Пневматические приводы промышленных роботов

Применение пневматического привода в ПР обусловлено рядом преимуществ, отмеченных ранее. Однако использование данного привода при различных схемах управления предъявляет определенные требования к конструкции привода. Задачи расчета и выбора исполнительных устройств включают в себя несколько этапов, наиболее важными из которых являются:

· определение физических параметров и свойств рабочей среды (рабочего тела) сжатого воздуха;

· получение исходных значений давления и расхода сжатого воздуха;

· выбор типа исполнительных устройств и их конструктивных параметров;

· определение динамических свойств исполнительных устройств и динамики системы управления.

Для цикловых роботов управление пневмораспределителем осуществляя­ется по двухпозиционному принципу «открыто-закрыто».

Подробнее пневматический привод рассматривается в ЛР №2.

В качестве блока исполнительных двигателей привода чаще всего используются цилиндры с прямолинейным движением поршня одно- или двустороннего действия. На каждую степень подвижности предусматривается исполнительный двигатель, конструкция которого обеспечивает заданные линейные перемещения, скорости и усилия. Захватное устройство также имеет двигатель, который обеспечивает захват детали, удержание при перемещении и освобождение ее после установки в заданной точке.

Подача сжатого воздуха в рабочую полость цилиндра осуществляется через открытое соответствующее распределительное устройство, при этом выход воздуха из нерабочей полости цилиндра в атмосферу осуществляется через другой открытый распределитель.

Рабочий цикл выполняется каждым двигателем в последовательности, которая определяется требованиями технологического процесса. Включение и выключение необходимого распределителя осуществляются по про­грамме, выполняемой управляющим устройством робота.

Регулирование скорости выходного звена двигателя в пневмоприводах выполняется изменением расхода сжатого воздуха на входе или выходе двигателя. Конструк­тивно это выполняется в виде пневматического дросселя, где проходное сечение можно регулировать в зависимости от требуемой скорости.

Данная схема привода является простейшей, в зависимости от условий и требований эксплуатации она может расширяться за счет новых функцио­нальных узлов и элементов.

Использование энергии сжатого воздуха обеспечивает выходному звену пневмопривода высокую скорость. В приводах с цикловым позиционным управлением поршень исполнительного двигателя подходит к заданной точке останова с максимальной скоростью. Если не предусматривать специальных средств торможения, то останов поршня происходит за счет механического упора, что вызывает механические вибрации груза, повышенный уровень шума и резкие динамические нагрузки на кон­струкцию двигателя. Торможение поршня в конце хода выполняется различными способами:

— специальным дросселированием рабочего тела на выходе из полости опорожнения в конце хода поршня;

— торможением (демпфированием) поршня устройствами гидравли­ческого или пружинного типа.

Торможение поршня с использованием рабочего тела. Плавное торможение поршня в конце хода путем уменьшения расхода воздуха из полости опорожнения выпол­няется конструктивно установкой специального дросселя на выходе из цилиндра (рис. 3.5).

Сжатый воздух с давлением Р_пит и расходом Qnm из магистрали через пневмораспределитель Пр4 и обрат­ный клапан ОК2 поступает в правую полость рабочего ци­линдра. Поршень движется из правого положения в левое. Воздух из левой полости через дроссель Др1 и пневмораспределитель ПрЗ сбрасывается в атмосферу. При достижении положения 1-1 пневмораспределитель Пр1 переключается на дроссель Др2, имеющий повышенное сопротивление потоку. В левой полости цилиндра давление Рч увеличивается, перепад давления Др = р₁–р₂ уменьшается и происходит торможение поршня за счет преобразования энергии движения поршня в энергию сжатого газа или за счет механического упора, если силы эти не равны. Для полного торможения поршня в заданном положении ││-││ необходимо равенство сил, действующих на правую и левую площади поршня. Для совершения обратного хода поршня производится соответствующее переключение пневмораспределителей Пр1–Пр4.

Настройка дросселей Др1–Др4 выполняется перед началом работы на определенную нагрузку, при этом дроссели Др1, Др4 настраиваются на обеспечение за­данной скорости, а дроссели Др2, ДрЗ – на демпфирование движения в конце хода поршня. Данный метод демпфирования движения конструктивно прост, но требует настройки дросселей при каждом изменении нагрузки. Кроме того, тормозной путь здесь составляет значительную часть от основного. Практически данный метод используется для роботов с грузоподъемностью до 5 кг.

Одним из способов демпфирования является способ, при котором используется схема создания проти­водавления в соответствующей полости двигателя. При достижении поршнем определенного положения в полость опорожнения подается основное давление магистрали. Схема такой конструкции представлена на рис. 3.6.

Сжатый воздух из питающей магистрали поступает через пневмо­­распределители Пр1 и Пр2 в левую полость цилиндра, правая полость через Пр3 и Др2 сообщена с атмосферой. Поршень движется из левого положения в правое, при этом перепад давления на поршне Др=р₁–р₂. При достижении пор­шнем положения │-│ пневмо­распре­­делитель Пр3 переключается в другую позицию, сжатый воздух из магистрали питания поступает в правую полость цилиндра. Давление в левой и правой полостях цилиндра уравнивается: р₁=р₂. Из-за разности площадей левой и правой частей поршня F₁ и F₂ на поршень действует сила перемещения P=p₁(F₁ – Р₂), под действием ко­торой поршень будет двигаться, но с меньшей скоростью. Для создания равновесия сил на поршне одновременно с переключением Пр3 переключается Пр2, т. е. прекращается доступ сжатого воздуха в левую полость. В этом случае левая полость представляет собой замкнутый объем.