7 популярних приводів для роботів

Привід - це механізм для приведення в дію обладнання з управління технологічними процесами з використанням електричних, пневматичних або гідравлічних сигналів. Це важлива частина у робототехніці. Приводи, які у роботах, впливають з їхньої доцільність і продуктивність. Тому в цій статті ми розглянемо 7 найпоширеніших приводів, якими можна оснастити роботів різного призначення.

Безщітковий двигун постійного струму

Почнемо з електричних двигунів. Безщітковий або безколекторний - це один з типів приводів, що набирають популярності в робототехніці. Як відомо з назви, такий двигун не використовує щітки для комутації, а натомість він комутується за рахунок електроніки. Принцип роботи цього приводу заснований на взаємодії магнітних полів між електромагнітом та постійним магнітом. Коли котушка знаходиться під напругою, протилежні полюси ротора та статора притягуються один до одного. Ці актуатори використовуються практично у будь-яких роботах.

Достоїнства БДП такі:

Швидкодія щодо характеристик крутного моменту;
Вища частота обертання;
Високі динамічні характеристики;
Тривалий термін служби;
Безшумна робота.

Недоліки:

Складний та дорогий регулятор швидкості;
Чи не працює без електроніки.

Синхронний привід

Даний двигун містить ротор, який синхронно обертається з полем або струмом, що коливається. Синхронні приводи мають безліч переваг перед іншими двигунами. Насамперед це стосується енергетичних показників. Дані приводи використовуються у промислових роботах з середньою вантажопідйомністю ічислом ступенів рухливості від 3 до 6. Точність позиціонування електричного приводу досягає значень ± 0,05 мм. Їх застосовують як і позиційному, і у контурному режимах роботи.

Переваги:

Висока економічність;
Зручність складання та хороші регулювальні властивості;
Очевидною є доцільність застосування синхронного приводу для механізмів, що не потребують регулювання швидкості.

Недоліки:

Застосування синхронного двигуна утруднено, якщо механізми мають великі махові маси, де необхідно мати регульований або подвійний привід;
Немає початкового пускового моменту. Отже, для його пуску необхідно розігнати ротор за допомогою зовнішнього моменту до частоти обертання, що близька до синхронної.

Асинхронний двигун

Цей електропривод для перетворення електричної енергії змінного струму на механічну також вигідний з низки причин. Сам термін "асинхронний" означає неодночасний. При цьому мається на увазі, що у цих двигунів частота обертання магнітного поля статора завжди більша за частоту обертання ротора. Асинхронні двигуни працюють від мережі змінного струму. Цей тип двигуна використовується в основному для живлення провідних коліс автомобіля, тому може знайти місце в колісній робототехніці. Наявність потужних напівпровідників зробило практичним використання простіших асинхронних електродвигунів змінного струму.

Переваги:

Простота та надійність через відсутність колектора;
Низька вартість;
Значно низька маса;
Найменші габарити.

Недоліки:

Можуть перегріватись, особливо під навантаженням;
Неможливість стабільно тримати частотуобертання;
Відносно невеликий пусковий механізм.

Кроковий двигун

Кроковий двигун - привід, що останнім часом часто використовується в робототехніці. Основна відмінність між ним та іншими типами двигунів полягає у способі обертання. Як відомо, перераховані раніше двигуни обертаються безперервно. Але крокові приводи обертаються кроками. Кожен крок є частиною повного обороту. Ця частина залежить від механічного пристрою двигуна та від способу керування.

Використання крокових двигунів є одним із найпростіших, найдешевших і найлегших рішень для роботи систем точного позиціонування. Тому ці двигуни дуже часто використовуються у верстатах з ЧПУ та роботах.

Переваги:

Головна перевага – точність роботи. При подачі потенціалів на обмотки двигун повернеться на певний кут;
Низька вартість;
Підходить для автоматизації окремих механізмів та систем, де немає потреби у високій динаміці.

Недоліки:

Присутня проблема «прослизування» ротора при підвищеному навантаженні на вал;
Обмеження кроків (максимум 1000 об/хв).

Сервопривід

Це тип електромеханічних двигунів, які постійно не обертаються, як крокові, а переміщаються по сигналу в певне положення і зберігають його до наступного сигналу. Знаходять широке застосування у різних секторах робототехніки – від саморобних механізмів до складних андроїдів.

У сервоприводах використовується механізм зворотного зв'язку, що дозволяє обробляти помилки та виправляти їх у позиціонуванні. Така система називається стежить. Якщо якась сила чинить тиск на привід, змінюючи його положення, двигун застосовуватиме силуу протилежному напрямку, щоб виправити помилку, що виникає. Таким чином досягається висока точність позиціонування.

Переваги:

Вища швидкість обертання;
Висока потужність;
Позиція механізму завжди на увазі і доступна для коригування.

Недоліки:

Складна система підключення та управління;
Потребує кваліфікованого обслуговування;
Висока вартість.

Пневматичний привід

Двигун, що рухає механізми через енергію стисненого повітря. Основний компонент тут – компресор. Стиснене компресором повітря надходить у пневмолінії, і далі до пневмодвигуна. Завдяки відсутності в'язкого середовища такі двигуни можуть працювати на більшій частоті - швидкість обертання пневмомотора може досягати десятків тисяч обертів за хвилину. Цей тип приводу все частіше використовується в робототехніці, так як має низьку плавність ходу і точність спрацьовування. Найбільш раціонально використовувати його для механізмів з двома станами - втягування та виштовхування або закривання та відкривання.

Переваги:

Простота та економічність;
Робоче тіло не обмежене заданим обсягом і може поповнюватись у разі витоку;
Замість компресора можна використовувати балон із стислим газом, що спрощує побудову пневматичної системи;
Менш чутливий до змін температури навколишнього середовища.

Недоліки:

Нижчий ККД;
Висока вартість пневматичної енергії у порівнянні з електричною;
Нагрівання та охолодження робочого газу в компресорах, що може призвести до можливості обмерзання систем або навпаки конденсації водяної пари з робочого газу.

Гідравлічний привід

Якщо робот повинен працювати з вантажами більше 100кг, слід подумати про використання гідравлічного приводу. Цей тип двигуна для приведення в рух виконавчого органу використовує рідину. Принцип роботи гідроприводу полягає в насосі, який створює тиск робочої рідини напірної магістралі, з'єднаної з гідродвигуном. Двигун перетворює тиск рідини на механічне. При цьому, регулятори керують швидкістю та напрямком руху гідродвигуна. Ці приводи застосовуються в основному у промисловій робототехніці. Але є випадки їх використання і в інших прототипах, наприклад, у відомому дітищі DARPA – роботі BigDog.

Переваги:

Невеликі розміри та маса;
Висока продуктивність - розвиває силу в 25 разів вищу, ніж пневмопривід аналогічного розміру;
Плавне регулювання сили;
Робоча температура – від -50 до +100С.

Недоліки:

При високому тиску можливі витоку рідини;
Висока вартість обладнання та обслуговування;
Безперервне споживання енергії;
Важко відстежувати точність роботи.

Це були основні типи приводів, які найбільше використовуються в сучасній робототехніці.