Классификация приводов роботов

Привод включает двигатель и устройство управления им. Кроме того, в состав привода могут входить различные механизмы для передачи и преобразования движения (редукторы, преоб­разователи вращательного движения в поступательное и наоборот), тормоз и муфта.

К приводам, применяемым в роботах, предъявляют весьма жесткие специфические требования:

• должны встраиваться в исполнительные системы робота — в манипуляторы и системы передвижения,

• габариты и масса приводов должны быть минимальными

• так как приводы в роботах работают в основном в неустановившихся режимах и с переменной нагрузкой, то приводы в переходных процессах должны быть практически неколебательными

Важными параметрами приводов роботов являются также надежность, стоимость, удобство эксплуатации. Скорость поступательного движения на выходе приводов роботов должна составлять от долей до нескольких м/с при погрешности отработки перемещения, равной долям миллиметра.

В роботах нашли применение все известные типы приводов: электрические, гидравлические и пневматические; с поступательным и вращательным движением; регулируемые (по положению и скорости) и нерегулируемые; замкнутые (с обратной связью) и разомкнутые; непрерывного и дискретного действия (в том числе шаговые).

Устройство управления может быть непрерывного действия, релейным, импульсным или цифровым.

Применение пневматических приводов в робототехнике объясняется их дешевизной, простотой и соответственно надежностью. Правда, эти приводы плохо управляемы и поэтому используются в основном как нерегулируемые с цикловым управлением. Пневматические приводы характеризуются высоки скоростями перемещений элементов робота, поэтому для снижения скорости в роботах с цикловым управление применяются демпферы. Пневматические приводы применяют только в роботах небольшой грузоподъемности — до 10кг, реже 20кг.

Гидравлические приводы наиболее сложны и дороги по сравнению с пневматическими и электрическими. Однако при мощности 500—1000 Вт и выше они обладают наилучшими массогабаритными характеристиками и поэтому являются основным типом привода для тяжелых и сверхтяжелых роботов. Гидравлические приводы хорошо управляются, поэтому они нашли также применение в роботах средней грузоподъемности, для которых требуются высококачественные динамические характеристики.

Электрический привод, несмотря на его хорошую управляемость, простоту подвода энергии, больший к.п.д. и удобство эксплуатации имеет худшие массогабаритные характеристики, чем пневматический и гидравлический приводы. Основная область применения электрических приводов в робототехнике — это роботы средней грузоподъемности (десятки килограмм), легкие роботы с высококачественным управлением и мобильные роботы.

В промышленных роботах нашли применение электроприводы следующих типов:

• на двигателях постоянного тока традиционных коллекторных и бесколлекторных (вентильных);

• на асинхронных двигателях как нерегулируемых (с цикловым управлением), так и с частотным управлением;

  • на шаговых двигателях;

• на различного типа регулируемых муфтах в сочетании с нерегулируемым асинхронным двигателем или двигателем постоянного тока;

• на электромагнитах (соленоидных и других типов).

В основном применяются традиционные электроприводы с угловым перемещением, т. е. вращающиеся. Однако в роботах с поступательными перемещениями наряду с вращающимися двигателями в комбинации с механизмами, преобразующими вращательное движение в поступательное (типа передачи шестерня-рейка и т. п.), нашли применение и специальные линейные приводы постоянного и переменного тока.

Электроприводы для роботов в общем случае включают электродвигатель, снабженный датчиками обратной связи по положению и скорости, механическую передачу, часто тормоз, иногда муфту (например, для защиты двигателя от перегрузки) и устройство управления.

К перспективным разработкам электрических приводов относятся

• высокомоментные безредукторные двигатели,

• приводы с непосредственным цифровым управлением,

• бездатчиковые приводы с расчетом значений перемещения и скорости по измеряемым электрическим переменным двигателя.