roboty a manipulátory pohony ram i

Katedra elektrotechniky a automatizace

Technická fakulta, ČZU v Praze

Miloslav LindaMichal Růžička

Vladislav Bezouška

Roboty a manipulátory

Pohony RaM I.

Elektrický pohon

Postupným rozšířením moderních stejnosměrných a v poslední době i střídavých motorů v kombinaci s harmonickými a cykloidními převodovkami se dostal elektrický pohon na přední místo v konstrukcích, zejména u robotů střední nosnosti.

Tím je dána možnost využívat servo-pohony určené pro NC obráběcí stroje, které se vyznačují velkým regulačním rozsahem rychlosti

Elektrický pohon

Výhody: snadno dostupný zdroj energie jednoduchost vedení zdroje k motoru jednoduchost spojení s řídicími prvky poměrně jednoduchá údržba čistota provozu oproti hydraulickému pohonu nižší hlučnost,

menší nároky na chlazení a na celkový instalovaný prostor

nižší pořizovací, provozní i udržovací náklady.

Elektrický pohon

Nevýhody: závislost na dodávce elektrické energie značné požadavky na kvalitu provedení

všech částí mnohdy složitých systémů nebezpečí úrazu elektrickým proudem

Elektrický pohon

s rotačním výstupem rotační motory se spojitým pohybem rotační krokové motory otočné elektromagnety

s přímočarým výstupem lineární motory se spojitým pohybem lineární krokové motory hybridní motory přímočaré elektromagnety

Elektrický pohon

Elektrické motory se uplatňují ve dvou verzích : střídavé motory stejnosměrné motory

Nejjednodušším typem elektrického pohonu s rotačním pohybem je pohon asynchronním elektromotorem s kotvou nakrátko.

Pro menší výkony se používají jednofázové motory s pomocnou fází a kondenzátorem. Pro větší výkony se používají asynchronní motory třífázové s kotvou nakrátko.

Elektrický pohon

Výhody: Dostupnost energie Velké možnosti řízení

Nevýhody: Nelze použít v některých provozech U mobilních robotů problém s přívodem

energie

Asynchronní motory (střídavé motory)

Pro otáčky asynchronního motoru platí známý vztah

změnou napájecího kmitočtu; používají se tyristorové nebo tranzistorové měniče, kmitočtové řízení umožňuje plynulé řízení motoru s velkou hospodárností ve velkém rozsahu,

změnou počtu pólů; jde o nenáročný způsob řízení, který však neumožňuje plynulou změnu otáček, ale pouze stupňovité nastavení v poměru synchronních rychlostí. Elektromotory s přepínáním počtu pólů jsou rovněž poměrně těžké a vyskytují se v konstrukcích manipulátorů a robotů výjimečně.

p

fn

*60

Asynchronní motory (střídavé motory)

Změna smyslu pohybu pohonu asynchronním motorem se provádí buď přímo přepnutím fází nebo zejména u jednodušších konstrukcí manipulátorů pomocí reverzačních elektromagnetických spojek, často kombinovaných s elektromagneticky ovládanými brzdami.

Momentová charakteristika asynchronního motoru je tvrdá

Trojfázové synchronní servo

[Obrázky převzaty z literatury č.1]

Řízení trojfázového serva


[Ob

ráze

k p

řevz

at z

lit

erat

ury

č.1

]

Stejnosměrné motory

Představují vhodný typ motoru pro polohové servomechanismy, vzhledem k vynikajícím předpokladům pro regulaci otáčivé rychlosti ve velkém rozsahu.

s paralelním buzením (derivační); motor má tvrdou momentovou charakteristiku, tj. otáčky se mění málo se zatížením,

se sériovým buzením (sériové); motor má měkkou momentovou charakteristiku a ne smí pracovat nezatížen, protože by došlo k nebezpečnému zvýšení otáček, při kterých by se poškodila kotva. Jsou vhodné pro velké záběrové momenty,

s cizím buzením; motor má dostatečně tvrdou momentovou charakteristiku ve velkém rozsahu zátěžných momentů a velmi dobré dynamické vlastnosti.

Stejnosměrné motory

V konstrukci elektrických pohonů manipulátorů a robotů se rozšířily stejnosměrné motory s cizím buzením, kde budicí vinutí ve statoru je nahrazeno permanentním magnetem.

Velkou předností motorů s permanentními magnety jsou malé příčné rozměry, které jsou menší v porovnání s elektromagneticky buzeným motorem.

Stejnosměrné motory -motor s diskovým rotorem


Řízení stejnosměrného motoru

Krokové motory [Obrázky převzaty z literatury č.1]

Krokové motory

Pracují s využitím nespojité změny složek elektromagnetického pole.

Této diskrétní změny se dosahuje impulsním buzením vinutí motoru.

Proudovými impulsy do prostorově rozložených cívek se vytváří nespojitě se otáčející pole, které unáší působením synchronizačního momentu rotor.

Poloha hřídele motoru je úměrná počtu přivedených impulsů, rychlost otáčení je závislá na frekvenci impulsu.

Otočné elektromagnety

Používají se pro natáčení o určitý úhel, k realizaci přímočarých vratných pohybů, popřípadě ve spojení s rohatkovým mechanismem i kratších přímočarých pohybů.

Výhodná je možnost řízení krouticího momentu změnou proudu.

Otočné elektromagnety přicházejí v úvahu pro pohon ústrojí přídavných pohybů pracovních hlavic a k ovládání úchopných čelistí.

Elektrické lineární motory

Patří mezi nejmodernější typy převodníků energie. Umožňují přímou transformaci elektrické energie na mechanickou energii translačních pohybů postupných nebo kmitavých.

Pro číslicové řízení jsou vhodné zejména krokové a hybridní motory.

U lineárních krokových motorů se v podstatě uplatňuje princip činnosti rotačních krokových motorů. Lineární krokový motor charakterem funkce nahrazuje rotační krokový motor s převodem rotačního pohybu na translační.

Přímočaré elektromagnety

Používají se v konstrukcích ovládacích mechanismů úchopných hlavic, popřípadě v pohonech pohybových jednotek s menšími rozsahy pohybu - jde tedy především o realizaci přídavných pohybů pracovních hlavic, ovládání přestavitelných dorazů apod.

Rozsáhlé využití nacházejí jako ovládací prvky rozváděčů, ventilů, spojek a brzd.

Stejnosměrné magnety jsou vhodné pro větší stálé síly a menší zdvihy, zatímco střídavé elektromagnety se používají pro větší zdvihy.

Trendy ve vývoji pohonů

Mechatronická struktura

Zjednodušování

Modularita

[Obrázek převzat z literatury č.4]

Stanovení parametrů pohonu

Redukce sil

Redukce momentu

jjiiRED vFMv

F 1

jjiiRED vFMM 1

Redukce hmotnosti

jjiiRED vFMv

m 222

1 Redukce momentu setrvačnosti

jjiiRED vFMI 22

2

1

Rovnost výkonů

Fj síla ve směru vj

Rovnost kinetické energie

Rovnice pohonu

Přímočarý pohon

Rotační pohon

kRED dEdxFF

kRED dEdMM

F- hnací síla motoruEk – kinetická energie soustavyx – zdvihv – rychlostmRED – redukovaná hmotnost

2..2

1vmE REDk

Měnič Micromaster 440

120 W až 75 kW


Velikost A Napájení 1x230 V; 0,12 kW až 0,75 kW Napájení 3x400 V; 0,37 kW až 1,5 kW

Velikost B Napájení 1x230 V; 1,1 kW až 2,2 kW Napájení 3x400 V; 2,2 kW až 4 kW

Velikost C Napájení 1x230 V; 3 kW Napájení 3x400 V; 5,5 kW až 11 kW Napájení 3x500 V; 0,75 kW až 11 kW


Velikost D Napájení 400 V; 15 kW až 22 kW Napájení 3x500 V; 15 kW až 22 kW

Velikost E Napájení 400 V; 30 kW až 37 kW Napájení 3x500 V; 30 kW až 37 kW

Velikost F Napájení 400 V; 45 kW až 75 kW Napájení 3x500 V; 45 kW až 75 kW


Velikost A Velikost F


Pro různé snímače je nutné nastavit parametr měniče P0601


Ovládací panel


Tovární nastavení Start/stop chodu motoru Reverzace chodu otáčení motoru Nulování poruchy měniče Zadávání žádané hodnoty otáček pomocí analogového

vstupu AIN1 (potenciometr 5 – 10 kohm; 0 – 10 V) Stavové relé indikují při sepnutí stav měniče a výstrahu Na analogovém výstupu AOUT1 je je zobrazován aktuální

výstupní kmitočet 0 – 20 mA Maximální výstupní kmitočet 50 Hz Doba rozběhu je 10 s a doběhu je 10 s


Při továrním nastavení měniče je ovládání z BOP zakázáno, je nutné odblokování P0700=1


Způsob řízení motoru P1300 Lineární char. U/f = konst. FCC řízení Kvadratická char. U/f2 = konst. Vícebodová U/f char. U/f char. pro tectilní aplikace FCC řízení pro textilní aplikace U/f char. s nezávislým nastavením napětí Vektorové řízení bez zpětné vazby SLVC Vektorové řízení se zpětnou vazbou VC Momentové řízení bez zpětné otáčkové vazby Momentové řízení se zpětnou vazbou


Režim polohování


Přístupové úrovně

Použitá literatura

[1] Schmid D. a kol.: Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku. Europa Sobotáles.Praha, 2005.

[2] Talácko J., Matička R.: Konstrukce průmyslových robotů a manipulátorů. ČVUT. 1995.

[3] Chvála B., Nedbal J., Dunay G.: Automatizace. SNTL/ALFA. Praha , 1985.

[4] Novotný R.: Talácko J.: Pneumatické a hydraulické systémy pro automatizaci. Automa, č.1, 2002.

Děkuji za pozornost

roboty a manipulátory pohony ram i

Documents