Czym jest przekładnia robota ABB?
Ludzie zwykle mówią o robotach przemysłowych – rozmawiają o tym, jak dostosować sterownik, jak programować, jak wykonać ścieżkę ruchu, czyli o tych widocznych i namacalnych rzeczach. Jednak naprawdę spędzając długie godziny w warsztacie, zaczynasz rozumieć, że sposób, w jaki robot porusza się w górę i w dół – czy jest to płynne, bezpieczne i stabilne ruchy – zależy w istocie od jego mechanicznego ciała, czyli szkieletu. Najważniejszą, a zarazem najczęściej pomijaną częścią tego ciała jest przekładnia. 
Jaką funkcję pełni ten element w robotach?
Przytoczmy bardzo uproszczoną analogię. Silnik wiruje z ogromną prędkością – woosh! – ale gdyby miał bezpośrednio podnosić kleszcze spawalnicze lub uchwyty ważące sto lub osiemdziesiąt kilogramów, po prostu nie miałby wystarczającej mocy, aby to zrobić. Z drugiej strony, podczas pracy robota wymagana jest stała, kontrolowana siła – niekoniecznie szybkość działania, lecz właśnie siła oraz precyzyjne zatrzymywanie się w zadanej pozycji, z dokładnością do jednego włosa.
Te dwie potrzeby są całkowicie ze sobą powiązane. Skrzynia biegów znajduje się w centrum tego procesu „przetwarzania” i „konwersji” pracy – silnika, który obraca się z niewiarygodnie wysoką prędkością, zmniejsza tę prędkość, jednocześnie wzmacniając moment obrotowy, a także zapewnia przekazanie mocy silnika do odpowiednich miejsc. Bez niej silnik byłby bezpośrednio połączony z ramionami i nogami robota, co spowodowałoby, że robot albo gwałtownie drgałby, albo zupełnie się zawalił.
Jeśli rozmontowałeś robota ABB i przejrzałeś jego ramię, zauważysz skrzynie biegów w dużym przegubie u podstawy, w miejscu połączenia dużego ramienia z dwoma mniejszymi ramionami oraz w małych przegubach nadgarstka, które umożliwiają jego obrót. Duże i małe przeguby nie są tym samym – duże przeguby muszą być solidne i trwałe, aby móc przenosić duże obciążenia, podczas gdy małe przeguby muszą działać bez luzu i zapewniać precyzyjne ruchy ręki.
W warsztacie powszechnie stosuje się kilka typów skrzyń biegów.
Jednym z rodzajów przekładni jest przekładnia RV, którą niektórzy nazywają przekładnią cykloidalną z tarczą szczytową. Jest to solidna konstrukcja, zwykle umieszczana w podstawie i ramieniu robota w miejscach poddawanych dużym obciążeniom. Charakteryzuje się odpornością na produkcję oraz wystarczającą sztywnością – pozwala na codzienne wykonywanie przez robota ciężkich zadań, takich jak machanie młotem czy spawanie punktowe.
Innym rodzajem jest przekładnia harmoniczna, działająca zupełnie inaczej. Zawiera ona elastyczną tarczę wewnętrzną, której napęd opiera się na odkształceniu sprężystym, dzięki czemu luz może być praktycznie zerowy, zapewniając wysoką precyzję i małą objętość. Można ją znaleźć głównie w nadgarstkach robotów – tam, gdzie ruchy są zwinne jak u ludzkiej dłoni. Montaż suchy, chwyty drobnych elementów oraz inne delikatne operacje opierają się właśnie na tej precyzji ruchu.
Istnieje również przekładnia planetarna – kompromisowe rozwiązanie, charakteryzujące się zwartą budową i dobrą sprawnością; stosowana jest w niektórych osiach pomocniczych, gdzie priorytetem jest kontrola kosztów lub wymagania dotyczące precyzji nie są szczególnie wysokie.
Jeśli przekładnia zacznie tracić swoje właściwości, robot nie będzie wykonywał swojej pracy.
Na linii produkcyjnej dzieje się wiele rzeczy, które kończą się w niewłaściwym miejscu.
Na przykład dokładność robota maleje w miarę jego eksploatacji. W przeszłości montował elementy z bardzo dobrą precyzją, natomiast obecnie zawsze występuje pewne odchylenie — próbowano dostosować program i ponownie skalibrować punkt zerowy, ale to nie pomaga. W takim przypadku najprawdopodobniej powiększyła się luźność w głowicy przekładni. Powstała szczelina między zębami kół zębatych, a gdy robot otrzymuje polecenie zajęcia określonej pozycji, lekko drga, co skutkuje faktycznym odchyleniem od zadanej wartości.
Innym objawem jest niestabilny, szczypaniowy ruch robota, który gołym okiem wygląda na drżący i nie jest już tak płynny jak dawniej. Zazwyczaj wynika to z nierównomiernego zużycia wewnętrznych elementów lub niesprawności smaru, prowadzącej do suchego tarcia.
Oryginalny robot pracował cicho, natomiast teraz wydaje dźwięki klikająco-brzęczące, podobne do gotującego garnka. Ten dźwięk to wrzask o pomoc — łożyska lub koła zębate wewnątrz muszą mieć jakiś problem.
Istnieje więcej bezpośrednich problemów – wcześniej możliwa była ruchoma część, teraz jednak działa alarm, a robot wydaje się być osłabiony. Oznacza to znaczny spadek sprawności przekładni oraz zużycie energii w skrzyni biegów.
Najczęstsze scenariusze występujące w praktyce
Dobrze, opowiem Wam o kilku sytuacjach, z którymi na pewno się spotkaliście. Klient dzwoni i mówi: «Mój robot – punkt, który wcześniej był dokładnie w odpowiednim miejscu, teraz jest całkowicie przesunięty, nawet o włos, co bardzo irytuje». Pierwszą reakcją wielu osób jest przypuszczenie utraty programu lub uderzenia w manipulator; w rzeczywistości najprawdopodobniej przyczyną jest zbyt duży luz w przekładni. Innym przypadkiem jest wyciek oleju – krople oleju widoczne są na stawach zawieszonych, a na podłodze powstaje plama. Najczęściej wynika to z zużycia uszczelki olejowej; przy długotrwałym wycieku olej wyczerpuje się całkowicie, co prowadzi do suchego tarcia wewnątrz mechanizmu, a drobne usterki stopniowo przekształcają się w konieczność kapitalnego remontu. Kolejnym objawem może być nadmierne nagrzanie się stawów – są one znacznie gorętsze niż zwykle; może to wynikać albo z zbyt dużego obciążenia, albo z awarii smarowania, co powoduje tarcie elementów wewnątrz mechanizmu.
Kiedy powinienem wymienić moją skrzynię biegów?
Wiele szefów nie może sobie na to pozwolić, więc rozważa posiadanie jej przez jeszcze trochę dłużej. Jednak szczerze mówiąc, dokładność znacznie spadła, drżenie można odczuć ręką, hałas jest tak duży, że osoby siedzące obok odwracają głowy, aby sprawdzić źródło dźwięku, wycieki oleju nie dają się zatrzymać, a temperatura jest niepoważnie wysoka. Jeśli wystąpią przynajmniej dwa z tych pięciu sygnałów, nie należy dalej czekać. Dalsze opóźnianie może doprowadzić do odpadnięcia fragmentów zębatki z silnika lub enkodera i ich usunięcia – wówczas koszt naprawy przekroczy cenę całej skrzyni biegów.
Czy skrzynia biegów stosowana w naszych robotach jest taka sama jak ta stosowana w zwykłym sprzęcie?
To nie to samo. W przypadku przekładni zwykłego sprzętu niewielka luźność nie ma znaczenia – prawie można ją włączyć. Roboty nie są w stanie tego wykonać. Jeśli luźność będzie choć trochę większa, odchylenie głowicy narzędzia zwiększy się do kilku milimetrów. Dlatego wymagania dotyczące luzu wstecznego w przekładni robotycznej są bardzo niskie, a powtarzalność musi być stabilna przez cały okres użytkowania, więc w tym zakresie nie ma miejsca na niejednoznaczności.
