Василенко Н.В., Никитин К.Д., Пономарёв В.П., Смолин А.Ю. - Основы робототехники (1071028), страница 57
Текст из файла (страница 57)
6 1 Применение гидропневматического привода, показанного на рис. 7.16, позволяет отказаться от дорогостоящей гидронасосной станции. При подаче воздуха под давлением через пневмораспреде- 281 литель 1 в поршневую полость пневмоцилиндра 2 благодаря общему штоку 3 в поршневой полости гидроцилиндра 4, также создается давление, и рабочая жидкость поступает под давлением в исполнительный гидроцилиндр 5, перемещая шток 5 с рабочим органом 7. При движении поршня пневмоцилиндра в обратном направлении соответственно изменяется направление движения поршней в гидро- цилиндрах, а значит, — и рабочего органа Для компенсации разности объемов штоковой и поршневой полостей гидроцилиндра, а также длл подпитки гидросистемы при утечке жидкости предусмотрен пневмогидроаккумулятор 8.
Широкое применение в робототехнике находят комбинированные электрогидравлические приводы, в которых последовательно соединены электрический и выходной гидравлический приводы. Электро- привод небольшой мощности преобразует управляющий электрический сигнал в перемещение, которое служит входным воздействием для гидроусилителя гидравлического привода, непосредственно обеспечивающего соответствующие рабочие движения исполнительных органов робота Такой привод может строиться как замкнутый следящий и применяться в роботах с позиционным и контурным управлением. В последние годы для манипулирования миниатюрными иэделиями стал использоваться своеобразный вид привода — вибрационный, основанный на применении высокочастотных пьезоэлектрических двигателей. Действие таких вибродвигателей основано на преобразовании высокочастотных многокомпонентных упругих колебаний твердых и гибких тел в направленное многомерное вращательное или поступательное движение подвижного звена — ротора, ползуна, штока и т.п.
В отличие от известных низкочастотных механизмов для преобразования колебательного движения в линейное или вращательное перемещения в вибродвигателях используются упругие колебания в виде стоячих или бегущих волн с высокой частотой преобразуемых колебаний в ультразвуковом диапазоне (от 20 кГц до 5 МГц и более) и весьма малой амплитудой — от 0,1 для тихоходных до 10-100 мкм для быстроходных устройств.
Главной компонентой вибрационного двигателя является вибропреобразователь, обеспечивающий непосредственное формирование колебаний требуемой формы и вида для создания вибрационной сипы, направленной по касательной к зоне контакта с подвижным звеном. Для изготовления преобразователей, как правило, применяют пьезо. активные материалы (магнитострикционные или пъезокерамику). Вибродвигатели обладают рядом достоинств, имеющих важное значение для использования их в качестве приводов микророботов, а именно: высокую разрешающую способность по перемещению, большой диапазон регулирования скоростей, высокие динамические качества переходных режимов, практическую нечувствительность к сильным магнитным и радиационным полям, широкий температурный диапазон. В зависимости от исполнения число степеней подвижности вибродвигателей составляет 1-5 при твердых звеньях и может достигать бесконечности при использовании эластичных пъезоактивных материалош Эти качества позволяют создавать прецизионные микророботы, манипулирующие с очень высокой точностью объектами с малыми массами (погрешность позиционирования не превышает 0,1-0,01 мкм).
К недостаткам вибродвигателей следует отнести повышенный износ контактирующих поверхностей и необходимость применения датчиков обратной связи по положению из-за отсутствия однозначной зависимости между числом периодов колебаний выибропреобразователя и положением подвижного звена. Рис. 7.17 4 б б 7 Схема высокочастотного вибропривода модуля выдвижения "руки" микроробота показана на рис.
7.17. К подвижному звену — "руке" робота 1- с помощью упругих элементов 2 и Э с различной жесткостью (с, > с,) прижат вибропреобразователь 4, получающий питание от генератора электрических колебаний 5. Блок управления 5 в зависимости от управляющего сигнала 7 задает вибропреобразователю через генератор колебания требуемой формы и вида В результате в зоне контакта подвижного звена и преобразователя возбуждаются двумерные механические колебания высокой частоты, приводящие к возникновению постоянной составляющей силы, действующей вдоль оси Х и приводящей "руку" модуля в движение в опорах В по координате х Реализация обратных связей обеспечивается датчиками положения 9 и скорости 10.
В качестве датчика силы может использоваться элемент вибропреобразователя 11 с цепью обратной связи 12 Для стабилизации процесса возбуждения колебаний предусмотрена обратная связь 13 по амплитудам колебаний вибропреобразователя. Возможны и иные схемы модулей движения с использованием виброприводов как поступательного, так и вращательного движений. Изучая в предыдущих разделах различные типы приводов, мы не рассматривали подробно проблему их управляемости. Между тем управляемость приводов является важнейшим качеством, без которого программируемое и целенаправленное функционирование манипуляторов роботов было бы практически невозможным.
Все известные методы автоматического управления действиями манипуляторов в той или иной мере используют принцип позиционного или силомоментного управления. Силовое управление пока не нашло широкого применения, хотя находится в центре внимания исследователей и разработчиков, поскольку позволяет существенно расширить возможности роботов, придать им элементы адаптивности.
Широко используемый в настоящее время позиционный принцип управления исполнительными механизмами роботов связан с использованием так называемых сервомеханизмов. Принципы построения приводов с сервомеханизмами повсеместно используются для автоматического управления движением различных механизмов и машин, а само слово "серво*' (от лат. зегчцз) означает вспомогательный, зависимый и т.п. Этот термин введен для обозначения различных устройств, способных перемещаться в строгом соответствии с поступающими извне командами. Впервые сервомеханизм был создан еще Джеймсом Уаттом в 1788 г. и представлял собой устройство, предназначенное для управления работой паровой машины с использованием центробежного регулятора скорости. 8 соответствии с японским промышленным стандартом ШВ сервомеханизм - это "система автоматического управления, в которой входной управляющий сигнал преобразуется в механическое линейное или угловое перемещение управляемого объекта".
С е р в оприводом будем называть такой привод, в котором для автоматического управления используют те или иные сервомеханизмы. Для сервоприводов„применяемых в исполнительных системах роботов, объектом управления чаще всего является позиция звеньев манипулятора (позиционный принцип управления), а также их ориентация. Значительно реже и числу объектов управления относятся скорость перемещения звеньев манипулятора и усилие, прикладываемое манипулятором к внешним объектам. Однако в этих случаях управление осуществляется косвенно, через изменение позиций звеньев. Следовательно, основным базовым объектом управления для систем управления роботами являются позиции звеньев манипулятора.
Сервомеханизмы в приводах исполнительных систем роботов реализуют один из видов автоматического управления, в результате которого совершается перемещение требуемого звена манипуляционной системы робота то~но в заданное положение, при этом мощность выходного сигнала, непосредственно воздействующегзэ-иа 284' исполнительный механизм, как правило, во много раз превышает мощность входного управляющего воздействия, для чего требуется подведение извне дополнительной энергии.
В качестве устройств, воспринимающих зту энергию и вырабатывающих усиленное выходное воздействие, применяют те или иные двигатели, чаще всего - электродвигатели, гидроцилиндры и гидродвигатели. Тем болев, что большинство из них, отличаясь хорошей управляемостью, сами по себе обладают свойствами сервомеханизмов (сервомоторы). Риа. 7.18 Принцип функционирования еервопривода показан на рис.
7.18. Устройство управления в соответствии с программой вырабатывает входной сигнал, определяющий, например, требуемый угол поворота звена манипулятора 8, и направляет в сервомеханизм, где с помощью потока энергии, поступающего от двигателя, сигнал многократно усиливается, формируется в виде выходного значения требуемого угла поворота звена В ', равного или близкого к заданному ( 8 ' - =В ) и передается в виде силового воздействия непосредственно управляемому механизму.
Достижение требуемого выходного воздействия в сервоприводах может осуществляться по-разному. Как упоминалось выше, по типу управления все приводные механизмы можно разделить на разомкнутые (с открытым контуром управления) и замкнутые (с закрытым контуром управления). В системах первого типа управляющий сигнал задает требуемое положение управляемого механизма, а сервопривод вырабатывает воздействие, обеспечивающее его реальное перемещение в заданное положение. В замкнутых сервосистемах„ помимо управляющего сигнала, на вход в процессе функционирования передается информация о текущем значении выходного воздействия (обратная связь), осуществляется сопоставление сигналов, а результирующее воздействие через устройство управления поступает на вход исполнительного механизма. Такие сервосистемы принято называть двухсторонними в отличие от систем первого типа, мазан ваемых односторонними.
Конотрук- ' Стоимость Мощность Эксплуатационные особенности Тнп сереопрнеола цня Электрический невысокая мелея отсутствие зегрязнення ребочего места простая Гняреелнчес- кнй высокая вы- ходного сигнале еысокея сложнее загрязнение меолам Пнееметн- ческий сравнительно высокая средняя выходного сигнале отсутствие зегрязне- ння рабочего места сложнее 287 Разомкнутые системы управления приводами проще в реализации и значительно дешевле. Более сложные и дорогие - замкнутые двухсторонние сервосистемы обладают такими преимуществами, как высокая точность управления, быстрая реакция на внешнее управляющее воздействие, а также высокая помехоустойчивость.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
