|
|
Выбор того или иного вида привода
обусловлен функциональным назначением робота, предъявляемыми к нему
технологическими требованиями, особенностями производства и условиями
эксплуатации, а также стоимостью, сложностью обслуживания, эксплуатационными
расходами, наличием тех или иных комплектующих изделий и их качеством. Выбор
привода должен осуществляться совместно с определением типа и структуры
системы управления. Первоочередным вопросом, решаемым при проектировании или
использовании робота, является выбор того или иного типа привода по виду
энергоносителя.
Пневматический привод характеризуется конструктивной
простотой и дешевизной, особенно при наличии централизованной сети сжатого
воздуха, высокой скоростью перемещений, простотой обслуживания, высокой
надежностью и пожаробезопасностью. К его недостаткам следует отнести:
трудность реализации следящего привода и невозможность точного
позиционирования из-за высокой сжимаемости энергоносителя (отсюда -
использование пневмопривода почти исключительно в промышленных роботах с
цикловым программным управлением и позиционированием по упорам), 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).
В качестве двигателей в пневматических приводах используют
силовые пневмоцилиндры с возвратно-поступательным движением штока,
поворотные и ротационные пневмомоторы. Наиболее распространены
пневмоцилиндры, которые могут непосредственно соединяться со звеньями
манипулятора без помощи передаточных механизмов, что упрощает механическую
систему робота.
Промышленные роботы с пневматическими приводами, оборудованные
цикловой системой программного управления, имеют небольшие (до 20-30 кг) грузоподъемности, высокие (до 2 м/с) скорости движения звеньев и могут эксплуатироваться в
тяжелых условиях окружающей среды (при высокой запыленности и загазованности,
пожаро- и взрывоопасности и т.д.). Наиболее целесообразно применение
пневмопривода в промышленных роботах при потребляемой мощности 60 - 800 Вт.
Гидравлический привод отличают 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. По сравнению с
пневматическим гидропривод имеет более высокий КПД (при дроссельной схеме
регулирования 0,3, при объемной схеме 0,6-07).
К недостаткам гидропривода относятся: 1) необходимость в
собственных энергоустановках для преобразования энергии (гидростанциях); 2)
стравнительно малая скорость передачи гидравлического импульса при большой
длине трубопроводов (более 2 м), снижающая быстродействие; 3) зависимость
расхода рабочей жидкости от влияния внешних условий окружающей среды (в
первую очередь, температуры), что приводит к колебаниям скорости звеньев
манипуляционного механизма; 4) конструктивная сложность и высокие требования
к исполнению элементов гидросистемы (регулирующей аппаратуры,
гидропереключателей, стабилизирующих и дифференцирующих устройств,
обеспечивающих автоматическое регулирование), что снижает надежность и
долговечность гидроприводов; 5) меньшая, чем у электропривода, гибкость
проводки; 6) более высокие трудоемкость и стоимость изготовления и
обслуживания трубопроводов; 7) возможность утечек рабочей жидкости, что
повышает пожаро- и взрыво- опасность, ухудшает условия эксплуатации; 8)
повышенные требования к обслуживанию при эксплуатации.
В качестве двигателей в гидравлических приводах используют
силовые гидроцилиндры с возвратно-поступательным движением штока, моментные
гидроцилиндры и гидромоторы, осуществляющие непрерывное вращение. Как и в
пневматических приводах, силовые гидроцилиндры и низкооборотные двигатели
можно непосредственно соединять со звеньями манипулятора без помощи передач,
что значительно упрощает механическую систему.
Гидравлический привод применяется в роботах
преимущественно с позиционной и контурной системами управления и выполняется
в виде следящего привода. Гидравлические приводы работают при больших
давлениях в системе (до 20 МПа) и используются с грузоподъемностью до 20 кг и выше. В работах меньшей грузоподъемности они применяются вместо пневматических, если
требуется следящий привод.
Электрический привод отличается доступностью
энергоносителя, легкостью регулирования, простотой монтажа и наладки, а также
обслуживания при эксплуатации, достаточно высокими показателями надежности,
высоким КПД и низким уровнем шума при работе.
К недостаткам электропривода относятся:
сравнительно высокие обороты электродвигателей, что требует применения
сложных передаточных механизмов; инерционность, вызывающая необходимость
введения устройств фиксации положений звеньев типа фрикционных тормозов либо
самотормозящих передач; меньшие скорости звеньев по сравнению с
пневматическим приводом; недостаточно высокие показатели удельной мощности.
В качестве двигателей в электрических приводах используют,
как правило, электродвигатели тока с независимым или последовательным
возбуждением, а также двигатели переменного тока - в основном асинхронные
двухфазные и шаговые электродвигатели различных типов. Электропривод требует
применения тех или иных передаточных механизмов для передачи и согласования
скоростей движения и силовых характеристик валов электродвигателей и звеньев
манипулятора
Благодаря разработке в последние годы перспективных
электродвигателей с улучшенными параметрами и характеристиками
(электродвигателей с плоскими и гладкими роторами, позволяющих повышать быстродействие
и уменьшать инерционность; малоинерционных высокомоментных электродвигателей,
значительно повышающих показатели удельной мощности; линейных и др.), все
заметнее ощущается тенденция к более широкому применению электрических
приводов в промышленных роботах, особенно предназначенных для таких сложных
технологических процессов, как контурная сварка и сборка.
Комбинированный привод пока применяется ограниченно, что
объясняется усложнением конструкции и обслуживания робота, а также снижением
надежности его работы. Наиболее часто применяемой комбинацией силовых
приводов является сочетание пневматического и гидравлического приводов. Одно
из существенных его достоинств - возможность регулирования стабильной
скорости в диапазоне менее 0,1 м/с и более 1 м/с.
При наличии централизованной пневмосети и сравнительно
несложных технологических требованиях на первое место выступают такие
преимущества пневмопривода, как конструктивная простота, надежность,
пожаробезопаеность, низкая стоимость. Основной недостаток - трудность
реализации следящего привода - ограничивает его применение в сложных технологических
процессах, обеспечение которых требует достаточно развитых обратных связей,
поэтому пневмопривод используют преимущественно в простых промышленных
роботах с цикловым управлением.
При необходимости построения следящего привода
предпочтение отдают гидро- или электроприводу. При этом гидропривод
отличается компактностью и малой массой двигателей, сравнительной простотой
реализации следящего привода, более простым управлением маломощными
электрогидравлическими преобразователями по сравнению с электроприводом, а
также возможностью построения привода звеньев манипулятора без передаточных
механизмов, что уменьшает массу и инерционность звеньев манипуляционной
системы, повышает динамические качества манипулятора
В последние годы в связи с широким внедрением роботов в
промышленное производство существенную роль при выборе типа привода стали
играть такие качества, как доступность энергоносителя и простота обслуживания
при эксплуатации, отсутствие утечек рабочей жидкости, высокий КПД и низкий
уровень шума, характерные для электрического привода Создание и применение в
приводах ПР новых перспективных малоинерционных электродвигателей повышает
динамические характеристики электропривода, расширяет возможности его
применения. Как гидравлический, так и электрический приводы манипуляторов ПР
выполняются в виде следящих и применяются преимущественно с позиционной и
контурной системами управления.
Немаловажным фактором, способным повлиять на выбор
конкретного привода, может оказаться принятое при проектировании компоновочное
решение: приводы роботов конструктивно могут компоноваться с манипуляционной
системой по-разному, от чего зависит принцип передачи движения
соответствующим звеньям манипулятора Можно выделить три основные варианта
компоновки: 1) иривод расположен на звене манипулятора, обеспечивает
непосредственное воздействие на движущееся звено; 2) привод расположен на
неподвижном основании и связан со звеньями через передаточные механизмы; 3)
комбинированный способ компоновки, когда часть приводных устройств размещают
непосредственно на звеньях манипулятора а часть - на неподвижном основании.
Наиболее распространен, благодаря простоте кинематических
связей между звеньями и удобству управления манипуляционной системой, первый
вариант компоновки. Однако его реализация приводит к увеличению массы и
габаритных размеров звеньев манипулятора, снижению грузоподъемности и
ухудшению динамических характеристик. В случае жестких ограничений на массу и
габаритные размеры звеньев манипулятора предпочтителен второй вариант, хотя он
требует длинных и сложных кинематических цепей для передачи движения.
В последнее время все большее распространение получает
комбинированный способ; при этом в основу построения конструкции манипулятора
закладывается первый вариант компоновки, а отдельные приводные устройства
звеньев манипуляционной системы устанавливаются на неподвижном основании
робота.
Независимо от типа привода критериями сравнительной оценки
вариантов приводов при окончательном выборе могут служить масса привода,
удельная выходная мощность, КПД, адекватность источников энергии механической
и управляющей систем, возможность агре- гатно-модульного построения, удобство
обслуживания и безопасность эксплуатации.
|