RV Azaltıcı vs. Harmonik Tahrik, ABB Robotlarında
Bazı kişiler ABB endüstriyel robotlarına ilk kez temas ettiklerinde, gözleri genellikle kontrol panellerine, servo motorlara ve öğretici kumanda cihazlarına odaklanır. Ancak bir robotun sonunda 'kararlı mı yoksa kararsız mı, doğru mu yoksa yanlış mı, dayanıklı mı yoksa dayanıksız mı' hareket ettiği sorusunun kökü aslında eklemler içinde gizlidir — yani birkaç redüktörün içinde.
ABB robot bakımıyla ilgilenen çoğu teknisyen şu durumu yaşamıştır: Robot birkaç yıl sonra yavaş yavaş iz kayması, kaynak işleminin kararsızlaşması, sallanma, gürültü ve konumlandırma esnasında eski sapmalar gibi sorunlar ortaya çıkar; bu sorunların kökenini ararken genellikle eklemlerden birindeki hız redüktörüne ulaşılır. ABB robotlarının baş kısmındaki eklemlerde en sık karşılaşılan iki redüktör türü vardır: Bunlardan biri RV redüktörü, diğeri ise harmonik redüktördür.
Müşteriler sıklıkla şunları sorar: "Bu iki redüktör arasındaki fark nedir?", "ABB neden bunu yapmak zorunda? ABB, bazı miller için neden RV redüktör kullanırken diğerleri için harmonik redüktör kullanıyor?" "Hangisi daha dayanıklı?" "Hangisi daha hassas?" Bugün, konuyu tamamen atölye deneyimlerimize dayanarak sizinle ele alacağız. 
Robot içindeki redüksiyon dişli kutusu, sonunda ne işe yarar?
Endüstriyel robot servo motorları, dönüş hızını artırır; ancak bu hızlı dönüşün büyük torka eşit olduğu anlamına gelmediği ölümcül bir sorun vardır. Gerçek iş sırasında robot, düşük hızda, yüksek torkta, yüksek hassasiyette ve aynı zamanda kararlı çıkışta çalışmak ister. Düşünün: kaynak yaparken kaynak dikişini takip ederken hareketin özellikle pürüzsüz olması gerekir; yüzlerce pound ağırlığında bir iş parçası taşırken eklem noktalarının bu kuvveti karşılayabilmesi gerekir, sallanmamalıdır. Redüktörün görevi, motorun aşırı yüksek devir sayısını düşürmek, torku artırmak ve ayrıca çıkış milinin tam doğru konumda durmasını sağlamaktır. Bu nedenle redüktörü, eklemlerdeki bir "kuvvet katsayısı artırıcı" ve "hassasiyet bekçisi" olarak düşünebilirsiniz. Birçok ABB robotunda redüktör aşındıkça şu belirtileri hissedebilirsiniz: izlenen yörünge giderek daha çok dalgalanmaya başlar, tekrarlanan konumlandırma hatası gün geçtikçe artar, kol titremeye başlar, ivme ve yavaşlama anlarında sırayla titreşimler oluşur, kaynak kalitesi giderek değişkenlik gösterir ve kritik noktalarda doğrudan alarm verilir.
RV redüktörü: sağlam ve üretim karşıtı taşıyıcı
RV redüktörünün rolü nedir? Birçok kişiye göre bu redüktöre sikloid redüktörü de denir. Bu ürünün en iyi yanı sadece bir şeydir: çok rijit olması ve özellikle üretim süreçlerine karşı dayanıklı olmasıdır. Ağır iş yüküne dayanan endüstriyel robotlarda, kiriş taşımak amacıyla kullanılır; bu nedenle büyük ABB robotları gibi kaynak, taşıma ve paletleme işlemlerinde kullanılan robotların özellikle tabanı, kolu ve kolun en zorlu eklemleri ile gövdesi temelde RV redüktörü ile donatılmıştır. Düşünün ki, büyük bir ABB robotunun tamamı kolu yukarı doğru sallandığında, tabandaki birkaç rulmanın taşıması gereken atalet kuvveti ne kadar büyük olur. Eğer o noktadaki redüktör yeterince rijit değilse, tüm robot sarhoş gibi çalışır ve sallanır. RV redüktörünün en güçlü yanı tam da bu sert kemiktir.
RV redüktör neden bu kadar güçlüdür? Bunun nedeni, iç yapısıyla ilgilidir. Sıradan bir dişli redüktörde aynı anda bir veya iki diş yük taşıyabilir; ancak RV redüktör böyle değildir: Aynı anda çok sayıda diş temas halindedir ve yük bu şekilde dağıtılmıştır. Bu, ağır bir şeyi birlikte kaldırmak için bir grup insanın bir araya gelmesine benzer; yani tek bir kişinin taşımasına güvenmek yerine, yük eşit şekilde paylaşılır. Böylece kuvvet dengeli dağılır, darbe direnci yüksek olur, diş kırılma riski de düşüktür; uzun süre ağır işler yapmak için de oldukça kararlıdır. İşte bu yüzden birçok ABB ağır iş robotunda kullanılan RV redüktör yıllarca sorunsuz çalışabilmektedir. Özellikle otomotiv kaynak atölyelerinde bu durum çok belirgindir: O atölyelerdeki ABB kaynak robotları günde on saatten fazla çalışır ve birkaç yıl boyunca sürekli döner; ilk olarak dayanamayan genellikle kontrolör değil, mekanik parçalardaki eklemlerde yavaş yavaş oluşan boşluklardır. Ancak genel olarak bakıldığında, RV redüktörün toplam ömrü gerçekten uzundur.
Harmonik redüktör: "aşırı doğruluk" için doğdu.
Harmonik redüktör, RV ile tamamen farklı bir yaklaşımdır; RV, "inşa edilmek" üzere tasarlanırken harmonik redüktör, "aşırı doğruluk" sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Harmonik redüktörün özellikle belirgin özellikleri şunlardır: küçük boyut, hafif ağırlık, boşluk (backlash) çok düşüktür ve neredeyse ihmal edilebilir düzeydedir; yüksek hassasiyet ise şaşırtıcıdır. Bu nedenle ABB robotlarının bileğindeki eksenlere, özellikle boyutlandırma, hassas montaj, küçük parçaları kavrama gibi uygulamalarda kullanılan uç ekipman (tool end) bölgelerine ve elektronik sektöründe kullanılan robotların bileklerine baktığınızda, neredeyse tamamı harmonik redüktördür. Bu bölgedeki alan zaten oldukça dar olup hareket doğruluğu gereksinimi aşırı derecede yüksektir; bu yüzden harmonik redüktör tam da bu amaç için uygundur.
Harmonik redüktör neden bu kadar hassas olabilir? Anahtar, neredeyse hiç iletim boşluğuna sahip olmamasında yatıyor; bu da genellikle "backlash" (geriye dönüş boşluğu) olarak adlandırılan durumdur. Birçok sıradan redüktörde bu sorun bulunur: motor ucunda küçük bir hareket olduğunda çıkış ucu anında buna karşılık gelmez, her zaman bir boşluk vardır. Bu boşluk ne kadar büyükse, robotun konum belirlemesi de o kadar belirsiz hâle gelir. Harmonik dişli kutuları, esnek bir iletim prensibine dayanır ve geriye dönüş boşluğunu çok düşük bir seviyeye indirir. Bu yüzden ABB robotunun bileğinin özellikle pürüzsüz döndüğünü hissedebilirsiniz; o gevşek, boşluklu hissi yoktur. Özellikle boya robotlarında bu etki en belirgindir: püskürtme tabancasının yörüngesi hafifçe titrediğinde, boyalı yüzeyde hemen çizgiler, kalınlıkta düzensizlik, portakal kabuğu görünümü ya da püskürtme kaçakları oluşur. Dolayısıyla boya robotları için bilek kısmındaki harmonik redüktörün hassasiyetine özellikle güçlü bir bağımlılık vardır.
ABB neden sadece bir dişli kutusu kullanmıyor?
Peki neden ABB hepsini kullanmaz ve büyük mile RV, küçük mile ise harmonik redüktör kurmak zorunda kalır? Açıkçası söylemek gerekirse, endüstriyel robotlar doğası gereği hem güçlü hem de hassas olmak zorundadır; bu iki özellik sırasıyla RV ve harmonik redüktörler tarafından sağlanır. ABB’nin tasarım yaklaşımı genellikle ön kısımdaki büyük eklemler için RV, arka kısımdaki küçük eklemler için ise harmonik redüktör kullanmaktır. Böylece bir hareket sırasında ağır yükün stabilizasyonu için genel rijitlik sağlanırken, uç eylemin (end-effector) hassasiyeti de yeterli düzeyde kalır ve trajektuar kontrolü de sorunsuz gerçekleşir. Aslında günümüzde piyasada bulunan çoğu endüstriyel robot bu yaklaşımı benimseyen ana akım modellerdir.
RV ve harmonik redüktörlerden hangisi daha çok arızalanma eğilimindedir?
Hangisi daha kolay kırılır, bu da müşterilerin her zaman sorduğu sorudur. Gerçekçi bir bakış açısıyla değerlendirildiğinde, kimin daha hassas olduğunu basitçe söyleyemeyiz çünkü bunlar farklı ortamlarda çalışırlar. Ancak gerçek atölye tamir deneyimlerine dayalı olarak değerlendirildiğinde, harmonik redüktör nispeten biraz daha 'hassas' kabul edilir. Bunun nedeni, esnek çarkın sürekli elastik deformasyon halinde olmasıdır; yüksek frekanslı ileri-geri hareketler uzun süre devam ettikçe yavaş yavaş yorulur. Özellikle yüksek frekanslı, küçük genlikli hareketler, gece-gündüz durmaksızın çalışan sistemler ya da sık sık başlayıp duran işlemler, harmonik redüktörün aşınmasını hızlandırır. RV redüktör ise ağır yük darbelerinden daha çok etkilenir; örneğin robotların çarpışması, aşırı yüklenme, acil duruşlar ya da yüksek eylemsizlik altında yaşlanmış sistemlerde destek sağlayamama gibi durumlar, dişlilerin ve rulmanların iç kısımlarında görünür olmayan hasarlara neden olabilir.
Bir vites kutusunun arızalanmak üzere olduğu ilk belirtiler nelerdir?
Alanda, redüktörün öncüsü olan sorun özellikle belirgin hale gelir; ancak çoğu kişi başlangıçta bunun bir servo veya motor sorunu olduğunu düşünür, sonuç ise redüktördür. Eğer bana sorarsanız, aşağıdaki belirtilerle karşılaştığınızda redüktör üzerinde düşünmeniz gerekir. Robotun konumlandırması giderek daha az doğru hale gelir; bu en tipik belirtidir. Özellikle kaynak robotlarında başlangıçta kaynak noktası doğru iken zamanla giderek artan sapmalar oluşur; sıfır noktasını yeniden kalibre etmek bir iki gün için iyi olur ama sonra tekrar çalıştırılır ve bu tür durumların yüzde doksanı redüktör boşluğundaki aşınmadan kaynaklanır. Robot hareketleri titremeye başlar; düşük hızlarda bu durum özellikle belirgindir. Bazı ABB robotlarda el çarkını kullanarak yavaşça yönlendirme yaptığınızda, birbirini takip eden titreşimler hissedersiniz; titreme ve çırpınma hissi oluşur, hareket yeterince pürüzsüz değildir; büyük ihtimalle iç parçalar aşınmıştır. Eklem bölgelerinden gürültü çıkması da dikkat edilmesi gereken bir diğer belirtidir: tık diye ses, metal sürtünme sesi, düşük perdeli bir gürültü — bunları ciddiye almayın. Özellikle RV redüktördeki rulmanlar bozulduğunda gürültü çok daha belirgin hale gelir; ancak birçok kişi bu durumu görmezden gelmeye devam eder ve sonunda tüm eklem tamamen zarar görür. Ayrıca eklemlerin aşırı ısınması da gözlemlenebilir; redüktör bir kez aşındığında sürtünme artar ve şaftın sıcaklığını diğer bölgelere kıyasla açıkça daha yüksek hissedersiniz; aşırı ısınma durumunda yağın bozulmuş halinin yapışkan kokusunu bile algılayabilirsiniz.
Daha uzun yıllar kullanabilmesi için nasıl bakımı yapılmalıdır?
Bu parçanın bakımı konusunda birçok fabrika mekanik kısmı göz ardı etmeye eğilimlidir; çalıştırılabilir olduğunu düşünürler. Ancak robot redüktörü, uzun süre kimse tarafından dikkate alınmamaktan en çok korkan bileşendir. Özellikle üç vardiyalı döner ABB robotlar gibi modellerde müşterilere genellikle birkaç hatırlatma yaparız: sıcaklık değişimlerini hissedin, gürültüyü dinleyin, titreşimi hissedin; bir günlük farktan daha büyük bir fark olup olmadığını takip edin; yağlama işlemi de duruma göre düzenli olarak yapılmalıdır. Birçok redüktör birdenbire hurdaya çıkarılmaz; aslında uzun süredir aşınma sürecindedir, sadece kimse fark etmemiştir. Erken tespit edilirse yalnızca bir rulman değiştirilerek veya yağ yenilenerek sorun çözülebilir; aksi takdirde redüktörün tamamı hurda metal haline gelir.
Hassasiyet kaybının kökü çoğunlukla redüktördedir
Birçok ABB robotun hassasiyeti düşüktür; bunun kök nedeni aslında mutlaka enkoderde veya motorda değildir. Çünkü düşünün, kontrol sisteminiz ve ardından hesaplama yapan sistem yine doğru çalışıyor olsa da, mekanik parçanın kendisinde bir boşluk varsa son eylem yine de sapmalı olacaktır. Bu nedenle bazı ABB robotlarda enkoder normal, motor normal, kimse parametreleri değiştirmemiş olmasına rağmen trajektöri stabil değildir. Eklemler söküldüğünde redüktörün aşınmış olduğu görülür. Bu durum özellikle birkaç yıldır kullanılan kaynak robotlarında oldukça yaygındır.
Redüktörün tamir edilmesi mi yoksa değiştirilmesi mi?
Şanzımanı tamir etmek mi yoksa değiştirmek mi gerektiği, gerçek duruma bağlıdır. Yatak aşınması, yağlama arızası ve küçük bir miktar boşluk gibi bazı durumlarda tamir edilebilir. Ancak içteki dişliler zaten kırılmışsa, esnek tekerlek yorulmuş ve kırılmışsa ya da iç aşınma çok ciddi düzeydeyse, genellikle yeni bir şanzımanla doğrudan değiştirilmesi daha maliyet etkin olur. Bunun nedeni, robotun durması nedeniyle oluşan zararın çoğunlukla şanzımanın kendisinden çok daha yüksek maliyetli olmasıdır. Özellikle otomotiv üretim hatlarında, bir günlük duruş süresi birkaç adet şanzıman satın almak için yeterli maliyete sahiptir.
