Промышленные роботы используются во всех видах производства. Использование машины вместо использования человеческого труда позволяет значительно ускорить и оптимизировать заданный производственный процесс. Подвижность рабочих органов данного робота обеспечивается его приводным узлом. Для каждой степени свободы робота назначается отдельный привод для изменения координат его положения.
В зависимости от вида энергии, используемой для приведения в действие отдельных механизмов, можно выделить три основных привода, применяемых в промышленных роботах:
- электроприводы,
- электрогидравлические приводы,
- пневматические приводы.
Тип используемого привода в основном обусловлен конструкцией и назначением робота. При выборе следует обращать внимание на характер и величину приводной нагрузки, кинематические параметры робота (например, скорость, точность позиционирования, ускорение), физические особенности объекта манипуляции и условия работы робота (например, взрывоопасная зона, высокая рабочая температура).
Энергетические, точные и динамические характеристики роботов во многом зависят от используемого привода, к которому предъявляются определенные требования:
- высокая точность позиционирования рабочего органа робота,
- хорошее качество динамических процессов,
- работа с большими нагрузками,
- длительная работа в стационарном состоянии рабочего органа.
Электроприводы
Электроприводы являются наиболее распространенными приводами роботов. Это касается как стационарных, так и мобильных роботов.
Электроприводы характеризуются высокой общей эффективностью преобразования энергии, что обуславливает их широкое применение в робототехнике.
Среди используемых в настоящее время решений по электроприводам промышленных роботов следует отметить следующие:
- приводы постоянного тока с коллекторными двигателями постоянного тока,
- приводы постоянного тока с двигателями постоянного тока с высоким крутящим моментом,
- приводы постоянного тока с бесщеточными двигателями постоянного тока,
- приводы переменного тока с асинхронными и синхронными двигателями,
- приводы с шаговыми двигателями.
Преимущества электроприводов:
- низкая стоимость получаемой энергии и простота подачи энергии на двигатели,
- неизменность рабочих параметров,
- компактная конструкция двигателей и малые габариты органов управления,
- тихая работа (низкий уровень шума и вибрации),
- отсутствие загрязнения окружающей среды,
- безопасность труда,
- высокая скорость работы и высокая точность перемещений.
Недостатки электроприводов:
- ограниченная долговечность щеток в коллекторах двигателей постоянного тока,
- высокая стоимость покупки,
- ограниченное использование во взрывоопасной среде,
- наличие дополнительных передач между электродвигателем и исполнительным механизмом робота.
Электрогидравлические приводы
Электрогидравлические приводы промышленных роботов в большинстве случаев работают как сервоприводы. В состав приводов входят: источник рабочей жидкости со стабилизированным давлением, система сервоклапанов и гидроприводов.
Преимущества электрогидравлических приводов:
- высокая скорость действия,
- использование в качестве рабочей среды практически несжимаемой жидкости, обеспечивающей высокую стабильность скорости при значительных изменениях нагрузки, высокую точность позиционирования,
- бесступенчатое регулирование скорости выходного элемента привода,
- очень хорошие динамические свойства,
- малая масса на единицу мощности,
- простота управления,
- возможность получения малых скоростей движения привода без необходимости использования редуктора,
- плавное движение,
- низкая чувствительность к изменениям нагрузки и перегрузкам,
- высокий коэффициент усиления мощности (более 1000),
- высокая производительность при различных методах управления,
- высокая износостойкость (элементы привода смазываются рабочей средой),
- большой опыт в конструировании и эксплуатации электрогидравлических приводов во многих областях техники,
- большой выбор типовых промышленных гидравлических компонентов.
Недостатки электрогидравлических приводов:
- необходимость использования специальных энергосистем (гидравлических силовых агрегатов),
- более высокая стоимость энергии, чем в случае с электроприводами,
- шумная работа, особенно при высоких скоростях вращения и давлениях,
- чувствительность к загрязнению рабочей среды,
- возможность утечек рабочей жидкости, ограничивающих их использование в некоторых производственных процессах,
- невозможность использования роботов в условиях пожаро- или взрывоопасной среды, ограниченный срок службы рабочей жидкости (периодически необходима замена рабочей жидкости),
- ограниченный диапазон рабочих температур рабочей жидкости (не более 150 оC),
- высокая стоимость комплектующих привода по сравнению с электрическим и пневматическим приводом.
Пневматические приводы
Промышленные роботы с пневматическим приводом характеризуются относительно небольшой грузоподъемностью.
Основным рабочим фактором является сжатый воздух, который отвечает, например, за для передачи энергии и сигналов управления. Исполнительным элементом обычно является пневмопривод, крайние положения рычага которого задаются отбойниками и ограничителями.
Система пневмопривода разделена на несколько блоков:
- блок подготовки рабочей среды (сжатый воздух),
- блок управления потоком сжатого воздуха (клапаны, разделяющие электромагнитное управление),
- блок исполнительных механизмов (пневмоприводы)
Преимущества пневматических приводов:
- простая и надежная конструкция,
- высокая скорость выходного звена привода (при линейных перемещениях до 1 м/с, частоте вращения до 60 об/мин),
- возможность использования сжатого воздуха от пневматической сети предприятия,
- простое управление последовательностью (позиционирование осуществляется с помощью упоров),
- возможность работы в агрессивной и пожароопасной среде,
- высокий КПД (до 0,8),
- низкое отношение веса привода к получаемой мощности,
- низкая стоимость привода и эксплуатации,
- устойчивость к перегрузкам и вибрации.
Недостатки пневматических приводов:
- нестабильность скорости выходного узла привода при изменении нагрузки, вызванная сжимаемостью рабочей среды,
- ограниченное количество точек позиционирования (обычно две точки) в приводах с циклическим управлением (увеличение количества точек позиционирования требует использования дополнительных устройств позиционирования),
- необходимость торможения выходного узла привода на конечной фазе его движения,
- громкая работа привода.
В настоящее время большинство роботов оснащены электроприводами и лишь некоторые роботы используют только пневматический или гидравлический привод.
Наиболее распространена комбинация двух типов дисков. Примером может служить использование электроприводов для основных движений манипуляторов робота и одновременно пневмопривода для выполнения задач захвата.
В зависимости от назначения и места работы робота выбирают его приводные агрегаты.
Смотрите также: Современные бесколлекторные (бесщеточные) двигатели постоянного тока