ZÁKLADY ROBOTIKY Pohony a věci s tím související

Transkript

1 ZÁKLADY ROBOTIKY Pohony a věci s tím související Ing. Josef Černohorský, Ph.D. TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/ , který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

2 Základní otázky pro tento blok? Jaké známe typy pohonů? Spektrum jejich výkonů a jejich využitelnost? Jaképřevodovky jsou používané v robotice? Jak realizovat kinematickou vazbu v praxi?

3 Průmyslové a převodyp rotační, lineární lineární, rotační Hydraulické rotační, lineární PŘEVODY R-R Planetová p., Harmonická p. R-L kuličkový/trapézový šroub, pastorekhřeben, řemenový převod

4 Synchronní servomotory hladký průběh momentu, vysoká přesnost řízení rychlosti a polohy, vysoká dynamika, spolehlivé ECDC, Brushless DC široká škála, miniaturní, dobré řízení rychlosti a polohy, dobrá dynamika, pulzace momentu v závislosti na druhu komutace (obdélníková/bloková nebo kvazisinusová) Stejnosměrné miniaturní, snadné řízení rychlosti, vysoká dynamika, mechanický komutátor

5 Stejnosměrný motor Výkony 0.3W až 2500 kw I vysokootáčkové ( ot/min) Životnost kartáčů ( hodin)

6 ECDC, Brushless Bezúdržbové Algoritmus elektronické komutace Zvlnění momentu Problematický chod v nízkých otáčkách

7 Elektronicky komutované stejnosměrné motory Hallovy sondy pro měření polohy Nízké rozlišení pro řízení (i rychlosti) v malých otáčkách Elektronická komutace Zvlnění momentu Záleží na blokové či kvazisinusové komutaci Nestejnoměrnost chodu v malých rychlostech, vlivem zvlnění momentu při blokové komutaci

8 Elektronická komutace Rydlo P., Moderní regulované elektrické a servo, prezentace VUTS_SVM.ppt

9 Řídicí struktura elektronické komutace Rydlo P., Moderní regulované elektrické a servo, prezentace VUTS_SVM.ppt

10 Asynchronní motory kvalitní řízení rychlosti, horší dynamika oproti synchronním pohonům, spolehlivé Krokové motory žádná dynamika, velké zvlnění momentu, nízká účinnost Přímé lineární synchronní servomotory extrémní dynamika, nároky na tuhost rámu manipulátoru, vysoké zatížení, dlouhé zdvihy

11 Hydraulické Enormní síly a momenty Vysoká cena motoru Požadavky na kvalitu hydraulické kapaliny, nutné další agregáty Speciální biologicky odbouratelné oleje

12 Snímače pro dosažení koncových poloh, založené v profilové drážce

13 Snadné polohování mezi dvěma koncovými polohami Obtížné kvalitní řízení polohy/rychlosti Pružné (odolné proti mechanickému přetížení) Nutné další agregáty, kompresor, filtrace, vysoušení

14 Inkrementální snímače Základní odměřování (A, A, B, B, Z,Z ) Rozlišení tisíce pulzů/ot Lze vyhodnocovat hrany 4x vyšší rozlišení Heidenhain rotary encoders: (str.11)

15 Inkrementální snímače Interferenční princip Rozlišení desetitisíce pulzů/ot Lze dále num. interpolovat Heidenhain messprinzipen:

16 Snímače pohohy Heidenhain rotary encoders: str. 59

17 Řídicí struktura elektrických pohonů Struktura 1 osy Setpoint generátor pro více os (osový počítač)

18 Rotační převodovky - planetová Vícestupňové 4:1 4096:1 Částečně svorná Vůle

19 Rotační převodovky - cykloidní Vícestupňové Předepnuté válcové elementy Bezvůlová Vyšší pasivní odpor

20 Rotační převodovky - harmonická Pružná planžeta Bezvůlová Hladký chod Vysoké převodové poměry už při jednom stupni

21 převod pastorek-hřeben eben Přenos středních momentů Vysoké rychlosti Vysokáúčinnost Vůle V kombinaci s kuličkovým předepnutým lineárním m

22 převod kuličkový kový šroub Přenos vysokých momentů Vysoká přesnost (0.005mm) Vysoká tuhost Dlouhé zdvihy, nízké rychlosti

23 převod řemenové převody Vysoká účinnost Pružnost řemenu Hladký chod Velké rychlosti Problematická přesnost při dlouhém zdvihu

24 Omezení zatížení lineárních rních Definované zatěžovací síly a ohybové momenty na vozík 250N 160N 100N

25 Dvě diametrálně odlišná pojetí pojmu modulární Robot stávající se ze stejných částí, které se dokážou vzájemně rekonfigurovat a plnit tak v celku jinou funkci Komponenty (moduly) pro stavbu individuálních konstrukcí robotů

26 Dvě diametrálně odlišná pojetí pojmu modulární Robot stávající se ze stejných částí, které se dokážou vzájemně rekonfigurovat a plnit tak v celku jinou funkci Komponenty (moduly) pro stavbu individuálních konstrukcí robotů

27 Moduly rotačních pohonů Kompletně integrovaná elektronika, BLDC motory s harmonickou převodovkou, IRC (až 372 Nm) BLDC, převodovka, brzda, abs. senzor jpg

28 Moduly rotačních pohonů Integrované dvě osy

29 Moduly lineárních rních pohonů Šroubové osy 20um Řemenové osy icon.jpg

30 Základní konstrukční moduly accessory.jpg

31 Další moduly Snímače Kamerové Silově momentové snímače Taktilní senzory (pro kleštiny) Elektroefektory Řízení síly úchopu Řídicí systém, vytvoření konfigurace dle použitých modulů

32

33 Zásadní problémy uživatelských u konstrukcí Řízení Interpolace, vzájemná synchronizace os, transformace souřadnic Geometrická omezení rozsahu os Přesnost Tuhosti, montážní a výrobní tolerance, teplotní roztažnosti

34 Poděkování Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/ Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.