Napędy robotów - napędy hydrauliczne.pdf - Robotyka - dr3amak3r

1. Wprowdzenie

We współczesnych robotach stosowane są w zasadzie trzy rodzaje siłowników, a

mianowicie: pneumatyczne, hydrauliczne i elektryczne oraz ich kombinacje. Każdy robot jest

wyposażony w układ siłowników rozmieszczonych odpowiednio na ramionach robota lub w

jego połączeniach ruchowych, tworząc napęd robota.

Na rys.1 przedstawiono udział procentowy różnego rodzaju siłowników stosowanych w

robotach przemysłowych. Dane dla rys. 1a zostały opracowane w 1977 roku na próbce 118

robotów przemysłowych. Na rys. 1b pokazano rozkład siłowników na podstawie szacunku z

ostatnich lat. Ze względu na rozwój nowych odmian silników elektrycznych, takich jak:

krokowe, liniowe, tarczowe oraz tzw. bezpośredniego napędu, udział napędu elektrycznego

wzrósł z 12.7% w roku 1977 do około 50% w roku 1990.

Zmniejszył się udział napędu pneumatycznego z około 45% do 10%. Napęd

hydrauliczny nadal pozostaje podstawowym napędem, szczególnie dla robotów o dużych

udźwigach - przenoszonych obciążeniach.

W ostatnim okresie pojawiły się nowe rozwiązania układów pneumatycznych typu

serwomotor, co może spowodować renesans tego typu napędu.

Rys. 1. Udział procentowy różnego rodzaju siłowników stosowanych w robotach:

a) rok 1977, b) rok 1990

2. Napędy hydrauliczne

Napęd hydrauliczny, pomimo wzrostu zastosowania napędu elektrycznego, pozostaje

nadal jednym z podstawowych napędów, szczególnie tam, gdzie chodzi o szybkie

przemieszczanie przy znacznych obciążeniach robota.

Jeśli dla przykładu weźmiemy pod uwagę siłownik hydrauliczny o powierzchni

użytkowej tłoka 50 cm zasilany ze źródła energii hydraulicznej o ciśnieniu 21.0 MPa, to przy

ciśnieniu 14.0 MPa uzyskuje się na wyjściu siłownika siłę 70 000 N.

Krótki czas rozruchu (od kilkudziesięciu milisekund do 1 s) uwidacznia korzyść ze

stosowania napędu hydraulicznego.

Rozpowszechnienie tych napędów jest spowodowane takimi ich zaletami jak:

 łatwość uzyskiwania dużych sił przy małych rozmiarach i ciężarach urządzeń;

 łatwość precyzyjnego sterowania położenia elementu wykonawczego;

 bardzo dobre właściwości dynamiczne. Małe momenty bezwładności części ruchomych

sprawiają, że siłowniki hydrauliczne odznaczają się bardzo dużą prędkością działania;

 łatwość uzyskiwania ruchów jednostajnych;

 możliwość uzyskania małych prędkości ruchu elementu wykonawczego bez

konieczności stosowania przekładni;

 mała wrażliwość na zmiany obciążenia i przeciążenia, łatwość zabezpieczenia przed

przeciążeniami;

 łatwość konserwacji (samoczynne smarowanie) i prostota użytkowania;

 duża pewność ruchowa.

Do wad napędów hydraulicznych należy:

 duży hałas wytwarzany przez pompę;

 zanieczyszczenia wywołane ewentualnym wyciekiem oleju.

W skład napędów hydraulicznych wchodzą:

 elementy wykonawcze (siłowniki) sprzęgnięte bezpośrednio z ramionami

manipulatorów;

 elementy sterujące: wzmacniacze i przełączniki sterujące strumieniem (natężeniem

przepływu) i kierunkiem przepływu cieczy roboczej;

 źródło przepływu, którym jest pompa zębata, śrubowa lub łopatkowa;

 źródło energii, którym jest silnik elektryczny napędzający pompę;

 elementy pomocnicze: filtr cieczy roboczej, zawory zabezpieczające, przewody,

zbiorniki cieczy roboczej;

 ciecz robocza, którą jest zwykle odpowiedni olej.

2.1. Siłowniki hydrauliczne

Podstawowymi typami siłowników hydraulicznych stosowanych w manipulatorach są:

 siłownik tłokowy ruchu posuwistego;

 siłownik łopatkowy ruchu obrotowego.

W obydwu typach siłowników ciecz robocza tłoczona pod wysokim ciśnieniem — od

ok. 6,8 MPa (70 kG/cm 2 ) do 30 MPa — przekazuje to ciśnienie zgodnie z prawem Pascala

ruchomemu, lecz szczelnemu elementowi, którym zależnie od typu siłownika jest tłok lub

łopatka.

Na rysunkach poniżej znajdują się schematy wymienionych siłowników oraz zależności

określające siłę F (moment M) i prędkość liniową v (prędkość kątową w) w funkcji ciśnienia

zasilania p 1 ciśnienia odpływu p 2 i strumienia (natężenia dopływu) cieczy roboczej Q 1 (Q). Z

zależności tych widać, że różnica ciśnienia p 1 — p 2 określa siłę (moment) rozwijany przez

siłownik, a strumień Q 1 (Q) cieczy roboczej określa prędkość liniową (prędkość kątową)

elementu wykonawczego.

Rys. 2. Schemat siłownika hydraulicznego tłokowego ruchu posuwistego

F -

t F

v =

gdzie: S 1 ,S 2 – powierzchnia tłoka, F t – siła tarcia.

Rys. 3. Schemat siłownika łopatkowego ruchu obrotowego

M -

(

)

(

)

gdzie: b – długość cylindra, M t – moment tarcia.

2.1.1. Siłowniki tłokowe ruchu posuwistego (liniowe)

Ten rodzaj siłowników jest zbliżony do pneumatycznego, lecz przy tej samej mocy są

one mniejsze oraz lżejsze.

Wyróżnia się trzy rodzaje siłowników, a mianowicie:

 dwustronnego działania;

 różnicowe;

 jednostronnego działania.

Siłownik hydrauliczny liniowy dwustronnego działania. Ciśnienia po obu stronach tłoka

wynoszą odpowiednio p 1 i p 2 . Ponieważ po stronie o ciśnieniu p 2 znajduje się trzpień, to

powierzchnie tłoka są różne. Stąd rozwijana siła nie jest funkcją symetryczną ciśnienia i

wynosi

F -

(

)

1 Sp

Można ten niedostatek usunąć przez zastosowanie tłoka z dwustronnym trzpieniem. W takim

przypadku siła

F -

(

1 p

)

Rys. 4. Siłownik hydrauliczny liniowy dwustronnego działania

Przykład różnicowego siłownika hydraulicznego liniowego obrazuje rysunek poniżej.

W tym przypadku powierzchnia przekroju trzpienia jest równa podstawie powierzchni tłoka

s = S. Po stronie tłoka z trzpieniem występuje wysokie ciśnienie p a , a po drugiej stronie

zmienne ciśnienie p. Stąd siła

F -

( a

)

Rys. 5. Siłownik hydrauliczny liniowy różnicowy

Na rys. 6 przedstawiono przykład rozwiązania konstrukcyjnego siłownika

hydraulicznego liniowego jednostronnego działania. W tym przypadku mamy zmienne

ciśnienie p, a z drugiej strony trzpień znajduje się pod działaniem niskiego ciśnienia p 0 . Siła

rozwijana jest w jednym kierunku

f a

(

)

(

)

Powrót trzpienia następuje pod działaniem siły zewnętrznej.

Napędy robotów - napędy hydrauliczne.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: