3.4. Электромеханический привод

Анализ и обобщение опыта тенденций создания промышленных роботов в отечественной и зарубежной робототехнике показывают, что все большее распространение получает электромеханический привод промышленных роботов.

Первый коммерческий ПР с электроприводом был применен в 1974 г. шведской корпорацией «АСЕА».

Основные достоинства электромеханического привода следующие:

- высокое быстродействие;

- широкий диапазон регулирования частоты вращения;

- компактная конструкция двигателей и возможность встраивать в них датчики скорости и положения;

- равномерность вращения;

- большой крутящий момент на максимальной скорости;

- высокая надежность;

- высокая точность позиционирования за счет применения цифровой измерительной системы с высокоточным двигателем в цепи обратной связи;

- низкий уровень шума и вибрации;

- широкие возможности взаимозаменяемости двигателей;

- компактность конструкции преобразователей;

- удобство подвода энергии;

- эксплуатация без проверки и обслуживания (использование бесколлекторных двигателей).

К недостаткам можно отнести:

- наличие щеток в коллекторах двигателей постоянного тока;

- ограниченность использования во взрывоопасных средах;

- наличие дополнительной кинематической цепи между электродвигателем и рабочим органом робота;

- большая зависимость скорости выходного звена от нагрузки, что приводит к необходимости создания дополнительных контуров регулирования.

Основным звеном электромеханического привода является электродвигатель. В роботах используются все типы электродвигателей.

Конструктивно двигатель в ПР может компоноваться с манипуляционной системой по двум принципиально разным схемам. Первая, наиболее распространенная – схема с двигателями расположенными на подвижных звеньях (последовательный привод). Такая компоновка приводит к увеличению перемещаемых масс и габаритных размеров руки (значит, необходимы двигатели большой мощности), но обеспечивает удобство управления, поскольку при вычислении задающих воздействий достаточно знать ее структуру.

Во второй схеме двигатели вынесены на неподвижное основание ПР и связаны со звеньями руки передачами (параллельный привод). В данном случае рука имеет меньшие габаритные размеры и массу. Однако при этом имеют дело с механизмом, имеющим сложную кинематическую связь между звеньями и двигателем, что создает трудности в управлении. Кроме того, в длинных кинематических цепях неизбежны повышенные люфта, а значит ниже точность. Оптимальная компоновка состоит в разумном сочетании обеих названных схем.

Самым высоким требованиям удовлетворяет следящий электропривод (рис.3.8)

Рис. 3.8

Нагрузкой привода служит звено манипулятора.

Здесь выделяются три контура регулирования:

1й контур: Усилитель мощности (УМ), датчик тока (ДТ), регулятор тока (РТ).

2й контур: Элементы первого контура + электродвигатель, датчик скорости (ДС), регулятор скорости (РС).

3й контур: Звенья второго привода + редуктор, датчик положения (ДП) и регулятор положения (РП).

Основу такой системы составляет сервопривод. Отечественной промышленностью

освоен выпуск серийных сервоприводов специально для ПР (например ЭШИМ-1 транзисторный широтно-импульсный постоянного тока).

Разомкнутый электропривод с шаговым двигателем имеет простую функциональную схему и большой диапазон регулирования скорости.

Датчики обратной связи отсутствуют (рис 3.9).

Рис. 3.9.

Сигнал _з, поступающий на вход шагового электродвигателя в виде последовательности импульсов, несет информацию о направлении, величине и скорости поворота вала шагового электродвигателя. С помощью преобразователя кода ПК, содержащего реверсивный счетчик и дешифратор, управляющий сигнал превращается в m-разрядный код (m-число фаз ШД).