67821

ПРИВОДИ ПРОМИСЛОВИХ РОБОТІВ

Лекция

Производство и промышленные технологии

Крім того тип приводу визначає і можливості системи керування або ступінь інтелектуальності робота. Для виконання загальної конкретної технологічної операції необхідне групове керування виконавчими двигунами приводу тобото з погляду керування привід робота розглядається як система.

Украинкский

2014-09-15

142 KB

12 чел.

Технічні засоби робототехнічних систем

Лекція 05

Тема: ПРИВОДИ ПРОМИСЛОВИХ РОБОТІВ

План

1 Призначення приводів і особливості їх використання у промислових роботах

2 Пневматичний привід, типова схема і елементи пневматичного приводу

3 Гідравлічні приводи, їх застосування

4 Електроприводи промислових роботів

5 Віброприводи промислових роботів

Література:

  1.  Робототехника и гибкие автоматизированные производства. В 9-ти кн. Кн. 2 Приводы робототехнических систем: Учеб. пособие для втузов/ Под ред. И.М.Макарова. – М.: Высш.шк.,1986. – 175с
  2.  Попов Е.П., Письменный Г.В. Основы робототехники: Введение в специальность: Учеб. для вузов по спец. «Робототехн. системы и комплексы» – М.: Высш. шк., 1990.  – 224с.
  3.  Костюк В.И., Гавриш А.П., Ямпольский Л.С. Промышленные роботы. – К.: Выща школа, 1985. – 360с.

1 Призначення приводів і особливості їх використання у промислових роботах

Привід промислових роботів (ПР) — сукупність технічних засобів, призначених для приведення в рух всіх ланок кінематики і захватного пристрою маніпулятора відповідно до умов технологічного процесу, що вимагаються.

Залежно від виду енергії, використаної для руху виконавчого механізму робота, приводи називаються пневматичними, електрогідравлічними, електричними і вібраційні.

Вибір типу приводу є частиною загальної задачі розробки і створення робота нової конструкції. При цьому необхідно ураховувати:

— характер навантаження на привід;

— кінематичні параметри маніпуляторів, тобото необхідні кутові і лінійні переміщення, швидкості, закони руху робочого органу (механізму);

— число точок і точність позиціонування або точність відтворення траєкторії;

— фізичний стан об'єкту, переміщуваного робочим органом маніпулятора (тверде, крихке, рідке тіло);

— умови експлуатації робота і перш за все характеристики навколишнього середовища: пожежобезпека, забруднення, температура, механічні дії, ресурс, економічність і інші чинники.

Певних обмежень використовування приводів кожного типу не існує. Перевага надається застосуванню пневматичних і електричних приводів в роботах з вантажопідйомністю до 20 кг, що визначається рядом особливостей їхніх характеристик.

Енерговагові, точнісні, динамічні характеристики роботів багато в чому визначаються типом використовуваного приводу. Крім того, тип приводу визначає і можливості системи керування або ступінь інтелектуальності робота.

Приводи типів, що розглядаються, широко застосовуються в різних областях техніки. Проте використовування приводів в промислових роботах має специфічні особливості.

1. Сучасні промислові роботи мають велике число ступенів рухливості (як правило, 6—7); кожна з них забезпечується виконавчим двигуном приводу. Для виконання загальної конкретної технологічної операції необхідне групове керування виконавчими двигунами приводу, тобото, з погляду керування привід робота розглядається як система.

2. Широко змінюється діапазон навантажень на привід з переважанням інерційних навантажень. Це багато в чому зумовлює вибір типу приводу. При великій вантажопідйомності робота — понад 100 кг — застосовуються в основному електрогідравлічні приводи.

3. Потрібна висока точність виконавського органу маніпулятора при позиціонуванні і добра якість перехідного процесу. При цьому, щоб виключити можливість ударів робочого органу, відпрацювання траєкторії або заданої координати повинен вироблятися без перерегулювання. Якщо врахувати, що маніпулятор має декілька кінематичних пар, то до приводу пред'являється вимога багато разів збільшеної точності.

4. Потрібні великі ресурси роботи при значних динамічних навантаженнях і безрегламентній експлуатації.

5. Привід тривало працює в загальмованому режимі.

До всіх типів двигунів в робототехніці пред'являються специфічні вимоги. Основні з них — це мінімальна вага і габарити, підвищені енергетичні, а також статичні і динамічні характеристики, легкість регулювання у великому діапазоні швидкостей, реверсивність. І при цьому потрібний великий ресурс і плавність рухів. Особливістю є також взаємозв'язана групова робота приводів всіх ступенів рухливості робота.

2 Пневматичний привід, типова схема і елементи пневматичного приводу

2.1 Загальна характеристика

Як показує статистика, 40—50% всіх роботів, що випускаються, мають пневматичний привід. Промислові роботи з пневматичними приводами володіють вантажопідйомністю в середньому до 20 кг (при потужності 60—800 Вт) для одного ступеня рухливості. Основні переваги пневматичних приводів при використанні в промислових роботах:

  •  використання стислого повітря в якості робочого тіла;

— можливість використання стислого повітря із заводської пневмомережі з тиском 0,5—0,6 МПа;

— можливість роботи в агресивному і пожеженебезпечному середовищі;

  •  —  можливість використання  стислого  повітря  як середовища  для  передачі   команд  керування і   побудови схем автоматики на базі пневмоелементів;
  •  простота   компонування   елементів   пневмоприводу; простота і надійність конструкції;
  •  відсутність проміжних передавальних ланок між вихідною ланкою приводу і робочим органом робота;
  •  мала відносна маса конструкції приводу на одиницю потужності, що розвивається;
  •  високий коефіцієнт корисної дії (до 0,8);

— низька вартість як конструкції приводу, так і робота і малі матеріальні витрати, на обслуговування;

  •   висока швидкість вихідної ланки приводу: при лінійному переміщенні до 1000 мм/с, при обертанні — до 60 об/хв;

— висока точність позиціонування по точках, визначуваних жорсткими упорами;

— просте циклове керування: позиціонування виробляється за допомогою переналагоджуваних упорів;

— мала чутливість до ударних перевантажень і вібрацій.

До недоліків пневматичного приводу слід віднести:

— нестабільність швидкості вихідної ланки при зміні навантаження унаслідок стислості робочого тіла при малому і середньому тиску;

— обмеженість числа точок позиціонування (частіше усього дві точки) в приводах з цикловим керуванням; збільшення числа точок позиціонування вимагає використання спеціальних конструкцій позиціонуючих пристроїв;

— необхідність демпфування руху вихідної ланки приводу в кінці ходу, оскільки при великих швидкостях руху вихідної ланки при підході до упорів можливі сильні удари робочого органу робота по упорах;

  •  наявність шуму при роботі приводу.

2.2 Типова схема і елементи пневмоприводу

Типова схема пневмопривода робота з цикловою системою управління зоюубражена на рисунку 5.1 Тут показаний привід одного ступеня рухливості із загальної системи, а нижня частина схеми відноситься до живлення всієї системи приводів робота, а можливо, і групи роботів). Функціонально пневмопривід з цикловим керуванням можна розділити на наступні вузли:

  •  блок підготовки робочого тіла (повітря);
  •  блок розподілу стисненого повітря;
  •  блок виконавчих двигунів;
  •  система передачі стисненого повітря иіж пристроями приводу.

Вхідний штуцер 1, вентиль 2, вологовідділювач 3 і редукційний пневмоклапан 4 з манометром 5 служать для підготовки стислого повітря з потрібними параметрами чистоти і тиску. Використання вологовідділювача обумовлене негативними факторами, які обумовлює волога в робочому середовищі на роботоздатність пневматичних пристроїв. Конденсуючись на деталях, волога викликає їх корозію, збільшує тертя на спряжених поверхнях деталей, а при від’ємних температурахсрияє зменшенню прохідних перерізів за рахунок утворення льоду на внутрішніх поверхнях каналів.

 Маслораспилювач 6 необхідний для змащування рухомих частин виконавчого пневмодвигуна 8 і розподільників 7. Останні служать для відкриття і закриття доступу стислого повітря за заданою програмою в робочі порожнини виконавчих пневмодвигунів. Розподільники можуть керуватися від електромагнітів або ж спеціальної пневмоавтоматики. Для циклових роботів керування пневморозподільниками здійснюєтьсмя по двопозиційному принципу “відчинено-зачинено”. Згідно прийнятим умовним позначенням на схемі розподільника вказують:

  •  позиції запірно-регулюючого елементу (число квадратів);
  •  зовнішні лінії зв’язку, підведені до розподільника;
  •  проходи (канали);
  •  елементи керування.

Канал з’єднань позначається стрілкою, що показує напрям потоку газу в кожній позиції; місця з’єднань виділяють точками; закритий  хід зображають тупиковою лінією з поперечним відрізком. Зовнішні лінії підводяться на схемі до вихідної позиції. Щоб уявити робочий стан розподільника, лід подумки на схемі пересунути відповідний квадрат позначення на місце вихідної позиції, залишаючи лінії зв’язку в попередньому положенні. Цифрове позначення на схемі розподільника: дробове число, де чисельник – зовнішні лінії розподільника, а знаменник – число робочих позицій.

В окремих конструкціях робота передбачається встановлення фільтру на вході.

Виконавчі пневмодвигуни в даному випадку — це циліндри з прямолінійним рухом поршня. Для кожного ступеня рухливості робота пневмодвигуни реалізують відповідні переміщення, швидкості і прискорення. Для захватного пристрою також використовується пневмодвигуни. Подача повітря в робочу порожнину циліндра йде через один розподільник, а вихід повітря з неробочої порожнини — через інший. Швидкість руху пневмодвигуна може регулюватися шляхом зміни витрати повітря на вході і виході за допомогою пневматичного дроселя із змінним прохідним перерізом. Для наочності в спрощеному вигляді поршневий пневмодвигун зображений на рисунку 5.1 справа.

Пневмодвигун дає велику швидкість руху вихідній ланці маніпулятора. При цикловому керуванні він рухається від упора до упора з максимальною швидкістю. Для виключення різкого удару в кінці передбачаються засоби гальмування. Це досягається або за рахунок внутрішніх процесів (стислого повітря), або установкою зовнішніх демпферів різних конструкцій. Крайні положення вихідної ланки маніпулятора при цикловому керуванні можуть встановлюватися шляхом перестановки упорів на позиції, необхідні для виконання заданого технологічного процесу.

У разі необхідності мати декілька точок позиціонування пневматичні двигуни будують по схемі, зображеній на рисунку 5.2.

Для схеми а корпус 1 за рахунок роботи лівого циліндра АВ може переміститися на величину х1, а шток виходу 2 за рахунок роботи правого циліндра CD - на величину х2, причому відношення х1 х2= ½. Отже, якщо обидва переміщення відсутні, на виході маємо положення /, при переміщенні тільки x1 одержуємо положення II, при переміщенні тільки х2 — положення III, а при переміщенні х1+ х2положення IV. Для отримання більшого числа позицій додають ще один ступінь циліндра.

За схемою  б декілька позицій здійснюється  шляхом  конструювання декількох вихідних отворів (1—7) в атмосферу, причому відкривається один з них. Наприклад, якщо треба зупинитися у позиції 4, то відкривається цей отвір. Поршень зупиниться тоді, коли він перекриє цей отвір.

3 Гідравлічні приводи, їх застосування

3.1 Загальні положення

Аналіз моделей парку вітчизняних і зарубіжних роботів дозволяє встановити, що гідравлічні приводи використовуються в 30% промислових роботів. Гідравлічні роботи володіють, як правило, великою і надвеликою вантажопідйомністю.

Широке використання гідроприводу в робототехніці обумовлено такими перевагами:

  •  використовування в якості робочого тіла нестискуваної рідини, що дозволяє отримати високу стабільність швидкості вхідної ланки при зміні навантаження в широкому діапазоні, високу точність позиціонування, високу частоту реверсування руху.
  •  великий досвід розробки і експлуатації гідроприводів в різних галузях техніки;
— широка номенклатура елементів гідроприводів, що випускаються вітчизняною промисловістю;
  •  відсутність додаткових кінематичних ланцюгів між ланкою приводу виходу і робочим органом робота;
  •  бесступенчаcтість регулювання швидкості ланки виходу;

— висока швидкодія;

  •  мала відносна маса гідромашин;
  •   великий коефіцієнт посилення по потужності (більше 1000), високий коефіцієнт корисної дії при різних способах регулювання.

До основних недоліків гідравлічних приводів, у тому числі і приводів, вживаних в робототехнічних пристроях, слід віднести:

— використання в якості робочого тіла рідини вимагає створення спеціальних насосних установок. Унаслідок вимоги мобільності і автономності роботів дані насосні установки повинні встановлюватися в конструкції робота, що різко збільшує масу конструкції робота;

— використання в основному робочої рідини на нафтовій основі виключає можливість застосування роботів з таким приводом в пожежо- і вибухонебезпечному середовищі; крім того, наявність парів рідини на нафтовій основі густиною є небезпечним для здоров'я;

— ресурс робочої рідини обмежений, що приводить до частої зміни всього об'єму рідини, який в насосній установці досягає значної величини. Це призводить до збільшення вартості обслуговування;

— вартість елементів даного приводу вище, ніж елементів пневматичного і електричного приводів;

  •  межа робочих температур рідини приводу обмежена (150С), що призводить до неможливості експлуатації його в середовищі з підвищеною температурою; крім того, із зміною температури рідини в процесі роботи змінюються властивості рідини, а отже, і швидкість вихідної ланки.

3.2 Типові схеми гідравлічних приводів ПР

Гідравлічні приводи роботів застосовуються в основному двох класів: дросельного керування і об'ємного керування, причому дросельне керування розрізняється на керування з гідронасосом постійної подачі і змінни подачі. У всіх випадках може відбуватися керування або гідроциліндром, або гідромотором.

Гідронасос постійної подачі значно дешевше, ніж змінної, проте енергетичні характеристики приводу дросельного керування з гідронасосом постійної подачі гірші через великі непродуктивні втрати саме внаслідок постійного нагнітання насосом рідини високого тиску навіть при зменшенних потреби споживачів (гідроприводів) в ній. Відбувається зворотний злив частини рідини і перетворення частини потенціальної енергії в теплову, потрібне охолоджування. Цих недоліків немає в приводу дросельного керування з гідронасосом змінної подачі.

Внаслідок сказаного гідроприводи дросельного керування з гідронасосом постійної подачі застосовуються в роботах меншої вантажопідйомності (десятки кілограмів), а з гідронасосом змінної подачі — в основному для роботів великої і надвеликої вантажопідйомності (сотні кілограмів).

3.2.1 Схема гідравлічного приводу дросельного керування

Схема гідравлічного приводу дросельного керування з гідронасосом змінної подачі показана на рисунку 5.3.

Робоча рідина забирається з бака 1 через фільтр 2 за допомогою гідронасоса змінної подачі 3. Там є електродвигун 5 і регулятор подачі насоса 4. Потім робоча рідина проходить фільтр тонкого очищення 6. Пневмогідравлічний акумулятор 7 служить для стабілізації тиску в нагнітаючій магістралі при різких його змінах (підключення, відключення споживачів).

Гідродвигун складається із золотникового розподільника (8, 10) і силового гідроциліндра 9 або ж гідромотора 11. Дроселювання потоків робочої рідини досягається шляхом зміни прохідних перетинів золотникового розподільника. Прохідний перетин залежить від положення кромки золотника щодо проточки золотникової втулки. Величиною прохідного перетину, тобто зсувом золотника, визначається швидкість переміщення гідродвигуна.

3.2.2 Гідравлічні приводи об'ємного керування

Представляють інтерес для застосування в промислових роботах також гідравлічні приводи об'ємного керування. Вони мають кращі енергетичні і навантажувальні характеристики, чим окуповується їх більш висока вартість. Але застосовуються вони поки що в роботах рідко, хоча, безумовно, перспективні в основному для роботів великої і надвеликої вантажопідйомності. На рисунку 5.4 дана схема гідроприводу об'ємного керування.

В цих гідроприводах положення і швидкість рухомої частини гідроприводу 9 або силового гідроциліндра 10 регулюються не дросельними золотниковими пристроями, а за допомогою зміни подачі гідронасоса 5 (з електромотором 4) по відповідних командах керування. При цьому гідронасос 5 володіє реверсуванням. Подача цього гідронасоса керується мікрогідроприводом дросельного керування 6, що живиться через фільтр 3 гідронасосом постійної подачі 2 з бака робочої рідини 1. Насос 2 підживлює всю систему через клапани 7.

Таким чином, тут є магістраль низького тиску, в якій працює мікрогідропривід 6, і магістраль високого тиску для двигунів 9 і 10. Запобіжні клапани 8 служать для запобігання великих випадкових перевантажень в магістралі. Важливо відзначити, що кожний гідродвигун 9 і 10 має свою окрему регулюючу систему, що включає гідронасос змінної подачі 5 з мікроприводом дросельного керування 6.

Представляє інтерес застосування в роботах неповноповоротного лопастевого гідродвигуна (рисунок 5.5), іменованого коротко гідроквадрантом.

Вал 1 двигуна з лопаттю повертається в корпусі 3 в ту або іншу сторону під час подачі тиску рідини від спеціального золотникового пристрою 2. Вал двигуна має обмежений кут повороту, наприклад до 270. Він здатний вести безпосередньо ланку маніпулятора без проміжних передач.

4 Електроприводи промислових роботів

4.1 Загальна характеристика

Аналіз тенденцій у вітчизняній і зарубіжній робототехніці показує, що останніми роками все більш активно в промислових роботах використовуються електроприводи. Вони не застосовуються тільки в роботах, призначених для роботи у вибухонебезпечних середовищах і для роботи з машинами, оснащеними гідросистемами, з міркувань уніфікації.

Електроприводи нових серій — це приводи з високомоментними двигунами постійного струму, асинхронними двигунами, безколекторними двигунами постійного струму і силовими кроковими двигунами.

Електроприводи цих серій у великому діапазоні моментів забезпечують підвищену максимальну швидкість, мають поліпшені масс-габаритні показники.

Особливостями електроприводів є розширений (до 0,05 Н-м) діапазон малих моментів, підвищена (до 15-103 об/хв) максимальна частота обертання, зменшена інерція двигунів, можливість влаштування в двигуни електромагнітних гальм і різних датчиків, а також механічних і хвильових передач.

Основні  переваги   електроприводів  наступні:

  •  доступність електричної енергії;
  •  компактна конструкція двигунів;
  •  взаємозамінність двигунів;
  •  висока швидкодія;
  •  рівномірність обертання;
  •  високий крутний момент на максимальній швидкості;
  •  висока надійність (ступінь захисту 1Р54);
  •  висока точність (за рахунок застосування цифрової вимірювальної системи з високоточним імпульсним датчиком);
  •  низькі рівні шуму і вібрації;
  •  експлуатація без перевірки і обслуговування (використання безколекторних двигунів);
  •  компактна конструкція перетворювачів.

До недоліків можна віднести:

— наявність щіток в колекторах двигуна постійного струму;

— обмежене використання у вибухонебезпечних середовищах;

— велику залежність швидкості вихідної ланки від навантаження, що призводить до необхідності створення додаткових контурів регулювання приводу;

  •  наявність додаткового кінематичного ланцюга між електродвигуном і робочим органом робота.

4.2 Типи електродвигунів

4.2.1 Електродвигуни постійного струму

Електродвигуни постійного струму діляться на двигуни з електромагнітним збудженням і із збудженням від постійних магнітів. Електромагнітне збудження може бути незалежним, послідовним або змішаним. В роботах вимагається регулювання швидкості обертання в широкому діапазоні, і виконується воно по-різному. Найбільш перспективні в робототехніці двигуни постійного струму із збудженням від постійних магнітів. Вони відрізняються меншою інерційністю і більш високим ККД. Також електродвигуни можуть бути колекторними і безконтактними. Останні володіють більшою надійністю зважаючи на відсутність щіток, що труться в колектор.

Наведемо приклади схем електродвигунів постійного струму з регулюванням швидкості обертання. Схема і характеристики електричного двигуна з незалежним збудженням і керуванням за напругою якоря зображена на рисунку 5.6, а для електродвигуна з незалежним збудженням і керуванням за струмом збудження - на рисунку 5.7.

З приведених характеристик видно залежність кутової швидкості дв і моменту М дв від керуючих величин, відповідно напруги в ланцюзі якоря і струму в обмотці збудження із.

Швидкість обертання електродвигуна постійного струму із збудженням від постійних магнітів (рисунок 5.8) регулюється шляхом зміни напруги в ланцюзі якоря при постійному потоці збудження Фз. Завдяки достатньо високій коерцитивній силі постійних магнітів можна істотно підвищувати потужність двигуна аж до створення високомоментних двигунів. Це вельми важливо для застосування їх в робототехніці. Шляхом влаштування порожнистих або дискових якорів можна значно зменшити інерційність двигуна і підвищити його швидкодію.

Існують різні принципи керування електродвигунами. Останнім часом частіше всього використовується тиристорне керування за допомогою вентильних (тиристорних) перетворювачів. Тиристор представляє собою керований напівпровідниковий діод. Застосування вентильних перетворювачів для керування швидкістю і реверсом електродвигунів постійного струму привело до створення безконтактних двигунів. Замість колектора з щітками застосовується напівпровідникова схема. Але тиристорне керування використовується також і при керуванні двигунами колекторів, де вони також мають перевагу перед іншими способами керування.

4.2.2 Електродвигуни змінного струму

Перспективним є застосування в робототехніці електродвигунів змінного струму — асинхронних двофазних і трифазних. Обмотка збудження (ОЗ) двофазного асинхронного двигуна (рисунок 5.9) живиться від мережі змінного струму. В обмотку керування (ОК) поступає змінна напруга Uк. Воно має по відношенню до Uз зсув по фазі на 90. Асинхронні двигуни змінного струму, особливо трифазні, мають меншу масу і габаритні розміри в порівнянні з двигунами постійного струму (при тій же потужності) і значно більший ресурс. Проте вони застосовувалися до цих пір в робототехніці рідко зважаючи на труднощі побудови схем керування в широкому діапазоні, особливо при малих потужностях, поширених в робототехніці. В даний час цей бар'єр також долається.

Іноді застосовуються і синхронні двигуни змінного струму з регулюванням швидкості обертання шляхом зміни частоти напруги живлення.

4.2.3 Крокові електродвигуни

Крокові електродвигуни також отримали застосування в приводах промислових роботів. В приводі з кроковим двигуном немає необхідності в датчиках зворотного зв'язку, як у всіх попередніх, для регулювання положення. Завдяки періодичним перемиканням обмоток статора крокового двигуна магніторушійна сила статора повертається на певний кут, чим здійснюється поворот ротора двигуна на такий же певний крок. Крокові двигуни вельми різні за конструкціями і принципам керування.

Ці двигуни перетворюють керуючі електричні імпульси в дискретні кутові або лінійні переміщення. Такий двигун складається із статора і ротора (рисунок 5.10 а). На магнітопроводі статора є ряд просторово зсунутих обмоток, на які по черзі подаються прямокутні імпульси струму частотою 10...104 Гц (рисунок 5.10 б, в). Імпульси струму і1 і і2 намагнічують полюси статора із змінною полярністю N1 - S1 - N1 - S1 або N2 - S2 - N2 - S2. Зміна напряму струмів в обмотках статора приводить до відповідного перемагнічуванню полюсів і встановленню нової протилежної полярності. Кількість полюсів ротора вдвічі менше кількості полюсів статора.

Кожне перемикання обмоток статора приводить до повороту результуючого магнітного поля двигуна і викликає синхронне переміщення ротора на один крок. Крок ротора двигуна в градусах визначається як = 360/(2рт), де — число явних полюсів ротора; т — число просторово зміщених обмоток статора. Двигун дозволяє повертати його ротор на частки градуса.

рокові двигуни можуть працювати також в режимах синхронного обертання і фіксації ротора в певному напрямі. Вони застосовуються в електроприводах промислових роботів та устаткування, де потрібне точне (прецизійне) переміщення.

5 Віброприводи промислових роботів

Для маніпулювання мініатюрними виробами застосовуються нові типи двигунів — прецизійні високочастотні вібродвигуни. За принципом дії вони є п’єзоелектричними двигунами. Існує багато їх різновидів як для поступальних, так і для обертальних переміщень з мікронною точністю і з великим діапазоном регулювання швидкості. Вібродвигуни зосновані на перетворенні високочастотних пружних коливань ланок у вигляді стоячих або біжучих хвиль. Перетворювані коливання мають частоти з малими амплітудами в ультразвуковому діапазоні. Такі вібродвигуни можуть мати декілька ступенів рухливості для твердих ланок. Якщо застосувати еластичні ланки з п'єзоактивних матеріалів, то можна отримати маніпулятори, що гнучко деформуються.

Вібродвигуни характеризуються високою роздільною здатністю по переміщенню, широким температурним діапазоном, відсутністю впливу паразитних електричних або магнітних полів, а також добрими динамічними властивостями, в перехідному режимі руху (пуск, зупинка, крокові режими), оскільки виброэлемент з моменту відключення живлення стає гальмуючим. Ці властивості вібродвигунівдозволяють створити прецизійні мікророботи, що маніпулюють об'єктами невеликої маси з дуже високою точністю, зокрема при збірці складних мікроелектронних схем.

Принцип дії вібродвигунів аналогічний принципу дії загального класу механізмів перетворення коливань в рух, але з тією різницею, що для останніх граничною областю робочих частот є низькі частоти (до 1 тис. Гц), а для вібродвигунів— високі (більше 20 тис. Гц). Амплітуди коливань вібродвигунів досягають 0,110-3 мм в тихохідних і 0,1 мм в швидкохідних варіантах.

Принцип дії вібродвигунів може бути розглянутий виходячи з виду взаємодії перетворювача і переміщуваного тіла (ротора — для пристроїв обертальної дії і повзуна— для пристроїв поступальної дії). Найбільш характерними представниками такого роду пристроїв є вібродвигуни, побудовані на схемі з косими ударами великої частоти, зоснованими на підсумовуванні тангенціальних складових ударного імпульсу. По гіпотезі сухого тертя, тангенціальна складова ударного імпульсу пропорційна його нормальній складовій, а коефіцієнт пропорційності рівний коефіцієнту сухого тертя  fтр.

На рисунку 5.11 а показаний перетворювач коливань, що представляє собою ланку, що коливається, 2 на пружних підвісках з жорсткістю С1 і С2, тобто коливальну систему із зосередженими параметрами з двома ступенями свободи. Двовимірний рух ланки, що коливається, 2 визначає і нормальну, і тангенціальну складову швидкості удару при нерухомому роторі 1. Зсув по фазі гармонійних коливань ланки 2 по відповідних ступенях свободи забезпечує необхідну для приведення в обертання ротора 1 синхронізацію поворотно поступальних рухів ланки 2, а співвідношення С2 > С1 визначає характер взаємодії елементів 1 і 2 вібродвигуна. Тривалість взаємодії залежить від параметрів А1 і А2  і частоти коливань    ланки 2.

Двовимірний рух активного елемента — ланки, що коливається, 2, може обумовлюватися не тільки сукупністю поздовжніх коливань по взаємно перпендикулярних осях, але і будь-якою комбінацією поздовжніх, поперечних, радіальних, згинних, крутильних і зсуваючих коливань. Так, на рисунку 5.11 б зображена схема, що пояснює принцип роботи вібродвигуна ротаційної дії з поздовжньо-крутильними коливаннями активного елемента 2. Поздовжні коливання з частотою і амплітудою А забезпечують нормальну складову швидкості удару, а крутильні коливання з кутом підкручення В і частотою  тангенціальну складову. Синхронізація дії обох коливань повинна забезпечити обертання ротора / в необхідному напрямі, що досягається зсувом  по фазі обох коливань.

У вібродвигуна, схема якого зображена на рисунку 5.11 в, активний елемент 2 здійснює радіально-крутильні коливання, причому радіальні коливання з амплітудою А і частотою забезпечують нормальну складову ударного імпульсу, а крутильні коливання з кутом В підкручення з частотою — тангенціальну складову. Як і в попередніх двох схемах, синхронізацію дії цих двох складових на ротор 1 забезпечуємо зсувом  по фазі коливань. Взаємодія елементів 1 і 2 може здійснюватися як по внутрішній поверхні порожнистого ротора (як показано на схемі), так і із зовнішнім зачепленням ротора

Двовимірні коливання в зоні контакту можуть збуджуватися однокомпонентними перетворювачами поздовжніх коливань, активної ланки 2 (рисунок 5.11 г). Друга складова коливань в зоні контакту виникає завдяки зинним коливанням елемента 2 в площини XOY, які збуджуються проекцією ударного імпульсу на вісь У. Для забезпечення максимальних швидкостей; обертання  ротора 1 необхідне виконання умови збігу резонансних частот поздовжніх і згинних коливань, що досягається зміною (підбором) жорсткості С пружної підвіски, частотою обурюючих поздовжніх коливань активного елемента 2, його геометрією і матеріалом. Проте найбільш найбільш ефективною є зміна умов кріплення вільного кінця елемента 2, зокрема підбором кута (рисунок 5.11 д). Проте не дивлячись на відносну простоту схеми виконання однокомпонентних вибровозбудителей, вони не забезпечують симетричного реверсу руху, що звужує область їхнього застосування.

Типова схема високочастотного вибродвигателя представлена на рисунку 5.12. До рухомої ланки 4 за допомогою пружних елементів 2 і 3 (жорсткість С1 > С2) притиснутий віброперетворювач 1. Він підключений до блоку 5, що є генератором електричних коливань. Блок керування 6 задає віброперетворювачу 1 коливання необхідної форми і виду залежно від сигналу керування U. Збуджуються двовимірні коливання, причому виникає постійна складова сили по осі х, чим і приводиться в рух ланка 4. Можуть здійснюватися різні зворотні зв'язки: за положенням 7, за  швидкістю 8, за силою 9, за амплітудою коливань. Ланцюг А служить для стабілізації процесу збудження коливань.

Крім того, або іншого типу двигуна до складу приводу для кожного ступеня рухливості маніпулятора входять: підсилювачі потужності, передавальні пристрої, а також коректуючі ланцюги, датчики зворотних зв'язків по швидкості і положенню, а іноді і силомоментні датчики. Проте не у всіх типах приводів обов'язково присутні всі ці елементи. Їхня наявність повністю необхідна в замкнутих слідкуючих приводах для контурних і контурно-позиційних систем управління роботів. Більшість пневмоприводів, частина гідроприводів і приводи, з кроковими електродвигунами діють по розімкненому циклу.

PAGE  10


Рисунок 5.7 – Схема і характеристика електродвигуна з керуванням за струмом збудження

Рисунок 5.2 – Пневмодвигуни з кількома позиціями

Рисунок 5.3 – Гідравлічний привід дросельного керування

Рисунок 5.4 – Гідравлічний привід об’ємного керування

Рисунок 5.5 – Схема неповноповоротного гідродвигуна

Рисунок 5.6 – Схема і характеристика електродвигуна з керуванням за напругою якоря

Рисунок 5.8 – Схема електродвигуна зі збудженням від постійних магнітів

Рисунок 5.9 – Схема двофазного асинхронного двигуна

Рисунок 5.10 - Схема (а) і часові діаграми імпульсів в обмотках статора (б,в) крокового двигуна

Рисунок 5.11 - Вібраційні приводи з взаємно перпендикулярно поздовжніми (а), поздовжньо-крутильними (б), радіально-крутильними (в) коливаннями активного елемента і з однокомпонентними перетворювачами поздовжніх (г) (д) коливань

Рисунок 5.12 – Схема високочастотного вібродвигуна


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

67855. Комп’ютерні мережі як інформаційні системи 43.29 KB
  Сучасній людині важко уявити собі життя без різних засобів зв’язку. Пошта, телефон, радіо та інші комунікації перетворили людство в єдиний “живий” організм, змусивши його обробляти величезний потік інформації. Підручним засобом для обробки інформації став комп’ютер.
67856. Уровень материального благополучия сельской молодежи: оценка ситуации и анализ факторов 499.13 KB
  Осмысливая роль и значение молодежи в новых условиях, следует отдавать себе отчет в том, что молодежь может представлять собой не только потенциал позитивных перемен, но и возможный фактор социальной нестабильности.
67857. Особенности авиационных геоинформационных комплексов как объекта проектирования. Проблемы построения АСУ на базе ГИС-технологий 296.5 KB
  АГК это целый класс программного обеспечения такого же уровня как системы управления базами данных или языки программирования. Плюс к этому к каждому графическому элементу должна быть привязана информация в формате обычной базы данных для сведений по любому объекту.
67859. Методы проектирования авиационных геоинформационных комплексов на основе информационно-структурного подхода 203 KB
  Системный подход В.М.Глушкова является достаточно хорошей основой для создания компонентов ИГК РВ, работающих в статике. Однако основной чертой таких комплексов, какими являются ИГК РВ, является их работа в динамике. Они должны успевать отображать в реальном времени быстротечные процессы...
67860. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ОСНОВЫ СИНТЕЗА ЛИНЕЙНЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ 614.5 KB
  Современные радиотехнические системы часто включают в себя комплекс достаточно сложных электрических цепей среди которых разнообразные линейные цепи. Поэтому необходимо иметь ясное представление о таких процессах и уметь рассчитывать их для определенной цепи при заданном воздействии.
67861. Релігія як феномен духовної культури 73.5 KB
  Деномінація (лат. denominatio – наділення спеціальним ім’ям) – релігійне об’єднання, що перебуває в стадії організаційного оформлення; перехідний тип організації, яка має характеристики церкви( централізація, ієрархічні принципи управління, відмова від ізоляціонізму) та секти (визнання своєї виключності...
67862. Первісні вірування, ранні та пізні національні релігії 68.5 KB
  Особливості ранніх національних релігій об’єктами поклоніння були вже не духи, а боги, які, мали антропоморфний і деколи зооморфний характер; послідовний політеїзм (poly-багато, teoc – Бог), виникають ієрархії богів, на їх чолі стоять, як правило, боги Сонця чи Неба, або ж боги-деміурги...
67863. Буддизм. Організаційна структура буддизму 48.5 KB
  Буддизм є особливою світовою релігією: не знає Богатворця не визнає існування Бога у вигляді персоніфікованої могутньої особи; стверджує що матеріальний світ ілюзорний постійне коливання ідеальних частинок – дхарм із яких комбінуються існуючі речі; вважає що людина позбавлена душі; тісно пов’язаний...