3.5 Крокові електродвигуни.
Дискретний привод з кроковими двигунами набуває всього більшого поширення у ПР.
Принцип дії КД заснований на дискретній зміні магнітного поля в зазорі машини. При періодичному перемиканні обмоток статора крокового двигуна магніторушійна сила (МРС) статора повертається на певний кут (крок), викликаючи поворот ротора на той же кут.
Застосування КД дає можливість перетворювати управляючі імпульсні сигнали в відповідний кут повороту валу без датчика зворотного зв'язку.
Існує багато різновидів крокових двигунів, що відрізняються і за способом управління, і за принципом дії, і по конструкції. Проте краще всього виглядають синхронні крокові двигуни з активним або реактивним ротором.
На рис. 3.15 показаний принцип дії КД з багатофазною обмоткою на статорі і ротором у вигляді постійного магніта.
а) б) в)
Рис. 3.15 Принцип дії крокового двигуна
Якщо
подавати однополярні
імпульси напруги послідовно у фази 1,
2,...,m, то ротор буде повертатися на кут,
при якому його вісь співпаде з осями
фаз 1, 2,..., m. При цьому ротор має m стійких
станів, визначуваних напрямом вектора
магніторушівної сили
.
Крок при цьому буде рівним 2π/m.
Якщо
подавати імпульси напруги на дві сусідні
фази, то напрям вектора магніторушівної
сили
співпаде
з середньою лінією між цими фазами.
Якщо подати імпульси напруги на три фази, то ротор займе положення, співпадаюче з віссю середньої фази.
Таким чином, якщо включати по черзі парне і непарне число фаз, то ротор двигуна матиме 2m стійких положень, а крок буде рівний /m.
Крокові двигуни, що випускаються серійно, мають крок 1, 5, 9, 15, 22,5. Маса двигунів від 80 г. до 1,5 кг. Споживана потужність від 2,2 Вт до 300 Вт. Вони розраховані на номінальну напругу в імпульсі від 13,5 до 28 В. Максимальна частота надходження імпульсів від 100 Гц до 2,5 кГц.
3.6 Вібродвигуни.
Останніми роками в промисловій робототехніці почали застосовувати віброприводи. Вони відрізняються простотою конструкції, малими масо-габаритними розмірами і простотою в управлінні. До того ж вони забезпечують достатньо хорошу точність позиціонування.
Простота в управлінні вибропривордами дає можливість управляти ними безпосередньо від ЕОМ.
Основним елементом віброприводу є вібродвигун. Вібродвигуни бувають лінійними і ротаційними, низькочастотними і високочастотними.
Як приклад, розглянемо устрій і принцип дії високочастотного ротаційного вібродвигуна.Такий вібродвигун має:
а) статор у вигляді кільцевого п’єзокерамічного збудника (1);
б) пружні пластини між статором і ротором, які виконують роль силових передавальних елементів (2);
в) ротор у вигляді металевого стакана або суцільнометалевої болванки (3).
Устрій вібродвигуна показаний на малюнку 3.16.
Рис.3.16 Вібродвигун (устрій і принцип дії)
При подачі на статор змінної напруги (гармонічної або імпульсної) він починає вібрувати, тобто періодично стискатися і розтискатися. Під дією вібрації статора пружні пластини починають періодично згинатися і розгинатися. При розгинанні кожна з пластин своїм кінцем упирається в ротор і за рахунок тертя декілька провертає його у бік розгинання. Ротор обертається. Швидкість обертання залежить від амплітуди і частоти деформації гнучких пластин (зрештою від амплітуди і частоти живлячої напруги).
Для того, щоб вібродвигун міг міняти напрям обертання ротора, статор роблять складеним з двох частин. Кут нахилу пластин в цих частинах протилежний. Живлячи ту або іншу частину статора можна забезпечити реверсивний рух ротора вібродвигуна.
Вібродвигуни застосовуються:
- у приводах коліс у рухомих транспортних засобів (робокарах);
- у приводах рульового управління робокарів;
- у приводах суглобів ПР.
Вібродвигуни дозволяють отримати досить значні обертальні моменти
(до 10 Н*м) і достатню для практичних цілей швидкість обертання (40 об/хв. і вище).