Применение встраиваемых двигателей в промышленных роботах

          Применение встраиваемых двигателей в промышленных роботах

В последнее десятилетие большое развитие получила тенденция создания технологического оборудования новых поколений блочно-модульной конструкции, в том числе и высокопрецизионного, на основе интеллектуальных мехатронных узлов и открытых систем управления. Технические решения такого плана имеют место как в станках и роботах традиционной, классической компоновки, так и в станках нетрадиционной компоновки, в том числе и в оборудовании, построенном на базе машин с параллельной кинематикой. К последним это условие применимо в большей степени, так как применение современных компонентов и систем управления еще больше позволяет реализовать на практике преимущества данного вида технологического оборудования. Блочно-модульный принцип построения позволяет:

• Создавать системы гибких (многоцелевых) электромеханических и мехатронных узлов, из которых можно образовывать принципиально новые конструкции станков и промышленных роботов с минимизацией кинематических связей;
• Создавать гибкое технологическое оборудование по сотовому принципу, позволяющему создавать модульные конструкции с учетом технологии, необходимой для производства определенного ассортимента изделий. Блочно-модульный принцип позволяет по ходу проектирования изделия параллельно проектировать автоматизированное технологическое оборудование для его производства, состоящее из гибких модулей, соединенных  в соответствии с картой технологического процесса;
• Создавать конструкции с наиболее простой и полной интеграцией с рабочими органами и управляющими устройствами.

Агрегатно-модульные конструкции станков и промышленных роботов в настоящее время в основном базируются на новом направлении создания интегрированных узлов, получивших название мехатронных, в которых модуль движения (линейного и/или вращательного) выполнен на базе специальных бесколлекторных вентильных двигателей или электрических машин с электромагнитной или электромеханической редукцией, снабженных системами датчиков, измерительных преобразователей и другими электронными элементами, интегрированными в электромеханические узлы. Распределенная система управления, отдавая часть своего “интеллекта” встроенным в такие узлы микропроцессорным устройствам, оставляет за собой функции организации движения и диспетчера в центральном процессоре.

При блочно-модульной системе построения технологического оборудования необходимо создавать многокоординатные системы движения в виде отдельных узлов, которые можно применить в различного типа станках и роботах и для создания траектории движения по любым круговым и линейным координатам. Мехатронные модули приводных систем в основном имеют ряд исполнений, различающихся по: мощности, точности, скорости, количеству и положению координатных осей, типу движения (линейное или вращательное). Мехатронный узел в общем виде – это модульная система преобразования любого вида энергии в механическую, состоящая из встроенного двигателя/модуля движения с механической или электромеханической редукцией, встроенных измерительных преобразователей, электронного устройства управления движением этой системы (встроенного или невстроенного исполнений) и других электронных, опто-электронных, электротехнических, гидравлических, пневматических и механических элементов, обеспечивающая определенные технологические функции и представляющая собой законченный конструктив.

С связи с развитием механообработки, основанной на принципах сверхскоростной прецизионной обработки, появлением новых конструктивных решений станков и роботов, в частности машин с параллельной кинематикой можно сформулировать следующие основные требования к мехатронным узлам:

• Высокие скоростные и динамические характеристики работы – необходимые как для достижения высокой производительности и точности обработки (до 1 мкм), так и для сокращения времени на вспомогательные операции. Этому требованию отвечают “жесткие” кинематические схемы с пониженным приведенным моментом суммарным моментом инерции (Скорости подачи до 2м/c при ускорениях до 10g).
• Хорошая равномерность вращения – необходимая для достижения высокого качества обработки поверхности. Этому требованию отвечают электромагнитные системы, в которых исключены пульсации момента (зубцовые и др.) с соответствующей формой питающего напряжения.
• Сверхширокий диапозон частот вращения (до 10-100 тыс.) – необходимый         для обеспечения высокой точности и малой шероховатости при обработке. Этому требованию соответствуют системы приводов, отрабатывающие каждую дискрету управления, что наряду с обратной связью определяют минимальную подачу. Максимальная подача, равно как и возможность получения высоких частот вращения, достижима при использовании электромеханических преобразователей, в которых нет ограничения по мощности и частоте коммутаций.
• Широкий диапазон регулирования частоты вращения с постоянством мощности – необходимый для обеспечения силового резания на малых частотах вращения и чистовой обработки с меньшими усилиями резания на высоких частотах вращения.
• Достижение полного момента (усилия) в неподвижном состоянии.
• Высокая разрешающая способность датчиков – до1 000 000 имп/об для датчиков положения.

Одними из основных тенденции по применению компонентов управления в современном станкостроении получили все большее использование синхронного электропривода и распределенных “открытых” систем управления с использованием цифрового интерфейса. Вопросы применения систем управления станками на базе промышленных персональных компьютеров рассматривались в четвертой главе данной работы, поэтому остановимся подробнее на синхронных безредукторных приводах.