Robotų variklio pasirinkimo aspektai
Robotas atlieka iš anksto suplanuotas specifines užduotis, tokias kaip surinkimo linijos darbai, chirurginė pagalba, sandėlio paėmimas / išieškojimas ir netgi pavojingos užduotys, pvz., Pašalinimas iš minų. Šiandienos robotai ne tik tvarko labai pasikartojančias užduotis, bet ir atlieka sudėtingas funkcijas, kurioms reikia lanksčių krypčių ir judesių. Atsižvelgiant į technologijų pažangą, greitį ir lankstumą bei mažinant išlaidas, robotai bus plačiai naudojami. Išlaidų pranašumas žemiau darbo jėgos taip pat parodo robotų pramonės aušrą. Be to, mašininis regėjimas, skaičiavimo galia ir pažanga tinkle taip pat padės priimti robotų programas.
Šių didelio našumo robočių įdiegimui naudojami šie patobulinimai:
1. Kompleksiniai jutikliai;
2. Realizuoti skaičiavimo galią ir algoritmą realiuoju laiku priimti sprendimus ir veiksmus;
3. Variklis, kuris greitai ir tiksliai padidina mechaninę galią, kad būtų pasiekti sudėtingi uždaviniai;
Renkantis variklio tipą ir modelį, dizaineris turi atsižvelgti į tris pagrindinius veiksnius:
1. Mažiausias ir didžiausias variklio greitis (ir pagreitis);
2. Maksimalus variklio sukimo momentas, taip pat sukimo momento ir greičio kreivės santykis;
3. Variklio veikimo tikslumas ir pakartojamumas (kai nenaudojami jutikliai ir uždarojo ciklo valdikliai);
Žinoma, renkantis variklį, pavyzdžiui, dydį, svorį ir kainą, yra daug kitų svarbių veiksnių. Beveik visų mažų ir vidutinių robočių pavarų atveju varomasis variklis paprastai yra šepečiu paduodamas nuolatinės srovės variklis, bešestis nuolatinės srovės variklis (BLDC) ir stepper variklis. (Tačiau kai kuriais atvejais geriausias pasirinkimas - hidraulinės ir pneumatinės mašinos.)
Brushed DC varikliai yra seniausia nuolatinės srovės variklio technologija, paprasčiausias ir mažiausios kainos. Dėl to, kad tarp šepetėlio ir rotoriaus yra kontakto, variklio rotoriaus sūkiai sukasi (pakeičia) apvijų magnetinį lauką aplink rotorių. Variklio greitis priklauso nuo įtampos, todėl reikalaujama, kad pavara nebūtų didelė, tačiau sunku valdyti sukimo momentą. Dėl veikimo metu susidėvėjusio teptuko susidėvėjimo, valymo ir priežiūros poreikis bei galimybė tapti elektroniniu triukšmo šaltiniu (elektromagnetiniai trikdžiai) atsiranda dėl patikimumo. Dėl šių problemų daugeliu atvejų šepečių nuolatinės srovės varikliai tapo mažiausiai patraukliu robotų dizaino pasirinkimu.
Nešiojamieji nuolatinės srovės varikliai pasirodė 1860-aisiais, ir jie pasinaudojo dviem įvykiais: pirma, stipraus, mažo, pigaus nuolatinio magneto atsiradimas; antra, mažų ir veiksmingų elektroninių jungiklių (dažniausiai MOSFET) atsiradimas), norint pakeisti srovę, tekantį į apvijas. "Elektrinis komutavimas" pakeičia mechaninio šlifuoto variklio komutavimą, kuris kontroliuoja magnetinio lauko perjungimą. Aplinkos fiksuotos perjungimo ritės ir magneto tarpusavio sukamoji šerdis sąveika pakeičia mechaninio komutuojamo šepečiu variklio, ty naudojamas magnetinis laukas ir elektrinis laukas. sąveika tarp. Pakeitus MOFSET perjungimo dažnį, variklio greitis gali būti valdomas. Be to, variklio valdiklis užtikrina geresnę variklio našumo kontrolę nei šepečiu varomas variklis.
Dar geriau, išplėstiniai algoritmai, tokie kaip PID (proporcingas-integralas-darinys) korekcijos algoritmai arba FOC (lauko orientuota kontrolė, kartais vadinama vektoriniu valdymu) valdymo algoritmai gali būti įtvirtinti į variklio valdiklį. Tai atitinka idealų variklio veikimą pagal faktines apkrovos ir apkrovos pasikeitimus, todėl variklio veikimas yra galingesnis ir tikslesnis. Pavyzdžiui, variklio valdymo algoritmas / programa gali atsižvelgti į susijusius veiksnius, tokius kaip rotoriaus inercija, pritaikyti variklio pavarą ir palaipsniui mažinti dėl mechaninių veiksnių atsiradusias klaidas. Toks algoritmas leidžia tiksliai kontroliuoti pagreitį ir sukimo momentą.
Palyginti su šepečiu varomaisiais varikliais, bešeimiai varikliai (BLDC) reikalauja sudėtingesnių valdymo grandinių, tačiau gali būti geresni. Paprastai BLDC variklyje turi būti įrengtas pozicijos grįžtamojo ryšio jutiklis, pvz., Hall effect sensoras, optinis kodavimo įrenginys arba nugaros EMF aptikimo įtaisas.
Kitas BLDC variklis, paprastai naudojamas robotose, yra "stepper" variklis. Tokiu atveju naudojamas jungiklis tipo elektromagnetas, kuris yra šalia centrinio nuolatinio magnetinio žiedo šerdies. "Stepper" variklis "sukasi" įprastu būdu; Vietoj to greitis pamažu didinamas pastoviai sukamą veleną, kad būtų pasiektas tam tikras pasisukimo ar pastovaus sukimosi kampas. Stepper variklyje yra pakartojamas judesio valdiklis; jei reikia, jis gali būti grąžintas į ankstesnę padėtį.
Žingsnio kampo diapazonas yra nuo 1.8 ° (200 žingsnių / rev) iki 30 ° (12 žingsnių / rev). Žingsnio kampas arba laiptelių skaičius priklauso nuo nuolatinių magnetų, kuriuos turi variklis, skaičių, tačiau už šio intervalo ribų taip pat galima pasiekti. apie.
"Stepper" varikliams, jei jie įjungiami be žingsnio, jie lieka vietoje; "Stepper" varikliai gali užtikrinti didelį sukimo momentą esant mažam apsisukimų dažniui. Paprasčiausias būdas pasukti "stepper" variklį yra įjungti ir išjungti solenoidą, tačiau tai gali sukelti drebėjimą ar vibraciją. Taikomos bešeinių variklių ir "stepper" variklių srityse yra tam tikrų sutapimų. Stepper varikliai geriau tinka programoms, kurioms reikia tikslių iš anksto ir atgalinių veiksmų (pvz., Surinkimo ir išdėstymo), o ne tose srityse, kuriose reikia ilgo nenutrūkstamo sukimosi greičio, taip pat mažoms, kur nereikalingas didelis sukimo momentas ar greitis. Be to, "stepper" varikliams yra mažesni energijos vartojimo efektyvumo reikalavimai nei bešejuosiuose nuolatinės srovės varikliuose. Be čia nurodytų variklių, galima pasirinkti ir daug kitų tipų. Variklių serijos yra daug ir sudėtingos, daugelyje šakų. Pavyzdžiui, nuolatinio magnetinio sinchroninio variklio (PMSM) yra bešeimės nuolatinės srovės variklio (nuo rotoriaus) ir kintamosios srovės indukcinio variklio (palyginti su statoriaus struktūra) derinys. Jis pasižymi dideliu energijos vartojimo efektyvumu, didžiuoju santykiniu tankiu vieneto tūris, sukimo momento ir svorio santykiu, greita reakcijos trukme ir gana lengva valdyti, tačiau kaina yra palyginti didelė.
