Приводы и системы управления станков, обрабатывающих центров и основного технологического оборудования.

Классификация приводов. Привод, как известно, включает, прежде всего, двигатель и устройство управления им. Кроме того, в состав привода могут входить различные механизмы для передачи и преобразования движения (редукторы, преобразователи вращательного движения в поступательное и наоборот), тормоз и муфта.

К приводам, применяемым в МС, предъявляют весьма жесткие специфические требования. В связи с необходимостью встраивания приводов в рабочие органы МС — в манипуляторы и системы передвижения — габариты и масса приводов должны быть минимальными. Приводы в МС работают в основном в неустановившихся режимах и с переменной нагрузкой. При этом переходные процессы в них должны быть практически неколебательными. Важными параметрами приводов МС являются также надежность, стоимость, удобство эксплуатации. Требования, предъявляемые к их способу управления, быстродействию и точности, непосредственно определяются соответствующими требованиями к МС в целом. В частности, обычно требуется, чтобы скорость поступательного движения на выходе приводов МС в среднем составляла от долей до нескольких м/с при погрешности отработки перемещения, равной долям миллиметра.

В МС нашли применение практически все известные типы приводов: электрические, гидравлические и пневматические; с поступательным и вращательным движением; регулируемые (по положению и скорости) и нерегулируемые; замкнутые (с обратной связью) и разомкнутые; непрерывного и дискретного действия (в том числе шаговые).

На рис. 2.4 приведена типовая схема привода манипулятора. Наряду с общей обратной связью по положению в схеме имеется обратная связь по скорости, которая играет роль корректирующей гибкой обратной связи и часто, кроме того, служит для управления скоростью. В тех случаях, когда механизм М является редуктором и понижает скорость, датчик скорости ставится не как показано на рисунке, а на выходе двигателя перед механизмом, чтобы увеличить снимаемый с датчика сигнал по скорости. Устройство управления может быть непрерывного действия, релейным, импульсивным или цифровым.

Рис.2.4. Типовая схема позиционного привода манипуляторов:

Д — двигатель; М — механизм передачи и преобразования перемещения; ДП, ДС — датчики положения и скорости;

УУ_П1, УУ_П2 — составные части устройства управления УУ_П

Применение пневматических приводов в МС объясняется их дешевизной, простотой и соответственно надежностью. Правда, эти приводы плохо управляемы и поэтому используются в основном как нерегулируемые с цикловым управлением. Пневматические приводы применяют только в роботах небольшой грузоподъемности — до 10 кг, реже 20 кг.

Гидравлические приводы наиболее сложны и дороги по сравнению с пневматическими и электрическими. Однако при мощности 500—1000 Вт и выше они обладают наилучшими массогабаритными характеристиками и поэтому являются основным типом привода для тяжелых и сверхтяжелых МС. Гидравлические приводы хорошо управляются, поэтому они нашли также применение в МС средней грузоподъемности, для которых требуются высококачественные динамические характеристики.

Электрический привод, несмотря на его хорошую управляемость, простоту подвода энергии, больший к.п.д. и удобство эксплуатации имеет худшие массогабаритные характеристики, чем пневматический и гидравлический приводы. Прогрессивное увеличение в последние годы доли электромеханических МС в общем парке мехатронных устройств в мире вызвано быстрым прогрессом в создании новых типов электрических двигателей, изначально предназначенных для роботов и позволяющих создавать более компактные комплектные приводы всех требуемых типов. На сегодня основная область применения электрических приводов в мехатронике — это устройства средней грузоподъемности (десятки килограмм), легкие МС с высококачественным управлением и мобильные роботы.

Способы управления МС. В мехатронике существуют 3 задачи управления: управление манипуляторами, системой передвижения и совместное управление группой мехатронных устройств. Применяемые для решения этих задач способы управления можно классифицировать следующим образом.

По степени участия человека в процессе управления существуют системы:

• автоматического;

• автоматизированного;

• ручного управления.

По типу алгоритма автоматического управления различают системы:

• программного;

• адаптивного;

• интеллектуального управления.

По типу движения существуют системы управления:

• непрерывные (контурные);

• дискретные позиционные (шагами "от точки к точке");

• дискретные цикловые (с одним шагом по каждой координате).

(В отечественной литературе дискретное позиционное управление часто называется просто позиционным.)

По виду управляемых переменных различают системы управления:

• положением (позицией);

• скоростью;

• силой (моментом).