Юрий Почанин - Робототехника в промышленности

При простейшем цикловом управлении начальная и конечная точки перемещений определяются передвижными регулируемыми механическими упорами, устанавливаемыми на подвижной части привода (на штоке пневмоцилиндра или выходном валу поворотного двигателя). Для обеспечения точности позиционирования и быстродействия устанавливают различные гидравлические или пружинные демпферы, обеспечивающие плавный выход в точку позиционирования. Иногда используют способ торможения противодавлением путем переключения подачи воздуха из одной полости двигателя в другую – встречно движению поршня или лопасти в зависимости от двигателя. Использование таких схем приводов обеспечивает значительно более высокую точность (по сравнению с позиционным управлением с обратной связью по положению) (погрешность менее 0,1 мм), высокое быстродействие и скорость перемещения до нескольких метров в секунду.

Применение пневматических приводов в робототехнике объясняется их дешевизной, простотой и соответственно надежностью. Пневматические приводы применяют только в роботах небольшой грузоподъемности – до 10кг, реже 20кг.

Принцип его действия очень прост. Компрессор является своеобразной «газовой пружиной». Он сжимает воздух и хранит накопленную потенциальную энергию до момента подачи его в пневматический двигатель. В качестве двигателей в пневматических приводах используются:

–силовые пневмоцилиндры с возвратно-поступательным движением штока;

–поворотные пневмомоторы;

–ротационные пневмомоторы.

Наиболее распространены пневмоцилиндры, которые могут соединяться со звеньями манипулятора без помощи передаточных механизмов, что упрощает механическую систему робота. При расширении сжатого воздуха эта потенциальная энергия перейдет в кинетическую энергию поршня со штоком, рис.3.5, который является простейшим пневмодвигателем.

Данный пневмоцилиндр позволяют обеспечить только две точки позиционирования, соответствующие втянутому и выдвинутому положению штока. Соответственные позиции занимают и связанные со штоком объекты. Для увеличения точек позиционирования применяют многопозиционные пневмоцилиндры.

Рис. 3.5. Принцип действия пневмоцилиндра:

а-одностороннего действия, б-двустороннего действия

Все достоинства и недостатки пневмопривода связаны со свойствами главного рабочего тела – сжатого воздуха. Его высокая экологичность обусловливает широкое применение именно пневмоприводов в пищевой, электронной, фармацевтической промышленности и в точном приборостроении.

К недостаткам следует отнести:

–трудность реализации следящего привода;

–невозможность точного позиционирования из-за высокой сжимаемости энергоносителя;

–значительные размеры исполнительных двигателей из-за ограниченного давления энергоносителя (не более 0,6 МПа);

–необходимость в специальных тормозных устройствах для остановки исполнительных органов в заданных точках с доступными ускорениями;

–пониженный КПД (0,15-0,20).

Гидравлические приводы являются более сложными и дорогими по сравнению с пневматическими и электрическими. Однако простота реализации бесступенчатого регулирования скоростей, малая инерционность и компактность, возможность организации следящих систем с высоким быстродействием, а также наилучшее соотношение массогабаритных характеристик и удельной стоимости в диапазоне от 500 до 1 000 Вт и выше определяют их использование в качестве основного типа привода для тяжелых и сверхтяжелых роботов, рис.3.6.

Рис. 3.6. Гидравлический привод

Хорошая управляемость гидравлических приводов при наличии высококачественных динамических характеристик способствует их применению и в роботах средней грузоподъемности.

Объемным гидравлическим приводом называется совокупность устройств и гидролиний, предназначенных для передачи энергии и приведения в движение механизмов и рабочих органов машин посредством жидкости под давлением.

В гидроцилиндрах одностороннего действия шток выдвигается из исходного положения за счёт создания давления рабочей жидкости в цилиндре, а возврат – за счёт пружины. В гидроцилиндрах двухстороннего действия усилие на штоке создается за счет давления рабочей жидкости и при прямом, и при обратном ходе штока.

В качестве рабочих жидкостей применяются минеральные, синтетические и полусинтетические масла, жидкости на силиконовой основе, водомасляные и масляно-водные эмульсии. Гидропривод обеспечивает большой диапазон рабочих нагрузок робота (1…10000) Н, высокую точность позиционирования (0,01…2) мм, широкий диапазон скоростей рабочих органов (15… 2000) мм/с или (3…180) град/с. Рабочее давление жидкости лежит в пределах (14…21) Мпа.

Элементы гидропривода, аналогичны элементам пневмопривода: двигатель поступательного движения (гидроцилиндр) или углового перемещения (поворотный гидродвигатель). Различие состоит в использовании вместо сжатого воздуха гидрожидкости, (как правило, масла) подаваемого под давлением до 20 МПа. Это обеспечивает создание усилий на два порядка большее. Лучшие динамические показатели и показатели точности гидропривода обусловлены не сжимаемостью жидкости.

Для управления гидравлическими двигателями тоже используются золотники и клапаны. Поскольку они, как правило, имеют электрическое управление, то их называют электрогидравлические усилители (ЭГУ). Управление гидроприводами, обычно непрерывное.

Отличие от пневмоприводов состоит в том, что гидроприводы имеют собственный блок питания, входящий в состав робота. Образован он гидронасосом, фильтром, регулятором давления, устройством охлаждения и емкостью для гидрожидкости.

Достоинствами гидравлического привода являются:

–компактность и быстродействие,

–малая масса исполнительных двигателей,

–жесткие статические и высокие динамические характеристики,

–простота настройки точных значений скоростей звеньев и надежности их фиксации в текущих положениях,

–неограниченные мощность и грузоподъемность.

Благодаря высоким точностным качествам, гидропривод обеспечивает сложные технологические движения, необходимые, например, при контурной сварке и сборке.

К недостаткам гидропривода относятся:

–необходимость в собственных энергоустановках для преобразования энергии (гидростанциях);

–сравнительно малая скорость передачи гидравлического импульса при большой длине трубопроводов (более 2 м), снижающая быстродействие;