Конспект лекций по КМР

В режиме фазовращателя питание обмоток индуктосина осуществляют переменным напряжением с частотой 10…100 кГц сдвинутым по фазе на 90о.

Погрешность преобразования кругового индуктосина не превышает 5''.

Рис. 15.34

Линейный индуктосин по принципу действия аналогичен круговому. Он состоит из длинной линейки, установленной на неподвижной части промышленного робота и имеет однофазную многополюсную обмотку, и короткой головки считывания (сканирующей головки), устанавливаемой на подвижном элементе модуля. Обмотка короткой линейки – двухфазная со сдвигом фазы на 90о. Один полюс обмотки составляет обычно 2 мм, длина головки – 100 мм, а длина линейки – 250 мм. Для перемещений более 250 мм линейки стыкуют по торцам, образуя наборную шкалу.

Погрешность линейного индуктосина составляет

(0,001…0,002) мм.

Индуктосины изготовляют в открытом исполнении и встраивают прямым монтажом в конструкцию промышленного робота.

Внешние виды и геометрические параметры вращающихся трансформаторов типов МВТ-2, ВТ-20-Д29, БСКТ-220-1, СКТ6465, СКТД-6465, фазовращателя БИФ-019, датчиков угла 50ДС- 32-1 и ДУ-34-1 изображены на рис. 15.32, а, б, в, г, д, е, ж, з, а в табл. 15.9 приведены их технические характеристики.

Крепление вращающихся трансформаторов фланцевое с упорным буртиком. Режим работы продолжительный.

495

Т а б л и ц а 15.9

Технические характеристики вращающихся трансформаторов

15.3. Датчики скорости

Датчики скорости предназначены для получения в промышленном роботе сигнала обратной связи по скорости, которая является корректирующей обратной связью, обеспечивающей устойчивость работы промышленного робота. Поэтому к датчикам скорости не предъявляют таких жестких требований по линейности и точности, как к датчикам положения. Они должны иметь главным образом хорошую чувствительность, особенно при малых скоростях.

496

Для получения сигнала по скорости в промышленном роботе могут быть использованы импульсные датчики, рассмотренные выше. В этом случае промышленный робот должен дополнительно содержать преобразователь частоты импульсов в скоростной сигнал. Точность получения скоростного сигнала таким способом зависит от числа импульсов на оборот вала. Таким образом, использование в силовом модуле импульсного датчика позволяет выделить два сигнала: по положению и по скорости, что упрощает конструкцию промышленного робота.

Для получения сигнала только по скорости используют специальные датчики скорости – тахогенераторы и фотоимпульсные датчики скорости.

Тахогенераторы представляют собой электрические микромашины, выходное напряжение которых пропорционально угловой скорости вращения ротора. В зависимости от принципа действия тахогенераторы делят на три группы: тахогенераторы постоянного тока, асинхронные и синхронные. Тип тахогенератора выбирают в зависимости от требований точности, линейности скоростной характеристики диапазона изменения частоты вращения двигателя, условий эксплуатации, надежности, габаритных размеров, массы.

Впромышленных роботах с коллекторными двигателями постоянного тока, как правило, применяют коллекторные тахогенераторы постоянного тока. В модулях с бесконтактными асинхронными и синхронными двигателями, применяемыми во взрыво- и пожароопасных средах, используют бесконтактные асинхронные и синхронные тахогенераторы.

Вкачестве тахогенераторов постоянного тока (ТГП) применяют двухполюсные микромашины постоянного тока с электромагнитным и магнитоэлектрическим (от постоянных магнитов) возбуждением.

На рис. 15.35 изображены коллекторные тахогенераторы постоянного тока ТГП-1 и ТГП-1А с зубцовым ротором, на рис. 15.36

–тахогенератор ТП-80-20-0,2 встраиваемый, а их технические характеристики приведены в табл. 15.10.

Рис. 15.35

497

тахогенератора, не превышая при этом его наибольшей частоты вращения. Соединение валов двигателя и тахогенератора должно быть безлюфтовым, так как люфт приводит к искажению скоростного сигнала.

Т а б л и ц а 15.10

Технические характеристики тахогенераторов

Как правило, все тахогенераторы представляют собой электрические микромашины, выполненные в виде законченных конструктивных узлов, но также могут иметь встраиваемое исполнение. Встраиваемый тахогенератор устанавливают непосредственно на валу, а его корпус скрепляют с кор-

пусом двигателя. Кроме того, двигатели некоторых серий имеют в своем составе встроенный тахогенератор, например, двигатели серий ДПМ, ДП, ДПУ, ПЯ.

499

угловой скорости (рис. 15.39) свеизлучения 1, проходя через отверстия дает на чувствительную поверхность нем электрические импульсы с ча-

a , t

где а – число импульсов; t – время перемещения подвижного эле- мента-диска (при линейном перемещении - линейки), с.

Угловую скорость диска, а соответственно и вала на котором он закреплен, определяют в виде, рад/с:

f 2 f ,

N

где α – значение одного импульса, рад; N – число отверстий или прорезей вдоль окружности диска.

В фотоимпульсном датчике линейной скорости, содержащей линейку с равномерно распределенными на ней отверстиями или прорезями, частоту генерируемых в фотоприемнике электрических импульсов определяют по приведенной выше формуле.

Линейную скорость линейки, а соответственно и поступательно перемещающегося элемента промышленного робота с которым она скреплена, определяют в виде, м/с:

где В – значение одного импульса, м; L – длина линейки, м. Рассмотренные фотоимпульсные датчики скорости можно ис-

пользовать и для определения перемещений подвижного звена. При вращательном движении звена перемещение можно

определить, рад:

2 a .

N

При поступательном движении звена перемещение равно, м:

500

Глава 16 КОНСТРУИРОВАНИЕ МОДУЛЕЙ

СТЕПЕНЕЙ ПОДВИЖНОСТИ И РАБОЧИХ ОРГАНОВ

16.1. Уровни модулей

Модуль – конструктивно и функционально самостоятельное изделие, которое можно использовать индивидуально и в разных комбинациях с другими модулями.

В зависимости от конструкции и функциональных возможностей модули исполнительных устройств роботов делят на пять уровней [53].

Модуль первого уровня представляет собой моноблок одной, двух или трех степеней подвижности исполнительного устройства робота, состоящий из электромеханической и управляющей частей. Корпус электромеханической части моноблока является частью силовой конструкции исполнительного устройства и в общем случае может воспринимать шесть внешних силовых воздействий (три силы и три момента), а управляющая часть обеспечивает работу электромеханической части в соответствии с командами устройства управления робота.

Модули первого уровня имеют: с одной степенью подвижности 2 базовые модели – с вращательной (В) и поступательной (П) кинематическими парами; с двумя степенями подвижности 3 базовые модели – с вращательной и поступательной (ВП, ПВ), двумя вращательными (ВВ) и двумя поступательными (ПП) кинематическими парами; с тремя степенями подвижности 4 базовые модели – с тремя вращательными (ВВВ), двумя вращательными и одной поступательной (ВВП, ВПВ, ПВВ), двумя поступательными и одной вращательной (ППВ, ПВП, ВПП) и тремя поступательными (ППП) кинематическими парами.

Модуль второго уровня – это модуль-привод одной степени подвижности. Он состоит из электромеханической и управляющей частей. В отличие от электромеханической части моноблока корпус модуль-привода не является несущим.

Модули второго уровня одноподвижны и имеют 2 базовые модели: с вращательной (В) и поступательной (П) кинематическими парами.

Модули третьего уровня – это функциональные блоки, предназначенные для компоновки модулей высших уровней. К ним относят механические, электротехнические, информационные и другие блоки (например, тормозные и демпфирующие механизмы, датчики обратной связи).

501

Модули четвертого уровня – это преобразователи движения, имеющие одну степень подвижности.

Модули пятого уровня – это простейшие унифицированные механические и аппаратурные единицы, используемые в модулях более высокого уровня. К ним относят люфтовыбирающие механизмы, направляющие, интерфейсные устройства и др.

Наиболее независимыми модулями, позволяющими самостоятельно компоновать исполнительные устройства роботов, являются модули первого и второго уровней.

16.2. Мехатронные модули

Перспективным направлением развития модулей степеней подвижности и рабочих органов исполнительных устройств роботов являются мехатронные модули (ММ).

Мехатронный модуль – функционально и конструктивно самостоятельное изделие для реализации движений с взаимопроникновением и синергетической аппаратно-программной интеграцией составляющих его элементов, имеющих различную физическую природу

Кэлементам различной физической природы относят механические (преобразователи движения, трансмиссии, звенья), электротехнические (двигатели, тормоза, муфты), электронные (электронные блоки и микропроцессоры) и информационные (датчики информации) элементы.

Встроенные интеллектуальные устройства, реализованные на новой элементной базе, позволяют получать компактные и надежные мехатронные модули, и строить на их основе многокоординатные мехатронные системы с децентрализованным управлением. Но важно подчеркнуть, что применение мехатронных модулей, особенно со встроенными электронными и управляющими устройствами, должно быть технологически и экономически обосновано для каждого конкретного приложения.

Задача конструктора при синергетической интеграции состоит

втом, чтобы не просто связать отдельные части в систему с помощью типовых соединений и преобразователей, а сделать конструктивные связи в мехатронном модуле взаимопроникающими и неразрывными.

Кглавным преимуществам мехатронных модулей относят:

исключение многоступенчатого преобразования энергии и информации, упрощение кинематических цепей и, следовательно, высокая точность и улучшенные динамические характеристики;

конструктивная компактность модулей и, следовательно, улучшенные массогабаритные характеристики;

502

возможность объединения мехатронных модулей в сложные мехатронные системы и комплексы, допускающие быструю реконфигурацию;

относительно низкую стоимость установки, настройки и обслуживания системы благодаря модульности конструкции, унификации аппаратных и программных средств;

способность выполнять сложные движения благодаря применению методов адаптивного и интеллектуального управления.

Структурная модель мехатронного модуля должна отражать состав его элементов и связи между ними. В общем случае она включает в себя следующие основные элементы:

устройство компьютерного управления движением, функциональной задачей которого является информационное преобразование (обработка цифровых сигналов, цифровое регулирование, расчет управляющих воздействий, обмен данными с периферийными устройствами);

цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), реализующий функцию информационно-электрического преобразования;

силовой преобразователь, обычно состоящий из усилителя мощности, широтно-импульсного модулятора (ШИМ) и трехфазного инвертора (для асинхронных двигателей), предназначен для усиления электрического сигнала;

управляемый электродвигатель (переменного или постоянного тока), являющийся электротехническим элементом мехатронного модуля, предназначен для преобразования электрической энергии в механическую;

механический преобразователь, взаимодействующий с внешними объектами и реализующий заданное управляемое движение;

устройство обратной связи, используемое для контроля текущих напряжений и токов в силовом преобразователе, а также управляющих функций (например, для организации контура регулирования момента, развиваемого модулем);

датчики обратной связи по положению и скорости движения выходного звена мехатронного модуля, выполняющие функции механико-информационного преобразования;

Мехатронные модули классифицируют по определенным признакам с целью систематизации информации о них в виде упорядоченной структуры. Согласно классификации создаются образы мехатронных модулей.

На рис. 16.1 представлена классификация мехатронных модулей по конструктивным признакам.

503

Рис. 16.1