Приводы строительных роботов
Привода строительных роботов представляют собой систему технических средств, включающих двигатели, редукторы, датчики положения и скорости, регуляторы. Главными параметрами, определяющими свойства привода, являются: мощность, диапазон регулирования скорости, пределы изменения обобщенной координаты, точность обработки управляющих сигналов, быстродействие. К основным особенностям приводов строительно-монтажных роботов следует отнести широкий диапазон изменения нагрузок, высокую точность выполнения установочных и ориентирующих движений, возможность работы в заторможенном режиме, высокие требования к динамическим нагрузкам. Анализ приводов строительной техники и промышленных роботов показал, что в строительных роботах, в зависимости от их назначения и специализации, могут применяться электрические, гидравлические и пневматические приводы. Для строительно-монтажных роботов интерес представляют электрические и гидравлические приводы, в то время как для отделочных роботов – электрические и пневматические. В бетоноукладочных роботах предпочтение отдается гидравлическим приводам. В роботах, используемых на заводах строительной индустрии, применяются все три типа приводов. В данном разделе рассмотрим особенности и динамические свойства каждого вида привода. Электропривод в настоящее время является основным приводом строительных роботов. Он имеет следующие преимущества: компактность, доступность энергии на строительных площадках, легкость регулирования, высокое быстродействие, жесткость нагрузочной характеристики, широкий диапазон изменения моментов нагрузки, высокую точность позиционирования, способность к динамическим нагрузкам, возможность длительной работы в заторможенном режиме и высокий показатель надежности. К основным недостаткам такого привода следует отнести наличие коллектора и зависимость скорости от нагрузки. В общем случае следящий электропривод постоянного тока можно представить в виде физической модели, приведенной на рис.2.5. Он состоит из двигателя 1, развивающего электромагнитный момент М, редуктора 2 с коэффициентом передачи kпи нагрузки 3, к которой прикладывается со стороны двигателя момент Мн.
Система привода характеризуется углами поворота вала двигателя j и вала нагрузки jн., а также моментами инерции: якоря двигателя Jя, редуктора Jр, нагрузки Jн . Электродвигатель развивает момент М, который через редуктор преобразуется в момент Мн, прикладываемый к нагрузке. Силы сопротивления в двигателе и редукторе создают момент Мс, приведенный к валу двигателя, а на валу нагрузки действует момент сил сопротивления Мсн. При этом на систему действует возмущающий момент Мв. Управляющим сигналом обычно является напряжение питания якорной цепи Uу. Движение рассматриваемой системы можно описать уравнением вида:
Это уравнение характеризует движение электромеханического привода. Момент нагрузки зависит от параметров движения и в основном определяется силами сухого трения. В приводах строительных роботов его можно аппроксимировать функцией вида Мн = М(w) = c signw, (2.18) где w – угловая скорость. Основными параметрами электропривода постоянного тока являются момент, развиваемый двигателем
где
где Выбор привода и построение алгоритмов управления производится на основе механических и регулировочных характеристик. Различают регулировочные характеристики: по скорости
где ![]() ![]() ![]() Регулировочная характеристика по скорости
где При отсутствии нагрузки регулировочная характеристика проходит через начало координат, а при действии момента нагрузки
Для управления роботами, выполняющими силовые операции, интерес представляют регулировочные характеристики по моменту
Динамические свойства двигателей постоянного тока описываются системой уравнений:
где
где Результирующий момент сопротивления
где Для анализа динамики и синтеза управляющего воздействия лучше использовать передаточные функции. Передаточная функция двигателя постоянного тока по управляющему воздействию (при Мс=0) равна:
В строительных работах для большинства двигателей постоянного тока влияние индуктивности якорной обмотки на динамические свойства незначительно, т.е.
В роботах с позиционным управлением целесообразно использовать регуляторы с обратными связями по току и по положению. В роботах с контурным управлением эффективно использовать регуляторы с обратными связями по току и по скорости. В качестве закона управления рекомендуется использовать ПИД-регуляторы. Введение обратной связи по току позволяет повысить жесткость механических характеристик, а включения в закон управления производной повышает быстродействие и исключает пере регулирование. Электрогидравлический привод в первую очередь представляет интерес для строительных роботов большой грузоподъемности (свыше 100 кг), в которых имеют место значительные инерционные нагрузки от подвижных звеньев манипуляционной системы. Использование гидропривода позволяет получить необходимые динамические характеристики, обеспечить снижение массы робота. Гидравлические приводы позволяют развивать большие крутящие моменты и усилия, обладают высоким быстродействием и точностью, имеют простую реализацию возвратно-поступательного движения.
где Энергетические характеристики определяются коэффициентом полезного действия и его функциональной зависимостью от полезной нагрузки. Теоретическое значение коэффициента полезного действия гидропривода с дроссельным управлением не превышает 25%. Наибольший интерес для строительных роботов представляет следящий гидропривод, который может успешно использоваться в роботах с позиционным и контурным управлением. В качестве гидравлических следящих систем в роботах применяются гидроприводы с дроссельным и объемным регулированием скорости выходного звена. По виду управляющего сигнала следящие гидроприводы с дроссельным управлением делятся на две группы: с непрерывным и дискретным управляющим сигналом. В строительных роботах предпочтение следует отдавать следящему дроссельному гидроприводу с непрерывным управлением, а также гидроприводу с широтно-импульсным управлением. Типовая схема следящего гидропривода с непрерывным управляющим сигналом и двухкаскадным электрогидравлическим усилителем, представлена на рис.2.10. При поступлении на вход элемента сравнения ЭС управляющего сигнала Uу происходит его сравнение с сигналом обратной связи. Сигнал рассогласования поступает на вход преобразующего устройства ПР, которое формирует необходимый закон управления. Сформированное регулирующее воздействие через усилитель мощности УМ подается на электромеханический преобразователь ЭМП гидравлического усилителя типа сопло-заслонка с пружинной обратной связью. Выходным каскадом гидравлического усилителя является золотниковый распределитель ЗР. В соответствии со знаком и уровнем управляющего сигнала Uу золотниковый гидрораспределитель смещается относительно нейтрального положения на определенную величину в ту или иную сторону. Это вызывает движение в соответствующую сторону поршня гидроци Сигнал с датчика через измерительную схему поступает на вход элемента сравнения ЭС. Движение поршня гидроцилиндра будет происходить до тех пор, пока сигнал отрицательной обратной связи Uос не сравняется по модулю с управляющим сигналом Uу. В этом случае золотниковый распределитель займет нейтральное положение и движение поршня гидроцилиндра прекратится. Основной статической характеристикой следящего гидропривода с дроссельным управлением является зависимость скорости перемещения подвижного элемента от рассогласования. В относительных единицах статическая характеристика имеет вид:
где
где v - текущее значение скорости подвижного элемента; vmax - скорость под-вижного элемента без нагрузки; F - текущее значение усилия, развиваемое поршнем; Fтр - тормозное усилие, развиваемое на подвижном элементе привода. Механическая нагрузочная характеристика для гидропривода с дроссельным регулированием определяет функциональную зависимость скорости выходного звена v от перемещения золотникового распределителя d и от перепада давлений DP:
Динамическая модель рассматриваемого следящего привода при синтезе законов управления может быть получена на основании рассмотрения линеаризованных моделей гидроцилиндра и золотникового распределителя. Используя уравнение нагрузки регулятора
и уравнения располагаемого и потребного расходов жидкости
составляется структурная схема следящего гидропривода (рис.2.12). На основании структурной схемы можно записать передаточную функцию следящего гидропривода в виде:
В строительной робототехнике используется широкий спектр пневмоприводов, основными преимуществами которых являются высокое быстродействие, низкая стоимость, простота в обслуживании. К их недостаткам следует отнести трудность управления и высокие потери энергии на трение (до 10-
Пневмопривод с цикловым управлением включает пневмо-цилиндр ПЦ и электропневмо-золотники Пр1 и Пр2 (рис.2.13). При этом чаще используются пневмоцилиндры двухстороннего действия с односторонними и двухсто ронними штоками. Управление перемещением поршня осуществляется с помощью одно- или двухпозиционных распределителей — электро-пневмозолот-ников. Управление распределителями выполняется управляющим устройством по заданной программе. Регулирование скорости штока пневмоцилиндра выполняется изменением расхода на входе или на выходе с помощью регулируемого дросселя. На пневмопроводе, подающим воздух для работы робота , устанавливаются влагоотделитель ВО, редукционный клапан РК, маслораспределитель МР. С помощью редукционного пневмоклапана производится настройка рабочего давления. Маслораспре-делитель обеспечивает распыление масла, необходимого для смазки подвижных элементов пневмодвигателей и распределителей. Плавный останов поршня обеспечивается встроенными тормозными или демфирующими устройствами.
Статическая нагрузочная характеристика такого привода определяет зависимость давления в полостях пневмоцилиндра от входного управляющего сигнала. Так как отклонения струйной трубки h пропорционально току управления, то статическая характеристика определяется в виде: P1,2. = f(h) или DP = f(h), где DP = P1 - P2.
Для анализа и синтеза регулятора следящего пневмопривода вводятся в рассмотрение коэффициенты усиления по давлению (kp), по расходу (kG) и коэффициент скольжения (kск):
где На их основании можно записать передаточную функцию управляемого пневмопривода в виде:
где
Популярное: Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы... ![]() ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (852)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |