Napędy robotów. Rodzaje napędów:

Transkrypt

1 Napędy robotów W łańuhu kinematyznym robotów tajonarnyh każda para kinematyzna jet parą aktywną. Oznaza to, że z parą kinematyzną związany jet napęd łużąy do realizaji ruhu. odzaje napędów:. pneumatyzny iłownik pneumatyzny jednotronnego dwutronnego działania Doprowadzenie gazu pod iśnieniem do jednej z komór iłownika powoduje przemiezzenie ię tłoka wewnątrz ylindra iłownika, o kutkuje przemiezzeniem ię końówki robozej zamoowanej do tego tłoka. zalety: protota kontrukji; odporność na iężkie warunki; duży moment napędowy wady: brak możliwośi zatrzymania w dowolnym położeniu; duży wpływ obiążenia na prędkość ruhu ze względu na śiśliwość medium

2 . hydraulizny: podobnie jak w napędzie pneumatyznym wykorzytany iłownik; medium jet olej; doprowadzenie oleju do jednej z komór iłownika powoduje przemiezzenie ię tłoka wewnątrz ylindra iłownika, o kutkuje przemiezzeniem ię końówki robozej zamoowanej do tego tłoka. zalety: dobre włanośi dynamizne; łatwość terowania; duże momenty napędowe wady: mała prawność; intalaja dotarzająa i odbierająa iez robozą; podatność iezy na zmiany temperatury; 3. elektryzny: wykorzytanie ilników elektryznyh prądu tałego; zalety: duża niezawodność; protota układu zailania i terowania; dobre dotoowanie do terowania elektroniznego; wyoka prawność; dokładność i powtarzalność ruhów zdeydowanie lepza niż w napędah płynowyh; łatwość regulaji prędkośi obrotowej; wady: nieduży moment napędowy; koniezność toowania przekładni dla zwiękzenia momentu;

3 Układy pomiarowe Dla poprawnego utawienia końówki robota końa łańuha kinematyznego w zadanym punkie przetrzeni robozej koniezny jet pomiar aktualnego położenia. Dwie metody pomiaru, w zależnośi od toowanyh zujników: -pomiar bezwzględny abolutny -pomiar względny przyrotowy W pomiarze bezwzględnym itnieje wzajemnie jednoznazne przyporządkowanie każdej pozyji lizby. W pomiarze względnym, pomiar uzykujemy względem pewnej bazowej pozyji tartowej. W terownikah robotów wykorzytuje ię najzęśiej przetworniki drogi kątowej przy pomiarze przemiezzenia liniowego toowane ą przekładnie pomiarowe.

4 . reolwer tranformator położenia kątowego ontrukja podobna do małego ilnika elektryznego; tojan ma dwa uzwojenia utawione względem iebie pod kątem protym, a wirnik jedno uzwojenie; najzęśiej wykorzytywany jako przeuwnik fazy: in in o o o o in o in t E V V V t E t E V t E V t E V t E V Do realizaji pomiarów kąta obrotu lub przeunięia wykorzytuje ię dwa typowe w robotye zujniki pomiarowe:

5 . enkoder zlizająy przetwornik obrotowo-impulowy Optyzny enkoder przyrotowy kłada ię z fotoemitera, tarzy, fotodetektora i układu logiznego. Zaada działania jet natępująa: wyyłana przez fotoemiter kupiona wiązka światła, pada na zakodowany wzór obraająej ię tarzy, po zym fotodetektor odzytuje wiązkę przetworzonego światła, natępnie układ logizny utala tan obrotu tarzy enkodera. Na ryunku zotał przedtawiony zki budowy oraz zaada działania enkodera przyrotowego. Na tarzy enkodera wytępują dwa okreowe obwody kodowe A i B, przeunięte względem iebie o /4 okreu w kutek zego możliwe jet rozpoznawanie 4 tanów położenia na okre. Ilość zlizonyh impulów przy znanej lizbie znazników na obwodzie tarzy kodowej daje informaje o kąie obrotu.

6 3. Pomiar prędkośi prądnia tahometryzna Do pomiaru prędkośi obrotowej wykorzytywana jet prądnia tahometryzna. Jet to generator małyh rozmiarów, w którym magney tałe tojana indukują w obraająym ię wirniku iłę elektromotoryzną proporjonalną do prędkośi obrotowej: E gdzie: wp. wynikająy z budowy Można również uzykiwać pomiar prędkośi pośrednio z pomiaru położenia. Ponieważ terowniki mikroproeorowe praują z określonym tałym okreem próbkowania, to przyrot drogi w zadanym okreie zau daje informaję o prędkośi. Zaletą takiego rozwiązania jet rezygnaja z tahoprądniy w zepole napędowym, o wpływa korzytnie na bezwładność.

7 Przekładnie Przekładnie toowane ą w zepołah napędowyh wykorzytująyh ilniki prądu tałego. oniezność ih wykorzytywania wynika z małego momentu napędowego oraz za dużej prędkośi obrotowej. Zapewniają zmniejzenie prędkośi obrotowej oraz zwiękzenie momentu napędowego. Przekładnia śruba-nakrętka jet przekładnią mehanizną złożoną ze śruby i nakrętki. W przekładni tej zamianie ulega ruh obrotowy jednego z jej elementów na ruh liniowy drugiego. Przekładnia ślimakowa przekładnia zębata o oiah protopadłyh leżąyh w dwóh różnyh płazzyznah. W przekładniah ślimakowyh wpółpraują dwa elementy o odmiennej kontrukji: ślimak: wirnik śrubowy z gwintem trapezowym ślimaznia koło ślimakowe: koło zębate z zębami śrubowymi, wklęłe w przekroju wzdłużnym.

8 Przekładnie planetarne harakteryzuje: uzykiwanie bardzo dużyh przełożeń przy małyh wymiarah zewnętrznyh, wyoka trwałość, zwartość budowy, Przekładnia planetarna kłada ię z dwóh wpółśrodkowyh kół zębatyh: koła entralnego oraz koła pierśieniowego zewnętrznego. Miedzy nimi umiezzone ą małe koła zębate, tzw. atelity, połązone ze obą jarzmem wodzidłem. W przekładniah planetarnyh touje ię najzęśiej, 3 lub 4 koła atelitarne, rozmiezzone ymetryznie względem koła entralnego. Przekrój przekładni planetarnej. C - koło entralne, S koła atelitarne, J jarzmo, W - koło z uzębieniem wewnętrznym.

9 W przekładniah falowyh, przekazywanie ruhu odbywa ię wkutek przemiezzania ię fali odkztałenia jednego z złonów przekładni, wykonanego jako element elatyzny podatny. Najprotza przekładnia falowa kłada ię z trzeh zaadnizyh złonów: ztywnej tulei, odkztałanego wieńa podatnego oraz generatora fali, wywołująego odkztałanie wieńa. Najzęśiej jet toowany generator dwufalowy, odkztałająy okrągły wienie podatny na owal zbliżony do elipy. W miejah najwiękzego odkztałenia wieńa wzdłuż dużej oi elipy natępuje wpółpraa powierzhni robozyh złonu ztywnego i podatnego, wzdłuż małej zaś oi elipy wytępuje między tymi złonami luz promieniowy.

10 Układy przenozenia napędu Umiejowienie napędów:. bezpośrednio w złązah kinematyznyh. przy podtawie robota; ruh przekazywany do złąz poprzez układy przenozenia napędu Przenieienie ruhu dla 3-iej oi poprzez przekładnię śruba-nakrętka i układ równoległoboku Przenieienie ruhu dla -giej oi przez przekładnię śruba-nakrętka Przenieienie ruhu dla końówki poprzez układ pantografu

11 Podtawowy układ regulaji - erwomehanizm Dla uzykania możliwośi utawienia ramion robota z zadanym punkie przetrzeni robozej, każde złąze mui być złązem terowanym. Zadanie to realizuje układ regulaji nazywany erwomehanizmem pokazany na ryunku. Zadane położenie + - ε egulator Obiekt - iłownik i ramię robota Aktualne położenie Pomiar położenia Podtawowym zadaniem tego układu jet zerowanie błędu położenia ε, zyli różniy między zadanym a aktualnym położeniem uzykiwanym z bloku pomiaru, poprzez wykorzytanie przężenia zwrotnego. ealizuje to regulator wylizająy, na podtawie wartośi błędu, ygnał terująy podawany na obiekt. Na przykład, dla robotów wykorzytująyh jako iłowniki ilniki prądu tałego, regulator wyznaza wartość napięia jakie ma być podane na ilnik.

12 Siłownik wraz z ramieniem robota poiada pewne włanośi dynamizne, harakteryzująe jego zahowanie w zaie. Z punktu widzenia położenia taki układ zahowuje ię jak obiekt ałkująy z inerją Step epone o Amplitude za ałkowania tała zaowa inerji ime e Włanośi dynamizne ałego układu regulaji wynikają z eh obiektu oraz wykorzytanego typu regulatora..4. Step epone Dla najprotzego regulatora typu P proporjonalny dynamikę można opiać obiektem II-go rzędu równanie różnizkowe -go rzędu. Amplitude ime e Możliwe do uzykania odpowiedzi zaowe takiego układu przedtawiono na ryunku obok. Z punktu widzenia robotów dopuzzalne ą przebiegi zaznazone liniami niebieką i zerwoną tzn. dojśie ramion robota do zadanyh położeń bez oylaji. Uzykuje ię to poprzez odpowiedni dobór natawy regulatora P wzmonienia.

13 Dwa zadania realizowane przez erwomehanizm: -zadanie przetawiania przy kokowej zmianie wartośi zadanej -zadanie nadążania przy zmieniająej ię w zaie wartośi zadanej, np. liniowo A. Zadanie przetawiania błąd utalony z w + - ε y ut lim t t lim E 0 lim w 0 w wymuzenie tranmitanja błedu

14 Błąd wymuzeniowy o w w w Dla wt=t kok jednotkowy jako wymuzenie 0 lim 0 _ w ut w Błąd utalony dla kokowyh zmian wymuzenia jet zerowy.

15 Błąd zakłóeniowy o o z z z ut z lim 0 _ Błąd utalony dla kokowyh zmian zakłóenia jet różny od zera. Zakłóeniem w takim układzie jet wpływ ruhu innyh ramion na wybrane ramię. Dla likwidaji błędu zakłóeniowego należałoby wprowadzić do układu dodatkowy złon ałkująy w regulatorze, zyli zatoować regulator PI.

16 Przy kztałtowaniu eh dynamiznyh układu należy zapewnić podejśie aperiodyzne do zadanego położenia bez oylaji. Analizują równanie harakterytyzne widać, że uzykamy to, gdy wyznazymy warunki na wzmonienie regulatora zapewniająe podwójny pierwiatek rzezywity _gr Stała zaowa zależy od konfiguraji ramion, dlatego nietety nie da ię wyznazyć tałego gr _

17 Sprzężenie tahometryzne Dla poprawy włanośi dynamiznyh wprowadza ię w erwomehaniźmie dodatkowe przężenie od prędkośi tzw. przężenie tahometryzne. z w ε y D rammitanja układu bez przężenia tahometryznego:

18 rammitanja układu ze przężeniem tahometryznym: D D Wpółzynnik tojąy przy w równaniu harakterytyznym odpowiada za tłumienie w układzie. Widać, że w układzie ze przężeniem tahometryznym mamy więkzy wpółzynnik tłumienia, zyli zmniejzenie oylaji w układzie. Wprowadzenie przężenia tahometryznego do erwomehanizmu poprawia włanośi dynamizne. Sprzężenie tahometryzne nie wpływa na wielkość błędu utalonego.

19 B. Zadanie nadążania błąd utalony Błąd wymuzeniowy dla układu z regulatorem P Wymuzenie: wt=t w w ut _ w lim 0 W układzie nadążnym z regulatorem P pojawia ię tały błąd prędkośiowy, zyli nie nadążanie wyjśia za zmianami wejśia. Zlikwidowanie tego błędu jet możliwe poprzez wprowadzenie regulatora PI.

20 i i i i i w i w 0 lim 0 _ i i i w ut Błąd zakłóeniowy w erwomehaniźmie z regulatorem P jet zależny od wzmonienia regulatora maleje ze wzrotem wpółzynnika wzmonienia. Zwiękzanie wzmonienia regulatora ponad pewną wartość granizną wprowadza w układzie oylaje, o nie jet korzytne. Wprowadzenie regulatora PI również nie jet korzytne z punktu widzenia zadania przetawiania, bo wprowadza do układu drugie ałkowanie, o powoduje zmniejzenie zapau tabilnośi.