Napędy robotów - napędy pneumatyczne.pdf - Robotyka - dr3amak3r

Rys. 25. Przełączniki suwakowe trójpołożeniowe czterodrogowe różnych typów i ich symbole

(pod nimi) 1-upust, 2-do prawej strony cylindra siłownika, 3-zasilanie, 4-do lewej strony

cylindra siłownika.

Suwaki tych przełączników:

 znajdują się w pozycji środkowej dla unieruchomionych siłowników. Pozycję tę

uważa się za odpowiadającą wyłączeniu przełącznika;

 w celu uruchomienia siłowników suwaki zostają przez układy sterowania robota

załączone w odpowiednich kierunkach;

 są przez wyłączniki drogowe wyłączane po osiągnięciu przez tłoki lub łopatki

siłowników zadanych położeń.

Konstrukcja wszystkich typów przełączników suwakowych zapewnia, podobnie jak

konstrukcja wzmacniaczy suwakowych, kompensację sił oddziaływania cieczy roboczej na

suwak, wskutek czego przesunięcie suwaka wymaga również bardzo małych sił.

3. Napędy pneumatyczne

Napęd pneumatyczny wykorzystuje środowisko ściśliwe, na ogół sprężone powietrze.

Zaletą tego typu napędu jest łatwość uzyskiwania powietrza do zasilania układu oraz

możliwość łączenia układu z atmosferą po zakończeniu cyklu pracy. Niskie ciśnienie w

porównaniu z napędem hydraulicznym czyni ten rodzaj napędu bezpiecznym w eksploatacji.

Ponadto powietrze nie ma własności lepkich i ma dobre własności dynamiczne. Również

niewielka sztywność (wysoka podatność powietrza) korzystnie odróżnia go od cieczy.

Podstawowymi zaletami napędu pneumatycznego są:

 bardzo duża pewność ruchowa;

 większa prostota konstrukcji aniżeli dla napędów hydraulicznych;

 niska cena urządzeń w porównaniu z napędem hydraulicznym;

 mała masa urządzeń i pomijalna masa czynnika roboczego w porówna niu z napędami

hydraulicznymi;

 powolne narastanie sił, bardzo istotne np. przy sterowaniu chwytaków.

Stąd często przy hydraulicznym lub elektrycznym napędzie ramion manipulatora

spotyka się napęd pneumatyczny chwytaka;

 duża przeciążalność;

 iskrobezpieczeństwo.

Do wad napędów pneumatycznych należy:

 trudność uzyskiwania ruchów jednostajnych z powodu dużej ściśliwości

czynnika roboczego;

 duża wrażliwość ruchu na zmiany obciążenia;

 gwałtowny rozruch, szczególnie przy małym obciążeniu;

 znacznie mniejsze siły i momenty aniżeli dla napędów hydraulicznych.

Wynika to z konieczności ograniczania ciśnień roboczych do ok. 0,49...0,69 MPa (ok.

5...7 atn); przy wyższych ciśnieniach wzrastają bowiem nieproporcjonalnie koszty

sprężania powietrza;

 konieczność zabezpieczania elementów przed korozją;

 trudność sterowania położenia elementu wykonawczego.

Pod względem konstrukcyjnym i funkcjonalnym napędy pneumatyczne ma-

nipulatorów mają dużo cech wspólnych z napędami hydraulicznymi sterowanymi

dwupołożeniowo za pomocą przełączników hydraulicznych. W skład napędów

pneumatycznych wchodzą:

 elementy wykonawcze — siłowniki — sprzęgnięte bezpośrednio z ramionami

manipulatorów;

 elementy sterujące — przełączniki pneumatyczne sterujące dwupołożeniowo

przepływ czynnika roboczego;

 źródło czynnika roboczego, którym jest najczęściej system przewodów

sprężonego powietrza;

 elementy pomocnicze: filtr powietrza, zawór redukcyjny, smarownica;

 czynnik roboczy — powietrze.

Napęd pneumatyczny znajduje zastosowanie w małych prostych robotach typu "pick-

and-place". Na przykład firma Leiko wytwarza różne odmiany takich robotów. Także w

latach osiemdziesiątych firma IRI (Inter. Robomotion Intelligence) zaczęła wytwarzać robota

o pięciu osiach i o napędzie pneumatycznym typu serwo ze sterowaniem komputerowym.

Robot ten ma udźwig 10 kg oraz prędkość do 0.5 ms - 1 . Układ pokazany poniżej wykorzystuje

głównie energię pneumatyczną o ciśnieniu 0.4-0.8 MPa. Zderzak liniowy (1) (czasami

obrotowy) otrzymuje powietrze z rozdzielacza (2), który jest sterowany z logicznego układu

pneumatycznego lub elektrycznego (5). Wyłączniki krańcowe (3) przesyłają sygnał logiczny i

następuje zatrzymanie na zderzakach (4). W takim układzie wyposażonym na ogół w

amortyzator występują tylko dwie pozycje (3). Na wieloosiowym manipulatorze typu

pneumatycznego (0-1) można zmienić cykl i okres trwania cyklu za pomocą programu, ale

zakres ruchu musi być zmieniany ręcznie. Taki układ jest znacznie mniej elastyczny (od pro-

porcjonalnego), ale stosunkowo tani.

Rys. 26. Zasada działania układu pneumatycznego typu U-1

Zasada działania układu pokazanego na rysunku 27 jest następująca. Sercem tego

układu jest dwustopniowy wzmacniacz. Pierwszy stopień zwany jest uderzeniowym

wzmacniaczem tłokowym. Błąd położenia dźwigni x kontroluje ciśnienie p 2 ,które z kolei

określa położenie y tłoka drugiego stopnia wzmacniacza. Nazwany przekaźnikiem powietrza

drugi stopień wzmacniacza zapewnia duży przepływ. Sygnał błędu x zmniejsza błąd dźwigni

wraz ze zmniejszaniem ciśnienia p 2 . W rezultacie tłok przesuwa się zmniejszając wypływ

powietrza do atmosfery i powodując wzrost ciśnienia p 1 (ciśnienie doprowadzane do układu

napędowego). Ta akcja zwiększa działanie sprzężenia mieszkowego, czyli przesuwa błąd

dźwigni na lewo (z wzrasta). Zachodzi to wówczas, kiedy dźwignia przemieszcza się w

lewo, co powoduje zmniejszenie ciśnienia (z maleje). Równowagę położeń tłoków i

sprzężenia zapewniają sprężyny o stałych k z i k f , A 2 i A 1 są odpowiednio powierzchniami

tłoka i mieszka.

Rys. 27. Proporcjonalny sterownik pneumatyczny [wg Raven, Automatic Control Eng.,

Edition McGraw Hill Book Company, New York, 1968, s. 537]

Innym przykładem sterownika pneumatycznego może być sterownik pokazany na

następnym rysunku. Uzyskuje się go dzięki wyposażeniu układu proporcjonalnego z rys. 27

w dodatkowe elementy. Może to być opcja różniczkująca poprzez wprowadzenie

odpowiednich ograniczeń do układu sprzężenia mieszkowego. Sterowanie całkujące

uzyskuje się przez dodanie innego mieszka z lewej strony punktu z. Można połączyć te

działania w celu otrzymania sterownika pneumatycznego typu PID. Każdy ze sterowników

może być wykorzystany do napędu połączenia postępowego robota. Czterodrożny suwak i

tłok/cylinder działają jak układ hydrauliczny. Jest również możliwe napędzanie przegubu

obrotowego przez zastosowanie turbinowego silnika pneumatycznego. Urządzenie to

wytwarza moment proporcjonalny do ciśnienia wyjściowego sterowników p 0 i jest

niezależne od prędkości dźwigni. Sprężone powietrze o wysokim ciśnieniu umożliwia

szybkie i dokładne ruchy z udziałem mechanicznych ograniczników do zatrzymania

poszczególnych przegubów.

Rys. 28. Udoskonalony siłownik pneumatyczny z rys. 27

Jeżeli mamy do czynienia z dużymi udźwigami, wymagającymi utrzymania określonej

trajektorii, należy stosować siłowniki hydrauliczne.

3.1. Siłowniki pneumatyczne

Podstawowym typem siłownika pneumatycznego stosowanego w manipulatorach jest

siłownik tłokowy ruchu posuwistego (siłownik liniowy). Siłowniki ruchu obrotowego są

rzadko spotykane. Ruch obrotowy jest uzyskiwany najczęściej za pomocą siłownika

tłokowego ruchu posuwistego sprzęgniętego z zębatką przekształcającą ruch posuwisty w

ruch obrotowy.

3.1.1. Siłowniki pneumatyczne liniowe

Siłownik pokazany poniżej jest typu 0-1 i jego prędkość nie jest dokładnie sterowana.

Napędy robotów - napędy pneumatyczne.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: