Zespoły ruchu układów manipulacyjnych i robotów

W skład zespołu ruchu maszyn manipulacyjnych wchodzą dwa układy:

– układ napędowy,
– układ pomiarowy parametrów ruchu (położenia, prędkości i przyspieszenia, przemieszczenia).

Zadaniem napędów jest wprawianie w ruch poszczególnych zespołów układu kinematycznego i efektora końcowego zgodnie z potrzebami wynikającymi z programu pracy maszyny manipulacyjnej. Dla każdej pary kinematycznej stosuje się odrębny napęd. Układy napędowe maszyn manipulacyjnych są z reguły zasilane energią przetworzoną w odrębnym układzie zasilania (energia elektryczna, hydrauliczna, pneumatyczna). Ważnymi elementami składowymi zespołów ruchu są przekładnie ruchu, których zadaniem jest dostosowywanie parametrów i rodzaju ruchu do potrzeb danego członu jednostki kinematycznej (zmiana prędkości ruchu elementu wykonawczego lub zamiana ruchu obrotowego na ruch liniowy, ewentualnie ruchu liniowego na obrotowy).

Napędy maszyn manipulacyjnych posiadają specyficzne właściwości odróżniające je od napędów innych maszyn technologicznych:

1. Maszyny manipulacyjne posiadają kilka stopni swobody, każdemu z tych stopni przyporządkowany jest odrębny zespół napędowy. W celu zrealizowania przez maszynę konkretnego ruchu konieczne jest jednoczesne działanie kilku napędów.

2. Zakres obciążeń poszczególnych napędów zmienia się w szerokim przedziale. Najczęściej występują obciążenia inercyjne, co ma decydujący wpływ na dobór rodzaju napędu.

3. Wymagana jest duża dokładność pozycjonowania elementu roboczego (efektora) oraz dobra jakość procesów dynamicznych. Odtwarzanie żądanej trajektorii lub żądanej pozycji powinno być zrealizowane bez przeregulowań. Biorąc pod uwagę to, że maszyna manipulacyjna zawiera kilka par kinematycznych, od napędu wymagana jest wysoka dokładność.

4. Wymagana jest możliwość pracy maszyny manipulacyjnej przy znacznych obciążeniach dynamicznych i w nieustalonych warunkach eksploatacji.

5. Napędy pracują długotrwale w stanie bezruchu elementu roboczego.

Rys. 4.6. Struktura funkcjonalna zespołu ruchu robota

NAPĘDY PNEUMATYCZNE maszyn manipulacyjnych składają się z (rys. 4.7):
– bloku przygotowania czynnika roboczego (sprężonego powietrza),
– bloku sterowania przepływem sprężonego powietrza,
– bloku elementów wykonawczych.

Blok przygotowania czynnika roboczego w wielu przypadkach stanowi wyposażenie maszyny manipulacyjnej, ale często powietrze zasilające układ napędowy pobierane jest z lokalnej lub ogólnozakładowej sieci sprężonego powietrza.

Najczęściej stosowane są siłowniki:
1) tłokowe (jednostronnego działania, dwustronnego działania, beztłoczyskowe),
2) wahadłowe,
3) membranowe,
4) mieszkowe.

Siłowniki tłokowe i wahadłowe stosowane są z reguły w napędach ruchów regionalnych, natomiast siłowniki membranowe oraz mieszkowe wykorzystywane są w napędach ruchów lokalnych.

Rys. 4.7. Struktura pneumatycznego napędu maszyny manipulacyjnej

– Zalety napędów pneumatycznych wykorzystywanych w zespołach ruchu maszyn manipulacyjnych:
– prosta konstrukcja,
– duża prędkość elementu wyjściowego napędu (1 m/s przy przesunięciach liniowych, 60 obr/min przy przesunięciach kątowych),
– proste sterowanie sekwencyjne, gdyż pozycjonowanie odbywa się za pomocą nastawnych zderzaków,
– wystarczająca dokładność pozycjonowania w punktach określonych przez położenia zderzaków,
– możliwość pracy w środowsku agresywnym i zagrożonym pożarem,
– duży współczynnik sprawności (do 0,8),
– mały stosunek masy napędu do uzyskiwanej mocy,
– mały koszt napędu i całego robota oraz małe nakłady materiałowe związane z eksploatacją,
– odporność na przeciążenia i wibracje.

Do wad napędu pneumatycznego należy zaliczyć:
– niestałość prędkości członu wyjściowego napędu przy zmianach obciążeń, spowodowana ściśliwością powietrza (czynnika roboczego),
– ograniczona ilość punktów pozycjonowania (najczęściej dwa punkty), zwiększenie liczby punktów pozycjonowania wymaga zastosowania specjalnych urządzeń pozycjonujących,
– konieczność wyhamowania ruchu członu wyjściowego napędu w końcowej fazie ruchu, ponieważ przy dużych prędkościach jego uderzenie o twardy zderzak powodowałoby znaczne przeciążenie dynamiczne,
– głośna praca napędu.

Opracowano na podstawie materiałów KOWEZiU.