Что такое редуктор промышленного робота ABB?
Обычно люди говорят о промышленных роботах, и в разговорах всё время фигурируют вопросы: как настроить контроллер, как написать программу, как задать траекторию движения — то есть видимые и осязаемые вещи. Однако если провести достаточно длительное время непосредственно в цеху, становится понятно: плавность и стабильность движения робота зависят в первую очередь от его механического «тела» — каркаса. Наиболее важной и при этом наиболее легко упускаемой из виду частью этого «тела» является редуктор. 
Какую функцию выполняет этот элемент в роботе?
Приведём весьма упрощённую аналогию. Двигатель вращается с огромной скоростью — вихрь! — но если попытаться напрямую поднимать им сварочные клещи или оснастку весом в 80–100 кг, он просто не справится: силы не хватит. С другой стороны, при выполнении рабочих операций роботу требуется не столько высокая скорость, сколько устойчивое усилие; кроме того, точность позиционирования в конечной точке должна быть предельно высокой — до долей миллиметра.
Эти две потребности полностью противоречат друг другу. Коробка передач находится в центре этого процесса «преобразования» и «передачи» работы: она снижает чрезвычайно высокую скорость двигателя, одновременно усиливая крутящий момент и обеспечивая передачу мощности двигателя в нужное место. Без неё двигатель напрямую соединялся бы с руками и ногами робота, и тот либо начал бы резко дергаться, либо полностью развалился.
Если вы разобрали промышленного робота ABB и осмотрели его манипулятор, вы обнаружите редукторы в крупном шарнире у основания, в месте соединения большой руки с двумя меньшими руками, а также в мелких шарнирах кисти, обеспечивающих её поворот. Крупные и мелкие шарниры — это принципиально разные элементы: крупные шарниры должны быть прочными и долговечными, способными выдерживать значительные нагрузки, тогда как мелкие шарниры требуют нулевого люфта и высокой точности позиционирования.
В мастерских обычно применяются несколько типов редукторов.
Один из типов редукторов называется RV-редуктор, а некоторые люди называют его циклоидным колесом с штифтами. Эта конструкция имеет массивный корпус и обычно устанавливается в основании и руке робота — в зонах, подвергающихся большим нагрузкам. Отличается высокой технологичностью изготовления и достаточной жёсткостью: даже если робот ежедневно выполняет тяжёлые операции, например, махая кувалдой или производя точечную сварку, такой редуктор способен выдерживать соответствующие нагрузки.
Другой тип — гармонический редуктор, принцип его работы кардинально отличается. Внутри него находится гибкое колесо, передача крутящего момента осуществляется за счёт упругой деформации, поэтому люфт практически отсутствует, обеспечивая высокую точность и компактные габариты. Именно такие редукторы чаще всего используются в запястьях промышленных роботов — там, где требуется ловкость, сравнимая с человеческой кистью. Тонкая сборка, захват мелких деталей и другие высокоточные операции полностью зависят от точности именно этого «рукава».
Существуют также планетарные редукторы — это компромиссный вариант: они компактны и обладают хорошим КПД; их можно встретить на вспомогательных осях в тех случаях, когда важна стоимость решения или требования к точности не столь высоки.
Если коробка передач начинает терять самообладание, робот не сможет выполнять свою работу.
На производственном участке происходит множество вещей, в результате которых компоненты попадают не в то место.
Например, точность робота снижается по мере его эксплуатации. Ранее он устанавливал детали с плотной посадкой, а теперь положение всегда немного отклоняется — как при корректировке программы, так и при повторной калибровке нулевой точки. В этом случае, скорее всего, увеличился зазор в редукторе. Между шестернями образовался люфт, и когда роботу задаётся команда занять определённое положение, он слегка «раскачивается», а фактическое отклонение возрастает.
Ещё один признак — робот движется рывками, и невооружённым глазом заметно, что его движения стали нестабильными и менее плавными, чем раньше. Чаще всего это вызвано неравномерным износом внутренних элементов или недостаточной работой смазки, приводящей к сухому трению.
Изначально робот работал тихо, а теперь издаёт щёлкающие и жужжащие звуки, подобные звучанию кастрюли на огне. Эти звуки — своего рода крик о помощи: внутри, вероятно, повреждены подшипники или шестерни.
Сейчас наблюдается более прямое, ранее способное перемещаться звено, теперь срабатывает тревога, ощущается, что робот стал слабее. Это означает, что КПД передачи значительно снизился, а энергия расходуется в коробке передач.
Наиболее типичные сценарии на производстве
Давайте рассмотрим несколько ситуаций, с которыми вы, скорее всего, уже знакомы. Клиент звонит и говорит: «Мой робот — точка, которая раньше была точно на месте, сейчас смещена, причём не на волосок, а заметно, что крайне раздражает». Первой реакцией многих становится предположение о потере программы или ударе по манипулятору; на самом деле, вероятнее всего, зазор в коробке передач стал слишком большим. Другая ситуация — утечка масла: под шарнирами образуются капли, а на полу — масляное пятно или даже лужа. Скорее всего, это вызвано старением масляного уплотнения; при длительной утечке масло полностью вытекает, внутренние детали начинают работать «на сухую», и незначительная проблема со временем перерастает в необходимость капитального ремонта. Также может наблюдаться сильный нагрев шарниров — они становятся значительно горячее обычного: либо нагрузка слишком велика, либо произошёл сбой в системе смазки, в результате чего детали трутся друг о друга.
Так когда же следует заменить редуктор?
Многие руководители не могут себе этого позволить, поэтому думают о том, чтобы эксплуатировать его ещё немного дольше. Но честно говоря, точность значительно снизилась, вибрация ощущается рукой, шум настолько велик, что окружающие поворачивают головы, чтобы посмотреть, утечку масла невозможно остановить, температура аномально высока — как только проявляются хотя бы два из этих пяти признаков, дальнейшую эксплуатацию необходимо прекратить. При дальнейшей задержке с заменой возможен выход из строя зубчатых колёс двигателя или энкодера, что приведёт к их разрушению и последующему повреждению; в этом случае стоимость ремонта превысит цену самого редуктора.
Редуктор, используемый в наших роботах, такой же, как и в обычном оборудовании?
Это не одно и то же. В коробке передач обычного оборудования небольшой зазор не имеет значения — почти можно включить её без проблем. Роботы так поступать не могут. Если зазор немного увеличится, отклонение инструментальной головки возрастёт на несколько миллиметров. Именно поэтому требования к люфту в коробке передач робота чрезвычайно низкие, а повторяемость должна оставаться стабильной на протяжении всего срока службы, поэтому в этом вопросе не допускается никакой двусмысленности.
