|
Стремление к использованию
преимуществ различных видов приводов с объединением их в единой системе, а
также попытка компенсировать присущие им недостатки привели к разработке и
применению в роботах комбинированных приводов. Чаще всего сочетают
пневматический с гидравлическим приводы, а также электрический с
гидравлическим.
Комбинированный пневмогидравлический привод модуля
движения "руки" робота, обеспечивая функционирование модуля на
основе дешевого пневмопривода, позволяет в то же время осуществлять коррекцию
скорости выходного исполнительного звена и его конечного положения с помощью
параллельно подключенного гидроцилиндра Таким образом привод приобретает
признаки следящего. Воздух поступает под давлением через пневмораспределитель
1 в одну из полостей рабочего пневмоцилиндра 2, обеспечивая перемещение штока
3 с рабочим органом 4. Поскольку шток пневмоцилиндра связан перемычкой 5 со
штоком 6 корректирующего гидроцилиндра 7, то скорость исполнительного звена
определяется настройкой дросселей 8 гидроцилиндра, регулирующих перетекание
рабочей жидкости через его полости. При этом обратные клапаны 9 обеспечивают
беспрепятственный доступ рабочей жидкости в обе полости гидроцилиндра Для
компенсации разности объемов полостей гидроцилиндра и подпитки гидросистемы в
случае утечек масла предусмотрен пневмогидравлический аккумулятор 10.
Гидрораспределитель 11 может выполнять роль гидрозамка, фиксирующего
положение рабочего органа при остановке. Если в этой схеме применить дроссели
с пропорциональным электрическим управлением, то при наличии обратной связи
по положению такой привод можно использовать в промышленных роботах с
позиционным управлением.
Применение гидропневматического привода, показанного на
7.16, позволяет отказаться от дорогостоящей гидронасосной станции. При подаче
воздуха под давлением через пневмораспреде- литель 1 в поршневую полость
пневмоцилиндра 2, благодаря общему штоку 3 в поршневой полости гидроцилиндра
4, также создается давление, и рабочая жидкость поступает под давлением в
исполнительный гидроцилиндр 5, перемещая шток 6 с рабочим органом 7. При
движении поршня пневмоцилиндра в обратном направлении соответственно изменяется
направление движения поршней в гидро- цилиндрах, а значит, - и рабочего
органа Для компенсации разности объемов штоковой и поршневой полостей
гидроцилиндра, а также для подпитки гидросистемы при утечке жидкости
предусмотрен пневмогидроаккумулятор 8.
Широкое применение в робототехнике находят комбинированные
электрогидравлические приводы, в которых последовательно соединены
электрический и выходной гидравлический приводы. Электропривод небольшой
мощности преобразует управляющий электрический сигнал в перемещение, которое
служит входным воздействием для гидроусилителя гидравлического привода,
непосредственно обеспечивающего соответствующие рабочие движения
исполнительных органов робота Такой привод может строиться как замкнутый
следящий и применяться в роботах с позиционным и контурным управлением.
В последние годы для манипулирования миниатюрными
изделиями стал использоваться своеобразный вид привода - вибрационный,
основанный на применении высокочастотных пьезоэлектрических двигателей.
Действие таких вибродвигателей основано на преобразовании высокочастотных
многокомпонентных упругих колебаний твердых и гибких тел в направленное
многомерное вращательное или поступательное движение подвижного звена -
ротора, ползуна, штока и т.п. В отличие от известных низкочастотных
механизмов для преобразования колебательного движения в линейное или
вращательное перемещения в вибродвигателях используются упругие колебания в
виде стоячих или бегущих волн с высокой частотой преобразуемых колебаний в
ультразвуковом диапазоне (от 20 кГц до 5 МГц и более) и весьма малой
амплитудой - от 0,1 для тихоходных до 10-100 мкм для быстроходных устройств.
Главной компонентой вибрационного двигателя является
вибропреобразователь, обеспечивающий непосредственное формирование колебаний требуемой
формы и вида для создания вибрационной силы, направленной по касательной к
зоне контакта с подвижным звеном. Для изготовления преобразователей, как
правило, применяют пьезо-" активные материалы (магнитострикционные или
пъезокерамику).
Вибродвигатели обладают рядом достоинств, имеющих важное
значение для использования их в качестве приводов микророботов, а именно:
высокую разрешающую способность по перемещению, большой диапазон
регулирования скоростей, высокие динамические качества переходных режимов,
практическую нечувствительность к сильным магнитным и радиационным полям,
широкий температурный диапазон.
В зависимости от исполнения число степеней подвижности
вибродвигателей составляет 1-5 при твердых звеньях и может достигать
бесконечности при использовании эластичных пъезоактивных материалов. Эти
качества позволяют создавать прецизионные микророботы, манипулирующие с очень
высокой точностью объектами с малыми массами (погрешность позиционирования не
превышает 0,1-0,01 мкм).
К недостаткам вибродвигателей следует отнести повышенный
износ контактирующих поверхностей и необходимость применения датчиков
обратной связи по положению из-за отсутствия однозначной зависимости меоду
числом периодов колебаний выибропреобразова- теля и положением подвижного
звена
Схема высокочастотного вибропривода модуля выдвижения
"руки" микроробота. К подвижному звену - "руке" робота
1-е помощью упругих элементов 2 и 3 с различной жесткостью () прижат
вибропреобразователь 4, получающий питание от генератора электрических
колебаний 5. Блок управления 6 в зависимости от управляющего сигнала 7 задает
вибропреобразователю через генератор колебания требуемой формы и вида В
результате в зоне контакта подвижного звена и преобразователя возбуждаются
двумерные механические колебания высокой частоты, приводящие к возникновению
постоянной составляющей силы, действующей вдоль оси X и приводящей
"руку" модуля в движение в опорах 8 по координате х. Реализация
обратных связей обеспечивается датчиками положения 9 и скорости 10. В
качестве датчика силы может использоваться элемент вибропреобразователя 11 с
цепью обратной связи 12. Для стабилизации процесса возбуждения колебаний
предусмотрена обратная связь 13 по амплитудам колебаний вибропреобразователя.
Возможны и иные схемы модулей движения с использованием виброприводов как
поступательного, так и вращательного движений.
|