3.4 Електромеханічний привод.
Аналіз і узагальнення досвіду і тенденцій створення промислових роботів у вітчизняній і зарубіжній робототехніці показують, що все більшого поширення набуває електромеханічний привод промислових роботів.
Перший комерційний ПР з електроприводом був застосований в 1974 р. шведською корпорацією «АСЕА».
Основні переваги електромеханічного приводу наступні:
- висока швидкодія;
- широкий діапазон регулювання частоти обертання;
- компактна конструкція двигунів і можливість вбудовувати в них давачі швидкості й положення;
- рівномірність обертання;
- великий крутячий момент на максимальній швидкості;
- висока надійність;
- висока точність позиціонування за рахунок застосування цифрової вимірювальної системи з високоточними давачами в ланцюзі зворотного зв'язку;
- низький рівень шуму і вібрації;
- широкі можливості взаємозамінюваності двигунів;
- компактність конструкції перетворювачів;
- зручність підведення енергії;
- можливість тривалої експлуатація без перевірки і обслуговування (якщо використовуються безколекторні двигуни).
До недоліків можна віднести:
- наявність щіток в колекторах двигунів постійного струму;
- обмеженість використання у вибухонебезпечних середовищах;
- наявність додаткового кінематичного ланцюга між електродвигуном і робочим органом робота;
- велика залежність швидкості вихідної ланки від навантаження, що приводить до необхідності створення додаткових контурів регулювання.
Основною ланкою електромеханічного приводу є електродвигун. У роботах використовуються всі типи електродвигунів.
Конструктивно електропривод в ПР може компонуватися з маніпуляційною системою по двох принципово різним схемам. Перша, найбільш поширена, – схема з двигунами розташованими на рухомих ланках (послідовний привод). Така компоновка приводить до збільшення переміщуваних мас і габаритних розмірів руки (значить, необхідні двигуни підвищеної потужності), але забезпечує зручність управління.
У другій схемі двигуни винесені на нерухому підставу ПР і пов'язані з ланками руки передачами (паралельний привод). В даному випадку рука має менші габаритні розміри і масу. Проте, при цьому мають справу з механізмом, що має складний кінематичний зв'язок між ланками і двигуном, що створює труднощі в управлінні. Крім того, в довгих кінематичних ланцюгах неминучі підвищені люфти, а значить нижче точність. Оптимальна компоновка полягає в розумному поєднанні обох названих схем.
Найвищим вимогам задовольняє слідкуючий електропривод (рис.3.13).
Сервопривод
Рис.3.13 Слідкуючий електропривод
Навантаженням привода є ланка маніпулятора (Нав.). В складі електропривода три регулятори – регулятор положення (РП), регулятор швидкості (РШ) і регулятор струму (РС). Крім цього – підсилювач потужності (ПП), електродвигун (ЕД) і редуктор (Ред.). В контурах зворотного зв’язку знаходяться датчики: датчик струму (ДС), датчик швидкості (ДШ) і датчик положення (ДП).
Електропривод відпрацьовує заданий програмою кут повороту φз. Електродвигун через редуктор переміщує ланку маніпулятора до тих пір, поки сигнал похибки на виході регулятора положення не стане рівним нулю.
В структурі цього електропривода можна виділити три замкнутих контура регулювання:
зовнішний основний, що забезпечує регулювання по положенню (через датчик положення – ДП);
контур регулювання по швидкості (через датчик швидкості – ДШ);
контур регулювання по струму (через датчик струму – ДС).
Останній контур виконує роль регулятора по прискоренню.
Основу слідкуючого електропривода складає сервопривод. Вітчизняною промисловостю освоїн випуск серійних сервоприводів спеціально для ПР (наприклад ЕШІМ-1 транзісторний широтно-імпульсний постійного струму).
Розімкнений електропривод з кроковим двигуном має просту функціональну схему і великий діапазон регулювання швидкості. Датчики зворотного зв'язку відсутні (рис3.14).
Рис.3.14 Розімкнений електропривод
В складі електропривода перетворювач кода (ПК), підсилювач потужності (ПП), кроковий двигун (КД), редуктор (Ред.) і навантаження (Нав.), тобто ланка маніпулятора.
Сигнал з, що поступає на вхід електроприводу, має вигляд послідовності імпульсів, і несе інформацію про напрям, величину і швидкість повороту валу крокового електродвигуна. За допомогою перетворювача кода ПК, що містить реверсивний лічильник і дешифратор, управляючий сигнал перетворюється на m-розрядний паралельний код (m-число фаз КД). Кроковий електродвигун через редуктор переміщує ланку маніпулятора на віповідне число кроків.