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

ГЛАВА 3. Электрические приводы постоянного тока

3.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В настоящее время электрические приводы (электроприводы) еще редко используются в роботах. По приблизительным подсчетам менее половины выпускаемых роботов приводится в движение с помощью электрической энергии, хотя электроприводы обладают рядом достоинств:

• передача энергии осуществляется в безопасной для человека форме;

• используя аккумуляторные батареи, робот можно сделать автономным (неподвижные роботы питаются от сети);

• некоторые современные электроприводы применяются без редукторов и могут быть установлены непосредственно на оси;

• команды управления выполняются просто и без использования дополнительных преобразователей энергии;

• не возникает проблем утечки энергии и загрязнения окружающей среды.

Основной недостаток этих устройств — их большая масса. Мощность и вращающий (движущий) момент электрических двигателей на единицу массы очень малы по сравнению с мощностью и движущим моментом на единицу массы гидравлических двигателей. Масса электродвигателей не может быть существенно снижена, так как она в значительной степени определяется массой несущей конструкции, которая играет важную роль в создании движущегося момента. В двигателях с хорошими рабочими характеристиками обязательно используется железо с большой индукцией насыщения и плотности тока в обмотках возбуждения значительно выше допустимых. Поэтому возникают проблемы, связанные с потерями и нагреванием. В электродвигателях применяется принудительный отвод тепла, так как естественная вентиляция неэффективна при малых скоростях вращения.

Благодаря использованию постоянных магнитов можно

обойтись без статорных обмоток. Роторные обмотки не всегда наматываются на ферромагнитные сердечники. Существуют также дисковые двигатели и двигатели с полым ротором. Необходимо, однако, помнить, что преимущества таких двигателей можно использовать, если хорошо известны условия их функционирования: решены проблемы локализации потерь и передачи тепла и т.д. «Универсального» двигателя, приспособленного к любым условиях функционирования, не существует: один и тот же двигатель не может иметь высокую номинальную мощность и большой пусковой момент, находясь длительное время под большой нагрузкой.

В робототехнике могут быть использованы любые типы двигателей, но в настоящее время только два типа двигателей приводят в движение звенья роботов: двигатели постоянного тока и шаговые двигатели. Конструкция последних в большей степени отвечает требованиям установки их в роботах.

Асинхронные двигатели плохо функционируют в условиях работы с переменными скоростями или реверсирования вращения вала, так как движущий момент зависит не только от тока в статоре, но и от скорости вращения вала, а ток, индуцированный в роторе, регулировать трудно.

До последнего времени синхронные двигатели применялись редко в робототехнике. В режиме автоматической коммутации обмоток они могли бы заменить двигатели постоянного тока. Питание фаз в них зависит от положения ротора, а рабочие характеристики очень близки к характеристикам двигателей постоянного тока. Эти двигатели обладают рядом достоинств: магниты располагаются в роторе, а обмотки — в статоре; вместо системы коллектор — щетка используется надежное электронное устройство коммутации, в котором облегчен отвод тепла. Для применения таких двигателей (впрочем, так же, как и двигателей постоянного тока) в системах автоматического регулирования требуется датчик положения. Недостаток этих двигателей состоит в том, что их движущий момент сильно меняется, так как число фаз невелико.

Шаговые двигатели не получили пока большого распространения в робототехнике. Это обусловлено следующим:

• шаговый двигатель по конструкции является синхронным двигателем и имеет недостатки (максимальный движущий момент, возникающий при переключении цепи коммутации; зависимость от положения якоря).

• так как в конструкции двигателя применены выступы в магнитной цепи, то их насыщение оказывает большое влияние на стабильность механических характеристик двигателя;

• с точки зрения размещения обмоток и системы отвода тепла эти двигатели не оптимальны.

Вероятно, со временем управление питанием обмоток возбуждения будет значительно усовершенствовано и управление станет адаптированным.

Шаговые двигатели открывают широкие возможности для установки их в роботах, если речь идет о малых перемещениях. Несмотря на сложность управления ими, желательно не применять датчики положения.

Электроприводы представляют собой в большинстве случаев вращающиеся машины. Как шаговые, так и асинхронные линейные двигатели имеют довольно плохие рабочие характеристики. Система управления ими обычно обладает большим весом, так как нормальные линейные нагрузки достаточно велики, за исключением случаев, когда компоновка двигателя позволяет их компенсировать.

В этой главе рассмотрены только двигатели постоянного тока и системы их питания; шаговые двигатели описаны в гл. 4.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление