Электрические приводы

В промышленных роботах нашли применение электроприводы следую­щих типов:

· на двигателях постоянного тока традиционных коллекторных и бес­
коллекторных (вентильных);

· на асинхронных двигателях как нерегулируемых (с цикловым управ­
лением), так и с частотным управлением;

· на шаговых двигателях;

· на различного типа регулируемых муфтах в сочетании с нерегулируемым асинхронным двигателем или двигателем постоянного тока;

· на электромагнитах (соленоидных и других типов).

В основном применяются традиционные электроприводы с угловым пе­ремещением, т. е. вращающиеся. Однако в роботах с поступательными перемещениями наряду с вращающимися двигателями в комбинации с механизмами, преобразующими вращательное движение в поступатель­ное (типа передачи шестерня-рейка и т. п.), нашли применение и специ­альные линейные приводы постоянного и переменного тока.

Электроприводы для роботов в общем случае включают электродвига­тель, снабженный датчиками обратной связи по положению и скорости, механическую передачу, часто тормоз, иногда муфту (например, для за­щиты двигателя от перегрузки) и устройство управления.

К перспективным разработкам электрических приводов для роботов от­носятся высокомоментные безредукторные двигатели, приводы с непо­средственным цифровым управлением и бездатчиковые приводы с расче­том значений перемещения и скорости по измеряемым электрическим переменным двигателя.

Примеры электромеханических промышленных роботов были приведе­ны на рис. 3.6 и 3.8. На рис. 4.12 показан внешний вид электромеханиче­ского промышленного робота ИРб-6, устройство которого было приве­дено на рис. 3.6.

Устройство управления робота выполнено на микроЭВМ с записью управляющих программ на магнитной ленте. Программирование выпол­няется обучением с помощью переносного пульта. Робот может функцио­нировать в режимах непрерывного и дискретного позиционного управления и комплектоваться различными сенсорными системами, включая систему технического зрения и сило-моментный сенсор. Благодаря своим широким функциональным возможностям ИРб-6 нашел применение как универ­сальный робот для выполнения многих основных технологических операций (дуговая и точечная сварка, механическая сборка, очистка отливок) и обслуживания станков и другого технологического оборудования, прежде всего, в автомобильной промышленности.

Рис. 4.12. Электромеханический промышленный робот ИРб-6 фирмы АСЕА (Швеция)

Микроприводы

Развитие микроробототехники в первую очередь потребовало создания соответствующих микроприводов. Для этого наряду с традиционными принципами действия и конструкциями, созданными в рамках традици­онного точного машиностроения, были разработаны совершенно новые приводы для микроперемещений, основанные на использовании управ­ляемых гибких деформаций (см. рис. 3.10). Одним из таких перспектив­ных типов микроприводов являются пъезоприводы. На рис. 4.18, а пока­зана схема основного элемента такого привода — пьезопреобразователя электрической энергии в энергию механического перемещения [12]. Он представляет собой пакет из пьезокерамических шайб 1 с нанесенными на торцы серебряными электродами, на которые параллельно подается электрическое напряжение. При этом за счет обратного пьезоэлектриче­ского эффекта происходит увеличение или уменьшение толщины шайб в зависимости от полярности приложенного напряжения. На рис. 4.18, б показан другой тип таких преобразователей, основанный на изгибных деформациях многослойных пластин из пьезоэлектрических и пассивных металлических или полимерных слоев. Такие преобразователи имеют больший ход, чем использующие деформацию расширение-сжатие, но худшие точностные и силовые параметры.

Величина перемещения на выходе таких электромеханических преобра­зователей (ход) — до десятых долей мм; скорость — до 1—2 м/с, погреш­ность управляемого позиционирования — доли мкм, усилие— сотни Н, мощность — десятки Вт. Из таких преобразователей создаются трехсте­пенные микроманипуляционные системы. Они часто комбинируются с обычными электромеханическими манипуляционными системами, обес­печивающими перемещение в десятки мм с погрешностью, перекрывае­мой микроманипуляционной системой. Получается манипулятор, со­стоящий из последовательно соединенных систем грубого и точного позиционирования, рабочий ход которого определяется первой систе­мой, а точность— второй.

Рис. 4.18.Пьезоэлектрические преобразователи микроприводов:

а — с поступательной деформацией растяжение-сжатие: 1—секция пьезокерамических шайб, 2 — фланец, 3 — шпилька, 4 — гайка, 5 — пластмассовая втулка, 6 — слюдяная шайба;

б— с изгибной деформацией: 1, 2 — пьезоэлектрические пластины, 3 — металлическая рессора

Помимо пьезоэлектрических существуют микроприводы и других ти­пов — пьезомагнитные, электро- и магнитострикционные, биметалличе­ские, на эффекте памяти формы, электростатические, принцип действия которых описан в § 4.7, пневматические, гидравлические [12].

Для мобильных микророботов, предназначенных для передвижения в уз­ких полостях (тонкие трубопроводы, желудочно-кишечный тракт, крове­носные сосуды человека и т. п.), разработаны специальные микродвижители, реализующие способ передвижения, подобный используемому гусеницами и червями. Вариант такой системы передвижения на пьезоприводах состо­ит из нескольких пьезоэлектрических сегментов, соединенных централь­ным стержнем из того же материала. Попарно расширяющиеся за счет пьезоэффекта сегменты выполняют функции фиксаторов, а поступательное перемещение осуществляется путем удлинения центрального стержня. Частота импульсов движения—10—20 МГц.

Существуют аналогичные системы, основанные на пневматике. На пе­реднем и заднем концах такого микроробота имеются пневмофиксаторы, которые попеременно закрепляются на стенках полости. При этом кор­пус робота также попеременно удлиняется при закрепленном заднем и сокращается при закрепленном переднем конце. Для передвижения по­добных роботов используется и управляемое внешнее силовое магнитное поле [13].

Основные уже определившиеся области применения микроприводов и основанных на них микроманипуляторов и микророботов — это микро­операции в промышленности (микрообработка, сборка, сварка и т. п.), биологические и фармакологические технологии, медицина (осмотр внутренностей, доставка туда лекарств, хирургические операции).