है।

अंततः, कोई एक बेहतर नहीं है, बल्कि केवल वही अधिक उपयुक्त है।