Obsah
Téma č. 5 POHONOVÉ SYSTÉMY ROBOTOV
Úloha 5.1
- Vysvetliť úlohu pohonu.
- Rozdeliť motory používané v priemyselných robotoch.
Úloha 5.2
- Vysvetliť základné požiadavky kladené na pohony robotov (plynulý rozbeh a brzdenie, vysoká presnosť polohovania, dostatočná polohová tuhosť, minimálna hmotnosť, minimálne rozmery, vhodné priestorové usporiadanie).
- Vymenovať požiadavky na motory ktoré sa používajú v pohonoch.
Úloha 5.3
- Opísať pneumatický pohon, konštrukcia, výhody a nevýhody.
- Opísať hydraulický pohon, konštrukcia, výhody a nedostatky.
- Opísať elektrický pohon, konštrukcia, výhody a nedostatky.
Úloha 5.1
Vysvetliť úlohu pohonu.
Úlohou pohonu robota je uviesť jeho rameno predpísaným spôsobom do určeného pohybového stavu tak, aby pracovný mechanizmus (efektor) realizoval požadovanú manipulačnú alebo technologickú operáciu s predpísanou presnosťou.
Rozdeliť motory používané v priemyselných robotoch.
- hydraulické→ hydraulické priamočiare hydromotory, rotačné hydromotory, kývne hydromorory
- pneumatické → piestnicové valce, bezpiestnicove valce, kývne valce
- elektrické→ DC/ AC motory, krokové motory, direct drive -dd, lineárne motory
| hydraulické | pneumatické | elektrické |
Na obr. je zobrazené základne rozdelenie motorov používaných v pohonoch priemyselných robotov (PR).
Úloha 5.2
Vysvetliť základné požiadavky kladené na pohony robotov (plynulý rozbeh a brzdenie, vysoká presnosť polohovania, dostatočná polohová tuhosť, minimálna hmotnosť, minimálne rozmery, vhodné priestorové usporiadanie).
1. Plynulý rozbeh a brzdenie. Bezrázový chod je potrebný z niekoľkých dôvodov. Prvým je bezpečnosť držania prenášaného objektu.
2. Vysoká presnosť polohovania Rozlišujú sa dva základné princípy ovládania pohonu v súvislosti s riadením pohybu. Riadenie pohybu v smere jednotlivých osí - otvorený systém a riadenie pohybu so spätnou väzbou - uzavretý systém (poloha koncového člena je riadená spätnou väzbou).
3. Dostatočná polohová tuhosť
Od pohonu pohybovej jednotky, ktorá je v kľude, sa požaduje udržanie dosiahnutej polohy i napriek pôsobeniu vonkajších síl (do určitej úrovne). Polohovou tuhosťou sa potom rozumie schopnosť pohonu udržať dosiahnutú polohu. Tá sa zaručuje v rámci konštrukcie väzby medzi výstupom motora a výstupom pohybovej jednotky.
4. Minimálna hmotnosť
Hmotnosť pohonu ovplyvňuje celkovú hmotnosť pohybovej jednotky, hlavné u sériových koncepcií kinematických štruktúr. Požiadavka minimálnej hmotnosti pohonu pomáha dosiahnuť minimálne zotrvačne sily pohybujúcich sa častí konštrukcie s ohľadom na dynamiku a energetickú náročnosť.
5. Minimálne rozmery
Minimálne rozmery súvisia nielen s minimálnou hmotnosťou, ale aj s vytvorením predpokladov pre dosiahnutie čo najlepších manipulačných vlastností.
6. Vhodné priestorové usporiadanie
Vhodné priestorové usporiadanie pohonu ovplyvňuje celkové usporiadanie konštrukcie robota a manipulátora. Podieľa sa na pracovných možnostiach celej konštrukcie v prostredí s rôznymi prekážkami a podobne.
Vymenovať požiadavky na motory ktoré sa používajú v pohonoch.
Od motorov používaných v pohonoch robotov sa vyžaduje aj ďalšie požiadavky:
- vysoký výkon na jednotku hmotnosti, dobré regulačné vlastnosti,
- vysoká účinnosť, tichý chod, rovnomerný chod aj pri malých rýchlostiach,
- vysoká životnosť, minimálny vplyv na životné prostredie,
- trvalý výkon motora, prípadne výkonová preťažiteľnosť,
- rozsah a presnosť regulácie polohy, rýchlosti, momentu,
- istenie zariadenia, ochrana a bezpečnosť obsluhy,
- údržba, prevádzková spoľahlivosť, životnosť a diagnostika,
Úloha 5.3
Opísať pneumatický pohon, konštrukcia, výhody a nevýhody.
Používajú sa pre jednoduché manipulačné zariadenia, vykonávajúce jednoduché opakujúce sa pohyby, napr. pri presúvaní predmetov.
Pre pneumatické pohony možno uviesť nasledujúce výhody:
- sú lacné,
- jednoducho riaditeľné,
- spoľahlivé, možno ich použiť v nebezpečnom prostredí,
- neznečisťujú prostredie,
- nepotrebujú odvádzanie média,
- umožňujú vykonávať rýchle pohyby,
- umožňujú realizovať veľké zdvihy,
- majú „mäkké charakteristiky“.
Základné nedostatky sú:
- menší výstupný výkon,
- zložitejšie dosiahnutie želanej rýchlosti v dôsledku stlačiteľnosti média,
- zložitejšie dosiahnutie želanej presnosti polohovania,
- potreba čistenia vzduchu,
- potreba mazania.
Opísať hydraulický pohon, konštrukcia, výhody a nedostatky.
Používajú sa pre roboty pracujúce s extrémne veľkou záťažou (nosnosťou) alebo pri pracovných činnostiach v nebezpečnom prostredí, kde hrozí výbuch.
Hydraulické pohony priemyselných robotov obsahujú:
- stabilizovaný zdroj tlakovej kvapaliny,
- systém servoventilov na zabezpečenie programovej polohy pracovných orgánov robota,
- hydraulické motory,
- tlakový rozvod.
Výhody hydraulických pohonov sú:
- nízka hmotnosť na jednotku výkonu,
- vysoká dynamika,
- dobré regulačné vlastnosti (plynulý chod, plné zaťaženie aj pri ω=0),
- možnosť realizácie priamočiarych pohybov.
Nevýhody hydraulických pohonov sú:
- zmena vlastností motora so zmenou teploty a dobou prevádzky,
- vysoké požiadavky na vlastnosti pracovného média,
- možné znečisťovanie prostredia,
- hluk agregátu,
- pomerne zložité dosiahnutie vysokých rýchlostí.
Opísať elektrický pohon, konštrukcia, výhody a nedostatky.
Postupným rozšírením jednosmerných a v poslednej dobe aj striedavých motorov v kombinácii s harmonickými a cykloidnými prevodovkami sa dostal elektrický pohon na popredné miesto v konštrukcií robotov. Používajú sa servopohony, ktoré sa vyznačujú veľkým regulačným rozsahom rýchlosti a v spojení s riadenými systémami aj veľkou presnosťou nastavenia polohy v uzatvorenej slučke.
Výhody:
- priame pripojenie rotora na rameno robota znamená, že pohon nemá žiadne vôle alebo hysteréziu,
- nedochádza k opotrebeniu, nižšie servisné náklady,
- plynulý pohyb, vysoká účinnosť a nízka spotreba energie,
- rýchla akcelerácia, rýchly čas odozvy,
- kompatibilita z väčšinou servopohonov,
- možne dovybaviť systémami spätnej väzby (inkrementálny snímač, absolútny snímač a pod.), podľa individuálnych požiadaviek.
Na obr. je zobrazená štruktúra pohonu priemyselného robota
