Передовая робототехника для промышленного и бытового применения требует сложных силовых компонентов для шарниров и соединений, которые должны работать плавно, часто с высоким крутящим моментом и относительно низкой скоростью. Проблема усугубляется тем, что роботизированное приложение также должно выполнять точные движения.В основе большинства ведущих роботизированных приводов лежат электродвигатели. Это связано с тем, что приводимые в действие электродвигателями конструкции сводят к минимуму люфт, трение, вес и инерцию, обеспечивая при этом максимальную эффективность, снижение скорости и удельной мощности. Кинематическая схема робота и его масштаб определяют, какой тип двигателя выбрать. и механические компоненты, такие как зубчатая передачаявляются наиболее подходящими.
Здесь мы опускаем изучение приводов для конечных устройств и роботизированного захвата — тема сама по себе сложная — и сосредотачиваемся на лучших вариантах привода с электроприводом для современной коммерчески доступной робототехники.
AGV и автономные мобильные роботы (AMR) обычно требуется использование систем на базе электродвигателей постоянного тока для их автономной работы от аккумулятора. Поскольку кинематика довольно традиционна, приводы на своих осях (в отличие от их продвинутого и часто патентованного программного обеспечения и сенсорных систем) довольно часто используются в других промышленных приложениях.
Но существуют особые требования: роботизированные приводы, которые поднимают грузы, потребляют больше энергии, чем те, которые перемещают грузы горизонтально, поэтому, как и в других робототехнических устройствах (таких как декартовы роботы), приводы вертикального подъема в AGV и AMR обычно работают с высоким крутящим моментом и низкой скоростью благодаря передаточной головке с высоким передаточным отношением. Хотя червячные редукторы здесь менее эффективны, чем в других передачах, они устойчивы к обратному движению, что позволяет предотвратить резкое снижение нагрузки при возможных сбоях системы.
Еще один нюанс заключается в том, что для приведения в действие AGV и AMR требуется перемещение всей массы робота, поэтому в трансмиссии с приводом от электродвигателя почти всегда присутствует зубчатая передача. Мотор-редукторы превосходно справляются с передачей оборотов и равномерным позиционированием в тех случаях, когда AGV или AMR используют бортовое рулевое управление. Обратите внимание на колесные оси Wittenstein iTAS с сервоприводом — специально для AGV. Сдвоенные серводвигатели оснащены спиральными планетарными редукторами с низким люфтом и колесами VULKOLLAN.
В противном случае реечные узлы с приводом от двигателя постоянного тока управляют AGV и AMR.
Обратите внимание, что приводы на базе двигателей постоянного тока также приводят в действие более простые самоходные роботы для выполнения небольших задач. Например, большинство роботов Roomba для мытья полов используют набор из пяти электродвигателей постоянного тока с щеточным приводом, использующих в основном пластиковые цилиндрические зубчатые передачи, что позволяет снизить обороты примерно с 3500 до 10 000 оборотов в минуту до скоростей, более подходящих для уборки полов и работы щеткой. В аналогичной бытовой или легкой коммерческой робототехнике, где целью проектирования является повышение эффективности и компактности, приводы могут сочетать планетарную передачу с двигателями.
Многие коллаборативные роботы (коботы), такие как Universal Robots (UR), используют совместимые приводы для обеспечения мягких и щадящих движений, подходящих для неконтролируемых пространств. Когда привод выполнен в виде последовательного упругого привода (SEA), податливость обеспечивается простой (хотя и высокотехнологичной) механической пружиной, соединенной последовательно с корпусом электропривода. Хотя такие роботизированные приводы не подходят для роботизированных осей, требующих нанометровой точности без компенсации на основе датчиков, они могут защитить находящийся поблизости персонал от причинения вреда.
На самом деле, соответствующие требованиям приводы для робототехники передают меньшую инерцию нагрузки на приводной двигатель и могут даже отсоединять инерцию двигателя от осей при столкновениях с элементами окружающей среды или людьми. Кроме того, они защищают коробки передач, расположенные выше по потоку в трансмиссии, от ударов и одновременно снижают влияние люфта на работу конечных механизмов.
Некоторые крупные коботы, которые не могут позволить себе жертвовать полезной нагрузкой и производительностью ради безопасности, используют программные системы для безопасной работы с персоналом. Они обеспечивают управляемость полосой пропускания при использовании средств управления в реальном времени для обеспечения виртуального или активного соответствия требованиям. Программное обеспечение отслеживает воздействие окружающей среды и замедляет или сокращает производительность робота-манипулятора, чтобы он лучше реагировал на внешние воздействия. Помимо обеспечения безопасности, при выполнении задач по уходу за машиной это может реально повысить производительность.
На некоторых из этих коботов, зубчатые передачи с волновой деформацией используются для шарнирного соединения рук робота. Высокий крутящий момент и нулевой люфт являются ключевыми преимуществами. Узлы с волновой деформацией делают руки коллаборативного робота легкими и портативными. Одноступенчатые редукторы 100:1 обеспечивают крутящий момент 120 Нм на всех шести осях робота, что позволяет выдерживать полезную нагрузку до 6 кг.
На самом деле, другие плоские приводы вскоре могут расширить дизайн cobot, выйдя за рамки стандартной для отрасли серии шарнирных соединений с углом поворота 90 °, что позволит уменьшить количество точек защемления и увеличить диапазон перемещения шарнира. Например, приводы LiveDrive от Genesis Robotics — это ультратонкие приводы, которые вскоре могут быть использованы для поворота шарниров cobot в вертикальное положение; клинья между двигателями могут выполнять функцию поворотных наклонов для обеспечения безопасности, а также механических преимуществ в каждом соединении.
Дельта-роботы (роботы—пауки) используют привод, рассчитанный на скорость до тысяч небольших перемещений в минуту, что в некоторых случаях требуется для выполнения операций подбора и размещения, где они часто используются.
Основным преимуществом дельта-роботов является динамическая кинематическая схема, приводимая в действие стационарными двигателями, описанными выше. Как и в других робототехнических устройствах, бесщеточные двигатели постоянного тока являются стандартными благодаря своей управляемости, теплоотдаче, компактности и относительно малоинерционным роторам. В других случаях используются шаговые двигатели с замкнутым контуром (высоковольтные двигатели в паре с зубчатыми передачами) или даже безредукторные варианты. Например, в миниатюрных роботизированных ячейках Asyril PocketDelta используются три бесщеточных ЕС-i 40 двигатели от maxon precision motors для приводных механизмов.
В более крупных дельта-роботах многие производители перешли от использования реечных приводов к сервоприводам на базе планетарных редукторов. В некоторые такие редукторы предварительно встроены рычажные рычаги для уменьшения количества деталей и улучшения очистки.
Вспомогательная робототехника такие устройства, как силовые конечности, программируемые протезы, экзоскелеты и мягкая робототехника, предназначены для людей с ампутированными конечностями, солдат, участвующих в боевых действиях, и персонала промышленных предприятий, подверженного риску перенапряжения и постоянной усталости. Для получения дополнительной информации о технологиях приводов для этой робототехники посетите сайт designworldonline.com и найдите экзоскелет. Два растущих рынка стационарной вспомогательной робототехники включают в себя:
Большинство из этих конструкций имеют морфологию (и используют приводные технологии), характерную для шестиосевых роботов.
В ортопедических системах (для реабилитации пациентов) и носимой вспомогательной робототехнике используются соответствующие приводы, такие как SEAs. Они позволяют системам выдерживать воздействие возмущающих факторов и (там, где это необходимо) использовать динамику естественного биологического движения для повышения эффективности конструкции. Традиционное управление, которое в противном случае заставляло бы конечности двигаться по заданным траекториям, непригодно, поэтому в этих конструкциях на базе двигателей постоянного тока используются специальные регуляторы импеданса и обратная связь, позволяющие пользователю перемещаться по не нанесенным на карту пространствам без фиксированных регуляторов положения.
Еще одна проблема, связанная с приводом в действие механических конечностей, заключается в том, что при регулярной ходьбе возникают повторяющиеся ударные нагрузки в виде ударов пятками. Большинство типов механизмов повреждаются при ударах, поэтому когда-то в робототехнике использовалась гидравлическая система. Но сейчас все большее распространение получают двигатели с прямым приводом (которые выдерживают ударные нагрузки) или конструкции с механическим приводом и волновой передачей. Рассмотрим роботизированные экзоскелеты: высокие требования к крутящему моменту требуют высоких передаточных чисел, даже если конструкция должна оставаться компактной. Поэтому некоторые инженеры по экзоскелетам используют зубчатые передачи с волновой деформацией, чтобы они соответствовали требованиям конструкции и плотно интегрировались в механический узел сустава.
Робот-манипулятор для сборки с выборочным соответствием требованиям (Лестница) и полярные роботы похожи на декартовых роботов в том смысле, что многие из них используют компоненты для передачи движения и мощности, используемые в нероботизированных приложениях для перемещения. Посещать therobotreport.com подробнее о конструкции SCARAs читайте здесь.
Декартовы роботы — подробно описано в linearmotiontips.com — включают в себя компоненты линейного перемещения, такие как линейные направляющие с приводом от электродвигателя, а также роликовые винты для критических осей. Здесь следует отметить, что технологии линейного перемещения, используемые в декартовых роботах, также находят применение в кинематике других роботов. Например, роботизированные передаточные устройства с седьмой осью (RTU) внедряют новые режимы линейного перемещения, которые сочетают длинные ходы с исключительной точностью. Или на шести- и семиосевых роботизированных манипуляторах технологии линейных приводов приводят в действие параллельные тяговые соединения с двигателями, закрепленными в основании, для выдвижения и втягивания снизу или сверху; это обеспечивает лучшую динамику при меньшей инерции сустава и (при наличии нескольких степеней свободы) независимое управление суставом.
Свободные руки, известные как шестиосевые роботы являются ведущими инновационными разработками. Привод в действие осуществляется с помощью мотор-редукторов на каждом шарнире для вращения оси, которое во многих серийно выпускаемых конструкциях осуществляется с помощью ременных приводов. Затем осуществляется обратная связь и управление положением гусеницы, чтобы привести соответствующий роботизированный шарнир к заданному положению конца рычага.
На базе шестиосевых роботов (которым требуется высокий крутящий момент) часто используются двигатели с планетарной или циклоидальной передачей. В крупных промышленных подразделениях это двигатели переменного тока. В отличие от этого, в шестиосевых наручных осях используется все, начиная от мотор-редукторов на основе цилиндрической передачи (где эффективность при низкой цене является главной целью) и заканчивая зубчато-волновой передачей (где точность имеет первостепенное значение). Что касается последнего, то некоторые механизмы с волновой передачей позволяют роботам совершать быстрые перемещения, не испытывая ударов или пульсаций скорости на выходе, поскольку приводы с нулевым люфтом, основанные на таких передачах, обеспечивают более высокие настройки сервопривода для повышения точности и динамических характеристик.
Обратите внимание на серию роботов Kuka KR AGILUS для быстрой обработки материалов. В них прецизионные зубчатые передачи с волновой деформацией обеспечивают на 30% больший крутящий момент и на 40% более длительный срок службы по сравнению с предыдущими моделями. Это стало возможным благодаря специально разработанному генератору волн и оптимизированным зубьям с круговым шлицем и гибкой шлицей в зацеплении.
Одна из тенденций заключается в том, что в шестиосевых роботах все больше, чем когда-либо, используются приводы на основе бескаркасных двигателей. Роботизированные приводы, основанные на шаговых двигателях, также набирают популярность, поскольку возможность отказаться от зубчатых передач и внедрение шагового управления с замкнутым контуром позволяют обеспечить достаточно компактное и динамичное управление роботами. В тех случаях, когда шестиосевые роботы становятся особенно крупными — как в случае с массивным ABB IRB 8700, способным перемещать полезную нагрузку до 1000 кг, — другая тенденция заключается в объединении двухредукторных двигателей на каждой оси в единый мотор—редукторный привод для каждой степени свободы.
Вам также может понравиться:
Свежие комментарии