3.3. Пневмоприводы роботов
Пневмоприводом называется совокупность устройств, включающих пневматические двигатели, использующие энергию сжатого рабочего газа под давлением. Принципиальная схема пневматических приводов в основном та же, что и схема гидропривода. Она включает в себя прежде всего источник энергии рабочего газа, потребитель энергии (пневмодвигатель) и устройства, обеспечивающие их связь и работоспособность: пневмолинии, пневмоемкости, пневмораспределители, регуляторы давления, пневмодроссели, кондиционеры рабочего газа и др.
Источником энергии рабочего газа обычно служит воздушный компрессор, преобразующий механическую энергию электродвигателя в энергию сжатого воздуха. Особенностью схем пневмопривода является отсутствие слив-ных и дренажных магистралей, поскольку отработанный газ выбрасывается непосредственно в окружающую среду. Принципы работы пневмопривода основывается на тех же законах, что и для гидропривода, но с учетом свойства сжимаемости газа. Пневмоприводы нашли широкое применение в робототехнике в силу ряда преимуществ:
простота конструкции и эксплуатации;
низкая стоимость устройств;
сжатый воздух не образует горючих и взрывоопасных смесей, что позволяет использовать привод в условиях с повышенными требованиями пожарной безопасности;
высокая надежность.
Основным недостатком пневмопривода следует считать использование дополнительных средств для обеспечения плавности и точности движения в силу сжимаемости газа. Пневмоприводы имеют более низкий коэффициент полезного действия по сравнению с гидроприводами и при равных габаритах развивают меньшую мощность.
В практике робототехники могут использоваться релейные исполнительные пневмоприводы, работающие в разомкнутом режиме управления по упорам, функциональная схема такого пневмопривода для одной степени подвижности приведена на рис. 3.6.
Рис.3.6. Принципиальная схема разомкнутого привода ПР
В данном приводе требуемая величина позиционирования звена определяется установкой регулируемых упоров РУ. Шток поршня перемещается до тех пор, пока жесткий упор (ЖУ) не придет в столкновение с РУ. Поскольку скорость перемещения пневматических роботов достаточна высока (до 1 м/с) привод снабжен демпфирующим устройством (ДУ), позволяющим осуществлять торможение исполнительного органа робота до остановки в заданной точке. В момент торможения упор, связанный со штоком пневмодвигателя, наезжает на шток ДУ и, утапливая его, останавливается. Регулирование скорости движения двигателя производится с помощью дросселей Др, управление которыми может осуществляться как в ручной, так и в автоматическом режимах от управляющего устройства.
Воздух в потребитель (двигатель) попадает из блока подготовки воздуха (БПВ), в который входит - влагоотделитель (ФВ), маслораспылитель (МР) и регулятор давления (РД). Фильтр - влагоотделитель предназначен для очистки сжатого воздуха от влаги и механических примесей. Маслораспылитель вносит в сжатый воздух распыленное масло для смазки трущихся поверхностей пневматических устройств. Необходимое давление питания обеспечивается настройкой регулятора РД.
В настоящее время, как в нашей стране, так и за рубежом разрабатываются промышленные роботы со следящим пневматическим приводом. Один из таких приводов представлен на рис.3.7.
Uос
Рис. 3.7. Принципиальная схема следящего пневмопривода ПР.
В области точки позиционирования по сигналу от датчика обратной связи (ДОС) встречным давлением осуществляется торможение привода, при котором скорость движения исполнительного устройства снижается. Величина этой минимально устойчивой («ползучей») скорости составляет 5-10% от максимальной рабочей. Непосредственное удержание двигателя в точке позиционирования обеспечивается тормозным устройством ТУ, управляемым от электромагнитного тормозного распределительного устройства ТРУ. Сопоставление стоимости одной степени подвижности гидравлического и пневматического роботов со следящими исполнительными приводами показало, что во втором случае стоимость оказывается почти в 3 раза меньше.
Методы расчета гидро - и пневмоприводов, их устройства и разновидности конструкторских схем подробно будут изучены в курсе «Приводы роботов».