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.1.07/2.2.00/07.0247, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR
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?
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
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
Stejnosměrný motor Výkony 0.3W až 2500 kw I vysokootáčkové (40 000 ot/min) Životnost kartáčů (800 15 000 hodin) http://hades.mech.northwestern.edu/images/d/d0/motor_cutaway.png
ECDC, Brushless Bezúdržbové Algoritmus elektronické komutace Zvlnění momentu Problematický chod v nízkých otáčkách http://www.techpark.sk/application_data/techpark/uploads/image/technika_9_2009/3.jpg
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
Elektronická komutace Rydlo P., Moderní regulované elektrické a servo, prezentace VUTS_SVM.ppt
Řídicí struktura elektronické komutace Rydlo P., Moderní regulované elektrické a servo, prezentace VUTS_SVM.ppt
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
Hydraulické Enormní síly a momenty Vysoká cena motoru Požadavky na kvalitu hydraulické kapaliny, nutné další agregáty Speciální biologicky odbouratelné oleje
Snímače pro dosažení koncových poloh, založené v profilové drážce http://www.designworldonline.com/uploads/imagegallery/tas-series-cut-away.jpg http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/vane-air-motor-16637.jpg http://www.tpub.com/content/engine/14105/img/14105_161_1.jpg
Snadné polohování mezi dvěma koncovými polohami Obtížné kvalitní řízení polohy/rychlosti Pružné (odolné proti mechanickému přetížení) Nutné další agregáty, kompresor, filtrace, vysoušení
Inkrementální snímače Základní odměřování (A, A, B, B, Z,Z ) Rozlišení tisíce pulzů/ot Lze vyhodnocovat hrany 4x vyšší rozlišení Heidenhain rotary encoders: http://www.heidenhain.com/fileadmin/pdb/media/img/349_529-29.pdf, (str.11)
Inkrementální snímače Interferenční princip Rozlišení desetitisíce pulzů/ot Lze dále num. interpolovat Heidenhain messprinzipen: http://www.heidenhain.com
Snímače pohohy Heidenhain rotary encoders: http://www.heidenhain.com/fileadmin/pdb/media/img/349_529-29.pdf, str. 59
Řídicí struktura elektrických pohonů Struktura 1 osy Setpoint generátor pro více os (osový počítač) http://www.schunk-modular-robotics.com/uploads/pics/pw_01.jpg
Rotační převodovky - planetová Vícestupňové 4:1 4096:1 Částečně svorná Vůle 0.25 3 http://www.stefanv.com/quiet/2000-03/figure1.gif
Rotační převodovky - cykloidní Vícestupňové Předepnuté válcové elementy Bezvůlová Vyšší pasivní odpor http://www.trequal.com/images/spinea_drive.jpg
Rotační převodovky - harmonická Pružná planžeta Bezvůlová Hladký chod Vysoké převodové poměry už při jednom stupni http://wpcontent.answers.com/wikipedia/commons/8/85/harmonic_drive_animation.gif http://www.harmonicdrive.net/media/products/gearheads/gearhead_top.jpg http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/gear-reducer-for-integration-214404.jpg
převod pastorek-hřeben eben Přenos středních momentů Vysoké rychlosti Vysokáúčinnost Vůle V kombinaci s kuličkovým předepnutým lineárním m http://www.linearbearings.com.au/portals/0/rack%20pinion%20a.bmp
převod kuličkový kový šroub Přenos vysokých momentů Vysoká přesnost (0.005mm) Vysoká tuhost Dlouhé zdvihy, nízké rychlosti http://www.mmspektrum.com/multimedia/image/55/5595_big.jpg
převod řemenové převody http://www.designnews.com/photo/83/83113-a_better_belt_drive_a.jpg http://www.designworldonline.com/uploads/imagegallery/2deltron_large.jpg Vysoká účinnost Pružnost řemenu Hladký chod Velké rychlosti Problematická přesnost při dlouhém zdvihu
Omezení zatížení lineárních rních http://www.gudel.com/common/img/modules/payload-a-mlb-1.jpg Definované zatěžovací síly a ohybové momenty na vozík 250N 160N 100N
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
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
Moduly rotačních pohonů Kompletně integrovaná elektronika, BLDC motory s harmonickou převodovkou, IRC (až 372 Nm) BLDC, převodovka, brzda, abs. senzor http://www.schunk-modular-robotics.com/uploads/pics/pr_01.jpg http://www.schunk-modular-robotics.com/uploads/pics/prl 01.jpg
Moduly rotačních pohonů Integrované dvě osy http://www.schunk-modular-robotics.com/uploads/pics/pw_01.jpg
Moduly lineárních rních pohonů Šroubové osy 20um Řemenové osy http://www.schunk-modular-robotics.com/uploads/pics/pls.jpg http://www.schunk-modular-robotics.com/uploads/pics/plb icon.jpg
Základní konstrukční moduly http://www.schunk-modular-robotics.com/uploads/pics/pam.jpg http://www.schunk-modular-robotics.com/uploads/pics/pam accessory.jpg
Další moduly Snímače Kamerové Silově momentové snímače Taktilní senzory (pro kleštiny) Elektroefektory Řízení síly úchopu Řídicí systém, vytvoření konfigurace dle použitých modulů
http://www.schunk-modular-robotics.com/uploads/pics/7dof_lwa_manipulator_payload_3kg.jpg http://www.schunk-modular-robotics.com/uploads/pics/lightweight_arm_01.jpg
Zásadní problémy uživatelských u konstrukcí Řízení Interpolace, vzájemná synchronizace os, transformace souřadnic Geometrická omezení rozsahu os Přesnost Tuhosti, montážní a výrobní tolerance, teplotní roztažnosti
Poděkování Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.