Робототехника в промышленности
Шрифт:
Электропривод ПР состоит из следующих элементов:
– исполнительного элемента (двигателя);
– преобразователя;
– регуляторов тока, скорости и угла;
– датчиков обратной связи по току, скорости и углу.
Особенностями электроприводов ПР являются расширенный диапазон малых моментов (всего до 0,05 Нм), повышенная максимальная частота вращения (до 15x103 об/мин), уменьшенная инерция двигателей, возможность встраивания в ЭД электромагнитных тормозов и различных датчиков, а также механических и волновых передач.
В последнее время в мировой и отечественной практике применения ПР электрический привод находит все большее применение.
Двигатели с возбуждением от постоянных магнитов наиболее перспективны вследствие малой инерционности. К преимуществам этих двигателей следует отнести также высокий КПД и независимость потока возбуждения от изменения температуры окружающей среды.
Двигатели постоянного тока с вентильным (тиристорным) управлением позволило создать бесконтактные двигатели ПТ, в которых щеточно-коллекторный узел заменен надежной полупроводниковой схемой.
Системы электродвигателей ПР являются реверсивными. Реверсивный преобразователь должен обеспечить протекание тока в обоих направлениях.
Шаговые двигатели (ШД). Все большее распространение в ПР получает дискретный привод с шаговыми двигателями, который через механическую передачу соединен с исполнительным механизмом. Принцип действия ШД основан на дискретном изменении магнитного поля в зазоре машины.
При периодических переключениях обмоток статора ШД магнитодвижущая сила (МДС) статора поворачивается на определенный шаг, вызывая поворот ротора на тот же шаг. Применение ШД даст возможность преобразовать управляющие импульсные сигналы в угол поворота вала без датчика обратной связи. В каждом сегменте присутствуют шаговые двигатели, которые заставляют суставы двигаться. Управление суставами и роботом в целом осуществляется с помощью компьютера, который заставляет вращаться конкретные шаговые двигатели. В некоторых манипуляторах вместо двигателей могут применяться пневматические или гидравлические элементы.
Сегодня основной областью применения электрических приводов в робототехнике являются мобильные ПР, легкие роботы с высококачественным управлением и промышленные роботы средней грузоподъемности. Создание новых типов электрических двигателей, специально предназначенных для ПР, позволяющих создавать более компактные комплектные приводы всех типов, способствует прогрессивному росту доли электрических приводов, используемых в робототехнике.
Бесщеточный двигатель постоянного тока (БДПТ). Бесщеточный или бес коллекторный —это один из типов приводов, набирающих популярность в робототехнике. Как понятно из названия, такой двигатель не использует щетки для коммутации, а вместо этого он коммутируется за счет электроники. Принцип работы данного привода основан на взаимодействии магнитных полей между электромагнитом и постоянным магнитом. Когда катушка находится под напряжением, противоположные полюса ротора и статора притягиваются друг к другу. Эти активаторы используются практически в любых роботах.
Достоинства БДПТ заключается в следующем:
–быстродействие относительно характеристик вращающего момента;
–более высокая частота вращения;
–высокие динамические характеристики;
–длительный срок службы;
–бесшумная работа.
Недостатки:
–сложный
–не работает без электроники;
–синхронный привод.
В промышленных роботах применяются электроприводы с двигателями постоянного либо переменного тока. В роботах с позиционным управлением и цикловым управлением по упорам применяются электроприводы дискретного действия. Причем управление скоростью для обеспечения позиционирования в заданной точке также осуществляется дискретно. Изменение скорости обычно осуществляется при использовании двигателей постоянного тока путем включения гасящих сопротивлений в цепь якоря, а при использовании двигателей переменного тока – переключением пар полюсов или переходом на другой двигатель, а также торможением с помощью демпфирующих устройств.
В системах контурного управления необходимо осуществление непрерывного управления перемещением и скоростью перемещения рабочих органов ПР. Здесь наряду с электродвигателями непрерывного действия используются шаговые электродвигатели, обеспечивающие высокую точность позиционирования при отсутствии дополнительных элементов обратной связи по положению и скорости.
Следует отметить ряд специфических особенностей использования электроприводов в промышленных роботах. К ним, прежде всего, необходимо отнести работу в существенно нестационарных нагрузочных режимах, обусловленных изменяющейся конфигурацией манипуляционной системы ПР. Это обстоятельство предъявляет повышенные требования к жесткости электропривода, что и обусловливает наличие отдельного контура стабилизации скорости с тахогенераторами в качестве датчиков обратной связи. Кроме того, не стационарность нагрузки приводит к существенным колебаниям приведенного к валу электродвигателя момента инерции нагрузки, что предъявляет дополнительные требования к динамическим характеристикам привода.
Синхронный двигатель содержит ротор, который синхронно вращается с колеблющимся полем или током. Синхронные приводы имеют множество преимуществ перед другими двигателями. В первую очередь это относится к энергетическим показателям. Их применяют как в позиционном, так и в контурном режимах работы.
Преимущества:
–высокая экономичность;
–удобство сборки и хорошие регулировочные свойства;
–очевидна целесообразность применения синхронного привода для механизмов, не требующих регулирования скорости.
Недостатки:
–применение синхронного двигателя затруднено, если механизмы обладают большими маховыми массами, где необходимо иметь регулируемый или двойной привод;
–не имеет начального пускового момента, следовательно, для его пуска необходимо разогнать ротор с помощью внешнего момента до частоты вращения, близкой к синхронной.
Асинхронные двигатели (АД) – имеют ограниченное применение в ПР. Это объясняется сложностью и высокой стоимостью электронных преобразователей, применяемых для регулирования частоты вращения. Тем не менее в ПР грузоподъемностью свыше 40 кг их использование оправдано.
В зависимости от вида напряжения питания и отметки статора различают двух и трехфазные АД. Этот тип двигателя используется в основном для питания ведущих колес автомобиля, поэтому и может найти место в колесной робототехнике. Наличие мощных полупроводников сделало практичным использование более простых асинхронных электродвигателей переменного тока.
Преимущества:
–простота и надежность из-за отсутствия коллектора;
–низкая стоимость;
–значительно низкая масса;
–меньшие габариты.