RV-reduktor vs. harmonisk driv i ABB-roboter
Når noen mennesker først kommer i kontakt med ABB-industriroboter, er øynene deres rettet mot kontrollskap, servomotorer og undervisningspanel. Men egentlig avgjør det til slutt om en robot beveger seg «stabilt eller ikke, nøyaktig eller ikke, holdbar eller ikke», og roten til disse egenskapene ligger faktisk skjult i leddene – det er nemlig noen få reduktorer.
De fleste som vedlikeholder ABB-roboter har opplevd dette problemet med gear: Etter noen år begynner roboten gradvis å vise sporavvik, ustabil sveising, risting, støy og posisjonsavvik. Ved en grundig feilsøking av leddene trekkes reduktoren ofte ut. De to vanligste typene reduktor som brukes i hodet på ABB-roboter er RV-reduktor og harmonisk reduktor.
Kunder stiller ofte spørsmål som: «Hva er forskjellen mellom disse to reduksjonsgeometriene?», «Hvorfor må ABB gjøre dette? Hvorfor bruker ABB RV for noen aksler og harmoniske for andre?», «Hvilken er mer slitesterk?», «Hvilken er mer nøyaktig?». I dag vil vi snakke med dere, utelukkende basert på erfaringer fra verkstedet. 
Reduksjonsgeometri i roboten er til slutt hva den skal gjøre
Servomotorer for industriroboter: øk hastigheten, og du får en rask bevegelse – men det finnes et dødelig problem: høy hastighet betyr ikke nødvendigvis stor kraft. Under virkelig arbeid krever roboten lav hastighet, høy dreiemoment, høy nøyaktighet og samtidig stabil utgang. Tenk på det: ved sveising må bevegelsen følge sveiseskjøten spesielt jevnt; og når roboten håndterer arbeidsstykker som veier flere hundre pund, må leddene klare å absorbere kraften uten å skjelva. Det som girboksen gjør, er å redusere motorens «dumme» høy hastighet, forsterke kraften og sikre at utgangsakselen stopper nøyaktig på riktig posisjon. Derfor kan du tenke på reduksjonsgearet som en «kraftforsterker» og en «nøyaktighetsvakt» i leddene. Ved mange ABB-roboter kan du føle det umiddelbart når reduksjonsgearet er slitt: banen blir stadig mer usikker, gjentakelsesnøyaktigheten forverres dag for dag, armen begynner å skjelva, akselerasjon og retardasjon skjer med en gang etter hverandre, sveisekvaliteten varierer fra god til dårlig, og sterkere feil fører direkte til alarmer som går av.
RV-reduktor: solid og anti-fabrikasjonsbærer
Hva er rollen til RV-reduktoren? Mange kaller den også for en sykloidal reduktor. Det beste med denne enheten er bare én ting: den er stiv, og spesielt motstandsdyktig mot deformasjon. Den brukes i tunge industriroboter som skal bære bjelker, så de som utfører sveising, håndtering og pallisering med store ABB-roboter – spesielt i bunnen, armen og de mest belastede leddene i armen – har vanligvis RV-reduktorer i kroppen. Tenk på det: når hele armen på en stor ABB-robot svinges opp, må leddene i bunnen bære treghetskreftene fra hele armen – hvor store krefter det må være! Hvis reduktoren ikke er stiv nok på dette stedet, vil hele roboten fungere som en fullkommen beruset person og sveve. Den sterkeste egenskapen til RV-reduktoren er nettopp denne «harde knoken».
Hvorfor er RV-reduktoren så sterk? Det har noe å gjøre med dens indre struktur. En vanlig girreduktor kan ha én eller to tenner som overfører kraft samtidig, men RV-reduktoren er annerledes: her er mange tenner i kontakt samtidig, slik at kraften fordeles. Det er som om en gruppe mennesker løfter noe tungt sammen, i stedet for å stole på én person som bærer det alene. På denne måten blir kraften jevnt fordelt, støtfestheten er høy, risikoen for tannbrudd er liten, og den kan også håndtere tunge belastninger over lang tid på en stabil måte. Derfor kan mange ABB-roboter med tunglast-RV-reduktor brukes i flere år. Dette er spesielt tydelig i bilverksteders sveiseavdelinger: de ABB-sveisrobotene arbeider ofte mer enn ti timer per dag og roterer kontinuerlig i flere år – og det første som ofte svikter, er ikke styreenheten, men mekaniske ledd der spillet gradvis økes gjennom slitasje. Generelt sett er imidlertid levetiden til RV-reduktoren virkelig lang.
Harmonisk reduktor: født for «ekstrem nøyaktighet».
Den harmoniske reduktoren er en helt annen tilnærming enn RV-reduktoren, som er utformet for å være «bygd», mens den harmoniske reduktoren er utformet for å være «ekstremt nøyaktig». Den harmoniske reduktoren har noen særlig tydelige egenskaper: liten størrelse, lav vekt, svært lav spil, så lav at det nesten er neglisjerbart, og høy presisjon som er skremmende. Derfor ser du på håndleddet til ABB-roboter – på disse aksene, spesielt i områdene nær verktøyenden, for eksempel ved maling, nøyaktig montering, grep av små deler og i elektronikkindustrien med roboter – at håndleddet nesten alltid inneholder en harmonisk reduktor. Plassen i dette området er allerede svært begrenset, og kravet til bevegelsespresisjon er unormalt høyt, så den harmoniske reduktoren passer perfekt.
Hvorfor kan harmonisk reduksjonsenhet være så nøyaktig? Nøkkelen ligger i at den nesten ikke har noen transmisjonslukk, noe vi ofte kaller «spill». Mange vanlige reduksjonsenheter har dette problemet: når motorenden beveger seg litt, følger ikke utgangen med umiddelbart – det er alltid en liten lukk. Jo større lukken er, jo mer usikker blir robotens posisjonering. Harmoniske girhoder bygger på et sett med fleksible transmisjonsprinsipper som reduserer spill til et svært lavt nivå. Derfor kan du føle at ABB-robotens håndledd dreier seg spesielt glatt, uten den slags løse, spillefølelsen. Dette er spesielt tydelig på malingroboter: selv en liten vibrasjon i sprøytepistolenes bane fører umiddelbart til striper på malingsoverflaten, ulik malingstykkelse, «appelsinskall» eller manglende dekning, så malingroboter er svært avhengige av høy nøyaktighet i harmoniske reduksjonsenheter på håndleddet.
Hvorfor bruker ikke ABB bare én girhode?
Så hvorfor bruker ikke ABB bare begge typer, og må installere RV på den store aksen og harmoniske gear på den lille aksen? Å si det rett ut: Industriroboter trenger per definisjon både styrke og nøyaktighet, og hver av disse to egenskapene dekkes av henholdsvis RV- og harmoniske gear. ABBs vanlige designtilnærming er å bruke RV-gear på de store leddene foran og harmoniske gear på de små leddene bak. På denne måten sikres den totale stivheten ved tunge laster for å oppnå stabilisering, mens presisjonen i endeffektoren er tilstrekkelig god og banestyringen også er jevn. Faktisk er dette nå den dominerende løsningen for de fleste industriroboter på markedet.
Hvilken av RV- og harmoniske gear er mest sannsynlig å svikte?
Hva som er lettere å ødelegge, er også det kundene alltid spør om. Realistisk sett kan vi ikke bare si hvem som er mer skjør enn hvem, fordi de fungerer i ulike miljøer. Imidlertid, ut fra faktisk verkstedsreparasjonsopplevelse, er harmonisk reduktor relativt sett litt mer «skjør». Dette skyldes at den indre fleksible hjulskiven hele tiden befinner seg i en tilstand av elastisk deformasjon, og ved langvarig, høyfrekvent svinging frem og tilbake vil den gradvis utvikle utmattelse. Spesielt ved høyfrekvente, små-amplitude-bevegelser – døgnrundt uten stopp, samt hyppige start/stopp-drift – vil slitasjen på den harmoniske reduktoren øke raskere. RV-reduktoren er mer følsom for tungbelastning og støt, for eksempel hvis roboter kolliderer, overlast oppstår, nødstop aktiveres, eller hvis den eldre reduktoren må håndtere høy treghet under hard belastning; i disse tilfellene er det lett å påføre skjult skade på tannhjulene og leiene inne i reduktoren.
Hva er forløperne til en girkasse som er i ferd med å svikte?
I felt er forløperen til reduktoren som utløser problemer spesielt tydelig, men mange tror først at det er en servomotor eller motor – resultatet viser imidlertid at det er reduktoren. Hvis du vil at jeg skal si det rett ut: når du støter på følgende symptomer, må du tenke på reduktoren. Robotens posisjonering blir stadig mer unøyaktig – dette er det mest typiske symptomet. Spesielt ved sveiseroboter er sveiepunktet først korrekt, men avviket øker gradvis; etter nullpunktskalibrering fungerer alt bra i én eller to dager, før feilen igjen oppstår – i ni av ti tilfeller skyldes dette slitasje i reduktorgapet. Robotens bevegelser begynner å skjelve, spesielt tydelig ved lav hastighet; hos noen ABB-roboter kan du for eksempel føle dette tydelig når du manuelt justerer med håndhjul ved lav hastighet – det føles som om det er en serie korte, rykkende bevegelser, en slags vibrasjon eller flimmer, ikke glatt nok – det er svært sannsynlig at interne deler er slitt. Leddene produserer også uvanlige lyder: klikk, metallisk friksjonslyd eller dype dunkelyder – ta ikke disse på lett. Spesielt når lagerne i en RV-reduktor er skadet, blir lyden særlig tydelig, og mange fortsetter likevel å bruke roboten, noe som ofte fører til fullstendig ødeleggelse av hele leddet. Et annet tegn er at leddene blir svært varme; når reduktoren er slitt, øker friksjonen betraktelig, og du vil merke at akseltemperaturen er tydelig høyere enn på andre deler – i alvorlige tilfeller kan du til og med lukte den forringede smøren, som får en klebrig, ubehagelig lukt.
Hvordan vedlikeholde den for å gjøre den mer holdbar over flere år?
Vedlikehold av denne komponenten: Mange fabrikker tenderer til å overse den mekaniske delen og antar at den bare kan settes i drift. Men robotreduktoren er mest utsatt for skade hvis den står ubrukt over lengre tid uten oppmerksomhet. Dette gjelder spesielt tredobbeltskift-roboter fra ABB. Vi påminner vanligvis kundene våre om følgende: Føl på temperaturforandringer, lytt til støyen, føl på vibrasjonen, og legg merke til om det er noen større forskjeller enn fra én dag til neste. Smøring bør også utføres regelmessig, avhengig av bruksforholdene. Mange reduktorer blir ikke plutselig kassert – de har faktisk vært i gang med å slites i lang tid, men ingen har oppdaget det. Tidlig oppdagelse kan bety at man bare må bytte et lager eller skifte olje for å løse problemet; utsatt handling kan derimot føre til at hele reduktoren må kasseres.
Nedgang i nøyaktighet skyldes oftest reduktoren
Mange ABB-roboter har lav presisjon, og roten ligger egentlig ikke nødvendigvis i enkoderen eller motoren. Fordi du tenker: «Jo, ditt kontrollsystem og så videre beregner på nytt nøyaktig», men hvis den mekaniske delen i seg selv har spillerom, vil den endelige bevegelsen fortsatt være feiljustert. Dette er grunnen til at noen ABB-roboters enkodere fungerer normalt, motorene fungerer normalt, ingen har endret parametrene, men banen er likevel ustabil. Når leddene demonteres, viser det seg at reduktoren er slitt. Dette er spesielt vanlig hos sveiseroboter som har vært i bruk i flere år.
Om reduktoren skal repareres eller erstattes
Om man skal reparere eller bytte ut girboksen, avhenger av den faktiske situasjonen. I noen tilfeller, for eksempel lagerdrift, manglende smøring og bare en liten mengde spil, kan den repareres. Men hvis tannhjulene inni allerede er ødelagt, fleksrullen er utmattet og brutt, eller den interne slitasjen er svært alvorlig, er det ofte kostnadseffektivt å bytte ut den med en ny. Dette skyldes at tapet fra robotnedstengning ofte er langt dyrere enn selve girboksen. Spesielt i bilproduksjonslinjer, der en dags nedstengning er nok til å kjøpe flere girhoder.
