7 популярни задвижвания на роботи

Задвижващият механизъм е механизъм за активиране на оборудването за управление на процеса чрез електрически, пневматични или хидравлични сигнали. Това е важна част от роботиката. Устройствата, използвани в роботи, влияят върху тяхната осъществимост и производителност. Ето защо в тази статия ще разгледаме 7 от най-често срещаните устройства, които могат да бъдат оборудвани с роботи за различни цели.

Безчетков DC двигател

Нека започнем с електрически двигатели. Безчетков или безчетков е един вид устройство, което набира популярност в роботиката. Както подсказва името, такъв мотор не използва четки за комутация, а вместо това се комутира по електронен път. Принципът на действие на това задвижване се основава на взаимодействието на магнитни полета между електромагнит и постоянен магнит. Когато бобината е под напрежение, противоположните полюси на ротора и статора се привличат един към друг. Тези изпълнителни механизми се използват в почти всеки робот.

Предимствата на BDP са следните:

Скорост по отношение на характеристиките на въртящия момент;
По-висока скорост на въртене;
Високи динамични характеристики;
Дълъг експлоатационен живот;
Безшумна работа.

Недостатъци:

Сложен и скъп регулатор на скоростта;
Не работи без електроника.

Синхронно задвижване

Този двигател съдържа ротор, който се върти синхронно с трептящо поле или ток. Синхронните задвижвания имат много предимства пред останалите двигатели. Това важи преди всичко за енергийните характеристики. Тези задвижвания се използват в индустриални роботи, произведени със средна товароподемност и броя на градусите на движение от 3 до 6. Точността на позициониране на електрическото задвижване достига стойности до ± 0,05 mm. Те се използват както в позиционен, така и в контурен режим на работа.

Ползи:

Висока ефективност;
Лесно сглобяване и добри настройки за настройка;
Целесъобразността на използването на синхронно задвижване за механизми, които не изискват контрол на скоростта, е очевидна.

Недостатъци:

Използването на синхронен двигател е трудно, ако механизмите имат големи маси на маховика, където е необходимо да има регулируемо или двойно задвижване;
Няма начален стартов момент. Следователно, за да го стартирате, е необходимо да ускорите ротора с помощта на външен въртящ момент до честота на въртене, близка до синхронната.

Асинхронен двигател

Това електрическо задвижване за преобразуване на електрическата енергия от променлив ток в механична също е полезно поради редица причини. Терминът "асинхронен" сам по себе си означава не едновременно. В този случай се има предвид, че в тези двигатели честотата на въртене на магнитното поле на статора винаги е по-висока от честотата на въртене на ротора. Асинхронните двигатели се управляват от мрежа с променлив ток.
Този тип двигател се използва главно за задвижване на задвижващите колела на автомобил и следователно може да намери място в колесната роботика. Наличието на мощни полупроводници направи практичното използване на по-прости асинхронни двигатели с променлив ток.

Ползи:

Простота и надеждност поради липсата на колектор;
Ниска цена;
Значително ниско тегло;
По-малки размери.

Недостатъци:

Може да прегрее, особено при натоварване
Невъзможност да се поддържа стабилно скоростта на въртене;
Относително малък спусък.

Стъпков мотор

Стъпковият двигател е задвижване, често използвано в роботиката напоследък. Основната разлика между него и всички останали видове двигатели е начинът на въртене. Както знаете, изброените по-рано двигатели се въртят непрекъснато. Но стъпковите задвижвания се въртят на "стъпки". Всяка стъпка представлява част от пълен завой. Тази част зависи от механичната конструкция на двигателя и от метода на управление.

Използването на стъпкови двигатели е едно от най-простите, евтини и лесни решения за системи за прецизно позициониране. Следователно тези двигатели много често се използват в CNC машини и роботи.

Ползи:

Основното предимство е точността на работата. Когато потенциалите се прилагат към намотките, двигателят ще се върти стриктно под определен ъгъл;
Ниска цена;
Подходящ за автоматизация на отделни механизми и системи, където няма нужда от висока динамика.

Недостатъци:

Има проблем с "приплъзване" на ротора при повишено натоварване на вала;
Ограничение на стъпката (максимум 1000 об/мин).

Серво

Това е вид електромеханичен двигател, който не се върти непрекъснато като стъпкови двигатели, а се движи по сигнал до определена позиция и го задържа до следващия сигнал. Те се използват широко в различни сектори на роботиката - от самоизработени механизми до сложни андроиди.

Сервомеханизмите използват механизъм за обратна връзка, за да се справят с грешките и да ги коригират при позициониране. Такава система се нарича система за проследяване. Ако някаква сила оказва натиск върху задвижващия механизъм, променяйки неговото положение, двигателят ще приложи сила в обратна посока, за да коригира възникналата грешка. По този начин се постига висока точност на позициониране.

Ползи:

По-висока скорост на въртене;
Голяма мощ;
Позицията на механизма е винаги на видно място и достъпна за корекция.

Недостатъци:

Комплексна система за свързване и управление;
Изисква квалифицирано обслужване;
Висока цена.

Пневматично задвижване

Двигател, който задвижва машините чрез енергията на сгъстен въздух. Основният компонент тук е компресорът. Компресираният от компресора въздух постъпва в пневматичните линии, а след това и в пневматичния двигател. Поради липсата на вискозна среда, такива двигатели могат да работят с по-висока честота - скоростта на въртене на пневматичния двигател може да достигне десетки хиляди оборота в минута.
Този тип задвижване се използва все по-често в роботиката, тъй като има ниска плавност и точност на реакцията. Най-ефективно е да се използва за механизми с две състояния - изтегляне навътре и навън или затваряне и отваряне.

Ползи:

Простота и икономичност;
Работният флуид не е ограничен до даден обем и може да се попълни в случай на теч;
Вместо компресор може да се използва цилиндър със сгъстен газ, което опростява конструкцията на пневматична система;
По-малко чувствителни към промени в околната температура.

Недостатъци:

По-ниска ефективност;
Високата цена на пневматичната енергия в сравнение с електрическата енергия;
Нагряване и охлаждане на работния газ в компресорите, което може да доведе до възможност за замръзване на системите или, напротив, кондензация на водни пари от работния газ.

Хидравлично задвижване

Ако роботът трябва да се справи с товари над 100 кг, помислете за използването на хидравлично задвижване. Този тип двигател използва течност за задвижване на задвижващия механизъм. Принципът на работа на хидравличното задвижване се състои в помпа, която създава налягането на работната течност в напорната линия, свързана с хидравличния мотор. Двигателят преобразува налягането на течността в механично налягане. В същото време регулаторите контролират скоростта и посоката на движение на хидравличния мотор.
Тези устройства се използват главно в индустриалната роботика. Но има случаи на използването им и в други прототипи, например в известното въображение на DARPA - роботът BigDog.

Ползи:

Малък размер и тегло;
Висока производителност - развива сила 25 пъти по-висока от пневматичен задвижващ механизъм със същия размер;
Плавно регулиране на силата;
Работна температура - от -50 до + 100C.

Недостатъци:

Течове на течности са възможни при високо налягане;
Високи разходи за оборудване и поддръжка;
Непрекъснато потребление на енергия;
Трудно е да се проследи точността на работата.

Това бяха най-основните видове изпълнителни механизми, използвани най-често в съвременната роботика.