§5.Привд механической системы робота.
I.
Пневмопривод –
применяется при ГП до
Достоинства: 1. при наличии централизованной пневмосети прост, дешев, надежен, пожаробезопасен.
2.ширкий диапазон регулирования скоростей
3.большая перегрузочная способность
4.плавность работы
Недостатки: 1.низкое давление воздуха в пневмосети (<0,6 МПа) приводит к большим габаритам при большой ГП.
1. сжимаемость воздуха снижает точность перемещения и затрудняет реализацию следящего привода.
2. низкий КПД
3. высокая точность изготовления деталей.
4. необходимость наличия централизованной пневмосети и устройства подготовки воздуха.
Применяются следующие типы пневмодвигателей
1) пневмодвигатель поворотный поршневой (ПДП) – осуществляет неполноповоротное вращательное движение.
Рис 7 лист 1
На общем штоке 2 2хсоосного пневмоцилиндра 1 выполнена зубчатая рейка 3, передающая движение шестерне 4. Имеются устройства для устранения люфта в зубчатой передаче.
Угол поворота – 180* и 270*, выпускается в 2х исполнениях – ПДП -1 и ПДП-2 – предусмотрено торможение в конце хода.
Сдвоенные пневмоцилиндры ПДП1С и ПДП2С создают вдвое больший вращающий момент.
2) пневмодвигатели поворотные лопастные ПДЛ.
ПДЛ бывают: однолопастные рис 10а с углом поворота выходного вала 270* и 280*, а также двухлопастные рис 10б с углом поворота 100*.
5 позиций:
1 – лопасть
2 – вал
3 – корпус
4 – каналы для подвода и отвода воздуха
5 – упор
3)Пневмоцилиндры – смотри курс ГПМ
II.
Гидропривод – применяется при ГП>10кг
Достоинства: 1) компактен, малая масса двигателей, и, следовательно, малая инерционность.
1) простота управления
2) широкий диапазон регулирования скоростей
3) большая перегрузочная способность
4) плавность работы
Недостатки: 1) возможность утечек жидкости
2)высокая точность изготовления деталей
1) необходимость устройства индивидуальной гидростанции
Применяются следующие типы гидродвигателей и гидроприводов:
1) гидроцилиндры ЦРГ – поступательное движения
2) двигатели поворотно-гидравлические ДПГ (см. технологические ГПМ)
ДПГ осуществляют поворот выходного вала на угол 270*
В ЦРГ и ДПГ предусмотрена возможность регулирования режимов торможения в конце хода.
3) электрогидравлический следящий привод – работает по замкнутой схеме, то есть с обратной связью. Бывают с гидроцилиндром и с поворотными гидродвигателями и осуществляют соответственно возвратно-поступательные и вращательные движения по программе, поступаемой в виде электрических сигналов от задающего устройства.
Приводы комплектуют электрогидравлическими усилителями и встроенными датчиками обратной связи по положению.
4)Электрогидравлические шагающие приводы – работают по разомкнутой схеме, то есть без обратной связи, из-за чего возникают опасность потери информации о положении выходного звена, поэтому звенья ПР необходимо комплектовать датчиками положения.
Применяются приводы линейные и поворотные, которые осуществляют соответственно линейные и угловые перемещения по программе, поступающей в виде электрических сигналов от задающего устройства на управляющий шаговый электродвигатель. В линейных приводах возможна установка датчика положения штока цилиндра.
Рассмотрим поворотный привод. Привод состоит из маломощного шагового электродвигателя, гидроусилителя момента и устройства управления. Шаговые двигатели и связанный с ним гидрусилитель момента поворачивает на угол, соответствующий импульсов устройства управления. Чем больше частота импульсов, тем больше частота вращения.
Аналогично устройство и работа линейного привода. Пневмо и гидропривод в большинстве случаев не требуют передаточного механизма, так как создаваемые двигателем сила и момент достаточны по величине, а скорость и частоты вращения близки к требуемым.
III. Электропривод
Достоинства: высокий КПД, простота обслуживания, малый шум.
Недостатки: 1)большие размеры электродвигателя
2)необходимость передачи, допускается устройство люфта
3)по сравнению с гидроприводом большие токи управления
Применяются следующие типы электродвигателей и электроприводов:
1) двигатели постоянного тока с возбуждением т высокоэнергетических постоянных магнитов
1.1 Роторы электродвигателей выполняются дисковыми или пустотелыми, что снижает инерционность и повышает быстродействие.
Содержат датчик частоты вращения, датчик пути, датчик температурной защиты, встроенный тормоз.
1.2 Двигатели с постоянными магнитами на статоре создают момент, значительно превышающий номинальный, в результате чего уменьшается время разгона двигателя.
2) Вентильные двигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов.
ДВУ и 2ДВУ содержат датчик положения ротора, датчик пути, встроенный тормоз, а 2ДВУ – ещё и датчик частоты вращения.
3) Комплектные электроприводы, в состав которых помимо электродвигателя входят элементы управления автоматики, средства защиты и прочее.
§6.Передаточные механизма
МСР.
Конструкции передаточных механизмов зависят от типа двигателя и скорости перемещения его выходного звена (штока цилиндра. Вала двигателя), а также виды и скорости передвижения исполнительного звена ПР.
Рассмотрим:
1)
Зубчатые цилиндрические передачи
Достоинства:
- высокий КПД
- жесткость
- долговечность
- технологичность
- допускается устранение люфта
Недостатки:
- большие размеры зубчатого колеса, следовательно, высокая инерционность.
2)
Зубчатые конические передачи
Достоинства:
- те же, но не допускается устранение люфта
Недостатки:
То же + сложность регулировки, шум при работе.
3)
Червячные передачи
Достоинства:
- жесткость
- малая инерционность
- низкий шум
Недостатки: низкий КПД , сложность устранения люфта
В связи с этим червячная передача целесообразно устанавливать в первых ступенях привода, тогда люфт, приведенный к первому звену, может оказаться незначительным.
4) Волновые
передачи
Достоинства:
- малые габариты и вес
- практическое отсутствие люфта
- высокая точность позиционирования
- постоянство угловой скорости.
Недостатки
- пониженная жесткость и долговечность
- сложность изготовления
Волновые передачи широко применяются в роботах.
5) Цепные
передачи и передачи с зубчатыми ремнями.
Передачи с зубчатыми ремнями применяются очень широко.
6) Передача рейка – зубчатое колесо и рычажные передачи применяются для преобразования поступательного движения штоков пневмо- и гидроцилиндров во вращательное.
7) Для преобразования вращательного движения в поступательное применяется передача «винт-гайка» качения (шариковые и роликовые планетарные) и скольжения.
Шариковые винтовые передачи (ШВП)
-высокий КПД
- допускают устранение люфта благодаря преднатягу в сдвоенных гайках.
Недостатки:
- низкая жесткость
-сложность конструкции (необходимы обводные каналы для возврата шариков)
-ограниченная частота вращения винта
Роликовые планетарные передачи винт – гайка устраняют недостатки ШВП
Передачи «винт-гайка скольжения» применяются редко из-за низкого КПД и сложности устранения люфта.
Примеры кинематических схем некоторых механизмов МСР.
1) Механизмы
поворота (рис 11)
Рис.11
1 – поворотная часть робота
2 – мотор редуктора
Рис 11-15 – разновидность общей схемы, указанной на рис 14.
Рис.15
1 – электродвигатель
2 – редуктор или система передач
3 – поворотная часть робота
2) Механизмы
качания руки (рис 16-18)
Рис 18: 1 – электродвигатель
2 – редуктор или система передач
3 –качающаяся рука робота
Рис.17 – шарико - винтовая передача + рычажный механизм
3) Механизм
выдвижения руки ( рис 19-22)
Рис 19
1- подпружинный ролик для устранения люфта в зубчатой передаче
2- датчик пути
рис 20 – частный случай общей схемы (рис 20)
1- электродвигатель
2- редуктор или система передач
3- шестерня
4- рейка(рука)
рис.21 – с передачей винт-гайка
рис.22 – рука соединена со штоком цилиндра
4) Механизмы
вертикального перемещения (подъёмы).
Кинематические схемы механизмов вертикального перемещения аналогичны схемам механизмов горизонтального перемещения, но отличаются конструктивным исполнением, так как отличаются схемы нагружения.
Ещё одна схема механизма подъёма – на рис 23.
5) Механизмы
ломающейся руки.
Рис 24 – примеры кинематической схемы механизмов ломающейся руки с приводом от цилиндров, а на рис 25 – от электродвигателя.
1-электродвигатель, 2-редуктор.
§8. Захватные устройства ПР.
ЗУ служат для захвата предмета и его удержания в определённом положении при перемещении или обработке.
Вид ЗУ определяют:
- форма;
- размеры, масса, свойства предмета;
- а также надёжность удержания, точность базирования предметов ЗУ, недопустимость разрушения или повреждения предмета, требования минимальности массы и габаритов и другое.
Классификация ЗУ:
Признаки: 1) по принципу действия
- механические;
-магнитные;
-вакуумные;
-с эластичными камерами.
1.1 Механические ЗУ – наиболее распространены. По типу передаточного механизма различают:
а) рычажно-стержневые - рис 26
б) кулисно-стержневые – рис 27
в) зубчатые – рис 28
г) клиновые – рис 29
д) цанговые – рис 30(самоклиновые)
е) эксцентриковые – рис 31
На рис 26 – 30 - стрелками показаны направления движения штока цилиндра и направления движения губок при захвате.
Цанговые и эксцентриковые ЗУ в роботах применяются редко из-за неточного положения предмета ЗУ и сложности удаления предмета из ЗУ.
1.2
Магнитные ЗУ.
Бывают с постоянными магнитами и с электромагнитами.
Эти ЗУ пригодны только для предметов из магнитных материалов. Постоянные магниты (рис 32) надёжны и не расходуют энергию, но требуется устройство для отделения детали от магнита.
Электромагниты (рис 33) состоят из корпуса 2, выполненного из стали с высокой магнитной проницаемостью. Внутри которого размещена катушка 3, защищенная от повреждений шайбой 1 из латуни или марганцовистой стали. По гибкому кабелю 4 на катушку подаётся электрический ток.
На рис34 – универсальный электромагнитный захват, снабжённый эластичными оболочками 1, заполненными железным порошком 2 и способный захватывать детали 3 с фасонной поверхностью.
1.3
Вакуумные ЗУ.
Бывают с вакуумным насосом (рис 35), эжекторные (рис 36), и безнасосные (рис 37) (самовакуумирующиеся).
ЗУ с вакуумным насосом и эжекторные целесообразны для воздухопроницаемых материалов (бетон, керамика и т.д.). В безнасосных ЗУ вакуум создают одноразовым изменением объёма полости вакуум-камеры. Их применяют только для воздухонепроницаемых материалов (металл, стекло).
Достоинства:
- простота конструкции;
- полная автономность;
Недостатки:
- большие размеры
- низкая надежность
1.4 ЗУ с эластичными камерами.
Действие этих ЗУ основано на деформировании камеры под давлением воздуха или жидкости. Различают оболочковые и пальцевые ЗУ.
В оболочковых ЗУ (рис 38) предмет базируется на эластичной камере.
1- захватываемая деталь
2- эластичная камера
3- корпус
4- защитная шайба, предохраняющая эластичную камеру от повреждений
5- каналы для подвода воздуха или жидкости.
В пальцевых ЗУ (рис 39) эластичная камера базируется по предмету. Внутренняя поверхность пальца выполнена более жесткой, чем наружная. Поэтому под давлением воздуха или жидкости пальцы изгибаются и прижимаются к предмету.
Рис 39. Левый палец - в нерабочем положении в разрезе, а правый – в рабочем положении.
2)По типу привода
- с пневмо-
- гидро-
-магнито-
-электроприводом
Пневмопривод
Достоинства:
1) при наличии централизованной пневмосети прост, дешев, надежен, пожаробезопасен.
2) Широкий диапазон регулирования скоростей
3) Большая перегрузочная способность
4) Плавность работы
5) Легко регулировать силу зажима.
Недостатки :
1) низкое давление воздуха в пневмосети приводит к большим габаритам при большой грузоподъёмности.
2) Низкий КПД
3) Высокая точность изготовления деталей
4) Необходимость наличия централизованной пневмосети.
Гидропривод:
Достоинства:
1) компактен
2) малая масса двигателя, и, следовательно, малая инерционность;
3) простота управления;
4) широкий диапазон регулирования скоростей;
5) большая перегрузочная способность;
6) плавность работы;
Недостатки:
- возможность утечек жидкости
-высокая точность изготовления деталей
-необходимость наличия устройства индивидуальной гидростанции.
Электропривод
Недостатки:
- требуются малогабаритные двигатели постоянного тока;
3)по числу рабочих позиций
- однопозиционные
-многопозиционные
4)по виду управления
-неуправляемые
-командные
-жесткопрограммируемые
-адаптивные
Неуправляемые – с постоянным магнитом, вакуумные без принудительного разряжения, механические бесприводные. Эти ЗУ для сжатия предмета требуют силу большую, чем удерживающая сила.
Командные ЗУ управляются только командами «захват» и «разжим». Действие обратное команде выполняют за счёт взаимодействия ЗУ с предметом или элементами внешнего оборудования.
Жесткопрограммируемые ЗУ управляются СУР.
Адаптивные ЗУ – программируемые ЗУ, оснащенные различными датчиками внешней информации для определения формы и массы предмета, силы зажима и т.д.
5)по характеру крепления к руке робота
- несменяемые
-сменные
-быстросменные
- пригодные для автоматической замены