Сравнительная оценка приводов ПР

Привод промышленных роботов (ПР) – совокупность технических средств, предназначенных для приведения в движение всех звеньев кинематики и захватного устройства манипулятора в соответствии с требуемыми условиями технологического процесса. В зависимости от вида энергии, используемой для движения исполнительного механизма робота, приводы: называются пневма­тическими, электрогидравлическими и электрическими.

Проведем краткую сравнительную оценку приводов – электрогидравли­ческого, пневматического и электрического.

Электрогидравлический привод.Анализ моделей парка отечественных и зарубежных роботов позволяет установить, что гидравлические приводы используются в 20 % промышленных роботов. Гидравлические роботы обладают, как правило, большой и сверхбольшой грузоподъемностями.

Широкое использование гидропривода в робототехнике обусловлено рядом достоинств:

· высокое быстродействие;

· использование в качестве рабочего тела несжимаемой жидкости, что позволяет получить высокую стабильность скорости входного звена при изменении нагрузки в широком диапазоне, высокую точность позиции­онирования, высокую частоту реверсирования движения.

· бесступенчатость регулирования скорости выходного звена;

· большой коэффициент усиления по мощности (более 1000), высокий коэффициент полезного действия при различных способах регулирования;

· малая относительная масса гидромашин;

· отсутствие дополнительных кинематических цепей между выходным звеном привода и рабочим органом робота;

· большой опыт разработки и эксплуатации гидроприводов в различных отраслях техники;

· широкая номенклатура элементов гидроприводов, выпускаемых отечественной промышленностью.

К основным недостаткам гидравлических приводов, в том числе и приводов, применяемых в робототехнических устройствах, следует отнести:

· использование в качестве рабочего тела жидкости требует создания специальных насосных установок. Вследствие требований мобильности и автономности роботов данные насосные установки должны устанавливаться в конструкции робота, что резко увеличивает массу конструкции робота;

· использование в основном рабочей жидкости на нефтяной основе исключает возможность применения роботов с таким приводом в пожаро- и взрывоопасной средах; кроме того, наличие паров жидкости на нефтяной основе плотностью 5 г/м³ (ГОСТ 12.1.005–76) является опасным для здоровья;

· ресурс рабочей жидкости ограничен, что приводит к частой смене всего объема жидкости, который в насосной установке достигает значительной величины. Это приводит к увеличению стоимости обслуживания;

· стоимость элементов данного привода выше, чем элементов пневматического и электрического приводов;

· предел рабочих температур жидкости привода ограничен (150 °С), что приводит к невозможности эксплу­атации его в среде с повышенной температурой; кроме того, с изменением температуры жидкости в процессе работы изменяются свойства жидкости, а следовательно, и скорость выходного звена.

Пневматический привод. Как показывает статистика, 40–50 % всех выпускаемых роботов имеют пневматический привод. Промышленные роботы с пневматическими приводами обладают грузоподъемностью в среднем до 20 кг (при мощности 60–800 Вт) для одной сте­пени подвижности. Основные преимущества пневматических приводов при использовании в промышленных роботах:

· простота и надежность конструкции;

· высокая скорость выходного звена привода: при линейном перемещении до 1000 мм/с, при вращении – до 60 об/мин;

· использование сжатого воздуха в качестве рабоче­го тела;

· возможность использования сжатого воздуха из заводской пневмосети с давлением 0,5-0,6 МПа;

· простое цикловое управление: позиционирование производится с помощью перенастраиваемых упоров;

· высокая точность позиционирования по точкам, определяемым жесткими упорами;

· возможность работы в агрессивной и пожароопас­ной средах;

· отсутствие промежуточных передаточных звеньев между выходным звеном привода и рабочим органом робота;

· малая относительная масса конструкции привода на единицу развиваемой мощности;

· простота компоновки элементов пневмопривода;

· низкая стоимость как конструкции привода, так и робота и малые материальные затраты на обслужива­ние;

· малая чувствительность к ударным перегрузкам и вибрациям;

· возможность использования сжатого воздуха как среды для передачи команд управления и построения схем автоматики на базе пневмоэлементов.

К недостаткам пневматического привода следует отнести:

· нестабильность скорости выходного звена при изменении нагрузки вследствие сжимаемости рабочего тела при малых и средних давлениях;

· ограниченность числа точек позиционирования (чаще всего две точки) в приводах с цикловым управлением; увеличение числа точек позициони­рования требует использования специальных конструкций позиционирующих устройств;

· необходимость демпфирования движения выходного звена привода в конце хода, так как при больших скоростях движения выходного звена при подходе к упо­рам возможны сильные удары рабочего органа робота по упорам;

· наличие шума при работе привода.

Электропривод. Анализ тенденций в отечественной и зарубежной робототехнике показывает, что в последние годы все более активно в промышленных роботах ис­пользуются электроприводы. Они не применяются только в роботах, предназначенных для работы во взрывоопасных средах и для работы с машинами, оснащенными гидросистемами, по соображениям унификации.

Электроприводы новых серий – это приводы с высокомоментными двигателями постоянного тока, асинхронными двигателями, бесколлекторными двигателями постоянного тока и силовыми шаговыми двигателями.

Электроприводы этих серий в большом диапазоне моментов обеспечи­вают повышенную максимальную скорость, имеют улучшенные массогаба­ритные показатели.

Особенностями электроприводов являются расширенный (до 0,05 Н∙м) диапазон малых моментов, повышенная (до 15∙10³ об/мин) максимальная частота вращения, уменьшенная инерция двигателей, возможность встройки в двигатели электромагнитных тормозов и различных датчиков, а также механических и волновых передач.

Основные достоинства электроприводов следующие:

— компактная конструкция двигателей;

— высокое быстродействие;

— равномерность вращения;

— высокий крутящий момент на максимальной скорости;

— высокая надежность (степень защиты 1Р54);

— высокая точность (за счет применения цифровой измерительной системы с высокоточным – импульсным датчиком);

— низкие уровни шума и вибрации;

— эксплуатация без проверки и обслуживания (использование бес­коллекторных двигателей);

— компактная конструкция преобразователей;

— доступность электрической энергии.

К недостаткам можно отнести:

— наличие щеток в коллекторах двигателя постоянного тока;

— ограниченное использование во взрывоопасных средах;

— большую зависимость скорости выходного звена от нагрузки, что приводит к необходимости создания дополнительных контуров регулирования привода;

— наличие дополнительной кинематической цепи между электродви­гателем и рабочим органом робота