Егоров О.С., Подураев Ю.В. - Мехатронные модули. Расчет и конструирование (1053456), страница 15
Текст из файла (страница 15)
В табл. 2.11 приведены основные технические характеристики безредукторных поворотных столов. Т а б л и ц а 2.11 Основные технические характеристики безрелукторных поворотных столов Мехатронные модули дают возможность создавать разнообразное технологическое оборудование нетрадиционных компоновок. Одним из представителей такого технологического оборудования является многокоординатный обрабатывающий центр ДФ-320 с перемещающимся по дуге шпинделем.
На рис. 2.35 представлена его схема. В Рис 2.35 этом центре, изготовленном Дмитров- ским заводом фрезерных станков, нашли применение такие мехатронные модули движения, как молуль поступательного перемещения, безредукторный поворотный стол и безредукторный мотор-шпиндель (51 2.4, Состав мехатронного модуля движения Мехатронный модуль движения состоит из следующих основных частей (рис. 2.36).
Электродвигатель — это электротехнический преобразователь электрической энергии в механическую. Механический преобразователь — устройство, преобразующее параметры движения двигателя в требуемые параметры движения выходного звена (может отсутствовать). В состав механического преобразователя входят: преобразователь движения (передача) - механизм, предназначенный для преобразования одного вида движения в другое, согласования скоростей и вращающих моментов двигателя и выходного звена мехатронного молуля; тормозное устройство — устройство, предназначенное для уменьшения скорости подвижного звена, останова и удержания его в неподвижном состоянии (может отсутствовать); люфтовыбирающий механизм — устройство, предназначенное для выборки зазора (мертвого хода) в некоторых видах преобразователей движения (может отсутствовать); направляющие — устройства, обеспечивающие заданное отно- сительное движение выходного звена мехатронного модуля (может отсугствовать).
Информационное устройство — устройство, преобразующее контролируемую величину в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации, а также для воздействия им на управляемые процессы. 80 Состав мехатроииого модуля движеиия Рис. 2.36 2.6. Интеллектуальные мехатронмые модули Главной особенностью современного этапа развития мехатроники является создание принципиально нового поколения модулей - интеллектуальных мехатронных модулей. Интеллектуальный мехатронный молуль (ИММ) — конструктивно и функционально самостоятельное изделие с синергетической интеграцией механической, электрической (электротехнической), информационной и компьютерной (электронной) частей, которое можно использовать индивидуально и в различных комбинациях с другими модулями.
Таким образом, по сравнению с мехатронными модулями движения (ММД), в конструкцию ИММ дополнительно встраивают микропроцессорные вычислительные устройства и силовые электронные преобразователи, что придает этим модулям интеллектуальные свойств и является их главным отличающим признаком от ММД. На рис. 2.3),а и рис. 2.37,б изображены интеллектуальные мехатронные модули фирмы ЯЕМЕ!ч8 8!МОЕ)й)ЧЕ РОВМО А и 8!МОРИОКЕ РОВМО Я соответственно, включающие в себя электродвигатель 1, механический преобразователь 2 и силовой преобразователь 3.
а) Рис. 2.37 Синергетическая интеграция указанных элементов составляет структурный базис мехатроники. Мехатронная идея синергетической интеграции элементов различной физической природы становится все более популярной среди разработчиков и потребителей наукоемкой продукции. Первые образцы интеллектуальных меха~ронных модулей появились в середине 90-х годов ХХ века, и в последние годы их доля на рынке быстро увеличивается. Так, по данным журнала Рас1~а81п8 !318еа! (август 2002), в настоящее время встроенные контроллеры управления движением применяют в 35,!% мехатронных упаковочных машин. В течение блюкайших 1,5...2 лет ожидается увеличение доли машин этого класса на 8...!0%, Аналогичная тенденция наблюдается и в других областях применения мехатронных систем, в частности, в автоматизированном машиностроении. Рассмотрим основные преимущества, которые дает применение интеллектуальных мехатронных модулей: ° способность ИММ выполнять сложные движения самостоятельно, без обращения к верхнему уровню управления, что повышает автономность модулей, гибкость и живучесть мехатронных систем, работающих в изменяющихся и неопределенных условиях внешней среды; ° упрощение коммуникаций между модулями и центральным устройством управления (вплоть до перехода к беспроводным коммуникациям), что позволяет добиваться повышенной помехозащищенности мехатронной системы и ее способности к быстрой реконфигурации; 82 повышение надежности и безопасности мехатронпых сне~ем благодаря компьютерной диапюстике неисправностей и автоматической защите в аварийных и нештатных режимах работы„ ° создание па основе ИММ распределенных сисзем управления с применением сетевых методов, аппаратно-программных платформ на базе персональных компьютеров и соответствующего программного обеспечения; ° использование современных методов теории управления (программных, адаптивных, интеллектуальных, оптимальных) непосредственно на исполнительном уровне, что существенно повышает качество процессов управления в конкретных реализациях; е пнтеллектуализация силовых преобразователей, входящих в состав ИММ, для реализации непосредственно в мехатронном модуле интеллектуальных функций по управлению движением, зашите модуля в аварийных режимах и диагностики неисправностей; ° интеллектуализация сенсоров для мехатронных модулей позволяет добиться более высокой точности измерения, программным путем обеспечив в самом сенсорном модуле фильтрацию шумов, калибровку, линеаризацию характеристик вход/выход, компенсацию перекрестных связей, гистсрезиса и дрейфа нуля.
Основным фактором, сдерживающим использование интеллектуальных мехатронных модулей в серийных изделиях, являстсл их высокая цена, хотя в последние годы она постоянно снижалась. Это обусловлено рядом технологических факторов: ° бурным развитием в последнее время аппаратных устройств и информационных технологий, ориентированных па задачи управления движением; ° появлением полупроводниковых приборов нового' поколения (силовых полевых транзисторов, биполярных транзисторов с изолированным затвором, тиристоров с полевым управлением); ° переходом на новую элементную базу в системах управления движением — это цифровые сигнальные процессоры (0БР- процессоры) и блоки ЕРША (Р1ец РгоагапцпаЫе Оаге Апауз); ° разработкой гибридных технологий л~ехатроники, позволяющих встраивать электронные и вычислительные устройства в механические узлы.
С точки зрения функционально-структурного анализа (см. гл.(), интеллектуальные мехатронные модули реализуют все семь функциональных преобразований, представленных па рис.(,6. В структуру ИММ входят электромеханическая и управляющая под- 83 системы, а также силовой преобразователь и соответствующие интерфейсы (рис.1.7). Интеллектуальный мехатронный модуль состоит нз следующих основных элементов: ° электродвигателя (хотя возможно использование движителей и других типов, например, гидравлических); ° механического преобразователя; ° датчиков обратной связи и сенсорных устройств; е управляющего контроллера; ° силового преобразователя; ° устройств сопряжения и связи.
В современных ИММ используют различные типы электродвигателей: углового и линейного движения, переменного и постоянного тока, коллекторные и вептильные, непрерывного движения и щаговые. В качестве преобразователей движения применяют зубчатые, винтовые и др. передачи. В конструкциях некоторых ИММ, построенных на базе высокомоментных двигателей, преобразователи движения отсутствуют. В интеллектуальных мехатронных модулях используют различные датчики положения и скорости (фотоимпульсные, вращающиеся трансформаторы, тахогенераторы) и сенсоры (датчики тока и момента, температуры н вибрации), которые передают информацию в устройство компьютерного управления о фактическом состоянии подсистем модуля.
Встроенные управляющие контроллеры, реализованные на современной элементной базе, позволяют получать компактные и надежные мехатронные изделия, обладающие интеллектуальными функциями, и строить на их основе многокоординатные мехатронные системы с децентрализованным управлением. В сочетании с открытой архитектурой систем управления типа РС-ХС это позволяет создать качественно новые системы управления, обладавшие принципиально новыми характеристиками по быстродействию, точности и функциональной гибкости. Принципиально важно, чтобы все перечисленные элементы были конструктивно обьединены разработчиком в едином корпусе.
При этом устройства связи становятся внутренними блоками, недоступными для пользователя. При разработке ИММ как показано в гл.1, следует последовательно выполнить этапы функционально-структурного и структурно-конструктивного анализа (рис.! 4) и затем приступить к конструкторской реализации выбранного варианта. 84 Следует отметить, что сущность интеллектуальных мехатронных модулей определяется не типом структурных элементов, использованных в данной конструкции, а в первую очередь их функпиональным назначением. 2.6. Примеры интеллектуальных мехатронных модулей Одним из первых интеллектуальных мехатронных модулей является модуль БгпапМогог американской фирмы Ап!табсз Согр., который появился на рынке в 1994 году.
Он создан на базе стандартного электродвигателя диаметром 060 мм, в задней части корпуса которого дополнительно были установлены фотоимпульсный датчик, усилитель, 32-битовый программируемый контроллер и устройство связи с сетью. Модуль является универсальным, может быть использован в мехатронных системах различного назначения. Производитель подчеркивает, что на 70% модуль состоит из стандартных элементов, что позволило снизить его стоимость и обеспечить высокую надежность.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
