Главная > Разное > Конструирование роботов
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

ГЛАВА 9. Принципиальная схема и конструкция робота

Подобно любой технической системе, робот нельзя рассматривать как механическую совокупность составляющих его органов даже на уровне выполнения операций. Функции, выполняемые схватом и манипулятором, достаточно сложны и зависят от конструкции, и тем не менее их следует разрабатывать с учетом общей структуры робота.

Данная книга не затрагивает проблемы выбора архитектуры робота. Ниже рассмотрены лишь некоторые основные связи между принципиальной схемой и конструктивным оформлением робота.

9.1. ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПИТАНИЯ ПРИВОДОВ РОБОТОВ

Приводы, управляющие сочленениями манипуляторов, могут питаться от источников энергии трех типов: электрических, гидравлических, пневматических. Пневматические приводы были созданы относительно недавно. И пока трудно дать правильную оценку их применению, которое на первых порах кажется достаточно сложным, но является перспективным. Классическая проблема состоит в выборе между электрическими и гидравлическими приводами.

9.1.1. Электрическая энергия

Электроприводы обладают рядом бесспорных достоинств.

• Их энергообеспечение производится от электросети, хотя переменное напряжение в сети, передаваемое с частотой 50 Гц, обычно непосредственно не используется.

• При передаче и потреблении электроэнергии не загрязняется окружающая среда.

• Особенности использования электроэнергии и характеристики электроприводов хорошо известны многим инженерам и проектировщикам.

• Электроэнергию достаточно просто передавать на расстояния, используя при этом легкие и гибкие линии связи, что особенно ценно в случае использования систем с изменяемой геометрией.

Однако электродвигатели мало пригодны для обеспечения медленных или прерывистых движений манипулятора робота, так как вращаются с большой скоростью и развивают малые моменты (по сравнению с аналогичными гидродвигателями той же мощности). Поэтому почти всегда необходимо соединять их с редукторами, что увеличивает общую массу привода. Более того, коллекторный двигатель постоянного тока не может поддерживать достаточно большой движущий момент при длительной остановке манипулятора. Действительно, величину момента для обеспечения неподвижного состояния нельзя получить методом экстраполяции механической характеристики на очень малые скорости вращения, так как при этих скоростях ток сосредоточен лишь в некоторой зоне коллектора (а не распределен по всему объему) и в результате нагрев происходит локально.

С экономической точки зрения в стоимость привода кроме стоимости двигателя и редуктора приходится также включать стоимость электронных устройств, преобразующих первоначальную электроэнергию сети к виду, пригодному для получения мощности, которую потребляет данный двигатель.

9.1.2. Гидравлическая энергия

Гидродвигатели пока не получили широкого применения, так как стоимость гидроэнергии еще достаточно высока (необходимо для каждого робота отдельно вырабатывать гидроэнергию, и имеются большие потери за счет принципиальных особенностей конструкции даже с модульными устройствами (с ограниченной утечкой масла в установленных пределах)).

Кроме того, особенности использования гидроэнергии и характеристики гидродвигателей мало известны потребителям (необходимо обучать специалистов). В результате этого сложность применения гидродвигателей часто преувеличивается и недооценивается возможность получения соответствующих высоконадежных технических решений, особенно ценных в роботах, применяемых в аэронавтике или для ремонтно-строительных работ.

В действительности и с технической, и с экономической точки зрения сравнивать оба типа приводов очень трудно, так

как при этом необходимо учитывать не только данные о приводах с системами управления (преобразователь, двигатель и редуктор), но и требования, налагаемые ими на остальные элементы конструкции робота (разд. 9.1.3). Существенным параметром при сравнении является удельная мощность на единицу массы двигателя, которая для гидравлических систем больше и может достигать Эта разница возрастает еще в связи с тем, что гидродвигатель часто имеет автономное питание и может быть установлен на более простом и легком редукторе, чем его электрический аналог.

Мощность, переносимая жидкостью, пропорциональна давлению. Однако необходимо также учитывать массу и габаритные размеры баков и трубопроводов. Поэтому нецелесообразно создавать давления, превышающие величину порядка сотни бар (при этом давлении можно применять гибкие и легкие трубопроводы и существуют простые конструктивные решения проблемы стыковки и герметичности).

9.1.3. Требования к конструкции роботов

Отметим, не принимая за строгое правило, очевидную зависимость между типом конструкции робота и способом приведения его в движение. Так, использование гидравлики требует организации автономного питания, при котором каждый привод размещается непосредственно на оси сочленения, которое он приводит в движение. Подобный тип размещения приводов делает возможным построение манипулятора робота в виде раздельной кинематической цепи, позволяя создавать ее элементы в виде модулей (в виде соединения стандартных элементов, выполняющих все функции, необходимые для обеспечения одной степени подвижности манипулятора).

При использовании электроэнергии питание, как правило, централизовано и источники расположены на некотором расстоянии от управляемых сочленений. При этом стремятся найти компромиссное решение между двумя тенденциями: облегчением конструкции робота благодаря удалению из нее двигателей и увеличением массы, габаритов, трения, зазоров и т.д. за счет введения органов передач движения по предшествующим сочленениям.

Поэтому в данном случае часто применяют конструкцию в виде единой кинематической цепи, когда каждый элемент выполняет много функций (и тем самым их трудно создавать в виде отдельных модулей).

Другие требования обусловлены действием на конструкцию робота силы тяжести.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление