Průmyslové roboty mají čtyři hlavní součásti, kterými jsou tělo, servo, reduktor a ovladač. Mezi nimi je obecnou strukturou elektrického servosystému průmyslových robotů tři uzavřené-regulační smyčky, tj. proudová smyčka, rychlostní smyčka a polohová smyčka. Obecně platí, že u střídavého servopohonu lze řízení polohy, řízení otáček, řízení momentu a další funkce realizovat pomocí ručního nastavení jeho interních funkčních parametrů.
Servo systém (servomechanism), také známý jako následující systém, je zpětnovazební řídicí systém používaný k přesnému sledování nebo reprodukci procesu. Servosystém umožňuje, aby poloha, orientace, stav a další výstupní řízené veličiny sledovaly vstupní cíl (nebo danou hodnotu) jakékoli změny v systému automatického řízení.
Servosystém je produkt vyvinutý na základě technologie frekvenční konverze a je to automatický řídicí systém s mechanickou polohou nebo úhlem jako řídicím objektem. Kromě řízení rychlosti a točivého momentu může servosystém také provádět přesné, rychlé a stabilní řízení polohy.
Široký servosystém je řídicí systém, který přesně sleduje nebo reprodukuje daný proces a může být také nazýván sledovacím systémem.
Úzký servosystém, také známý jako polohový sledovací systém, řízená veličina (výstupní veličina) je liniové posunutí nebo úhlové posunutí prostorové polohy naloženého stroje, kdy poloha dané veličiny (vstupní veličiny) pro jakoukoli změnu, hlavním úkolem systému je zajistit, aby výstupní veličina rychle a přesně reprodukovala dané množství změny.
Mechatronický servo řídicí systém má širokou škálu struktur a typů, ale z hlediska teorie automatického řízení k analýze systém servořízení obecně zahrnuje regulátor, řízený objekt, prováděcí linku, detekční linku, srovnávací linku a dalších pět částí.
1. Odkaz na srovnání
Porovnávací linka je vstupní povelový signál a porovnání signálu zpětné vazby systému za účelem získání výstupní a vstupní odchylky signálové linky, obvykle pomocí speciálního obvodu nebo počítače.
2. Ovladač
Regulátorem je obvykle počítačový nebo PID (proporcionální, integrální a diferenciální) řídicí obvod, jehož hlavním úkolem je transformovat výstup signálu odchylky z porovnávacího prvku za účelem řízení výkonného prvku podle požadované akce.
3. Odkaz na provedení
Úlohou výkonného článku je podle požadavků řídícího signálu vstup různých forem energie do energie mechanické, pohon řízeného objektu práce. Mechatronický systém v implementaci prvků obecně odkazuje na různé motory nebo hydraulické, pneumatické servo mechanismy.
4. Řízený objekt
Řízený objekt označuje objekt, který má být ovládán, jako je mechanické rameno nebo mechanická pracovní plošina.
5. Detekce
Detekční linka odkazuje na výstup, který lze měřit a převést na srovnávací linku požadovanou pro obrys zařízení, obecně včetně senzorů a převodních obvodů.
Vlastnosti a funkce servosystému
Servo systém a obecný systém podávání obráběcích strojů je zásadně odlišný, může být založen na příkazovém signálu přesně řídit rychlost a polohu pohybu výkonné části. Servosystém je spojovacím článkem mezi CNC zařízením a obráběcím strojem a je důležitou součástí CNC systému s následujícími vlastnostmi:
Musí mít vysoce{0}}přesné senzory, které dokážou přesně poskytnout elektrické signály pro výstupní množství.
Výkonový zesilovač i řídicí systém musí být reverzibilní.
Dostatečně velký rozsah rychlostí a dostatečně silná nízká-rychlost s výkonem při zatížení.
Schopnost rychlé odezvy a silná ochrana-rušení.
Typy servosystémů Podle principu ovládání: otevřená{0}}smyčka, uzavřená{1}}smyčka a polo{2}}uzavřená-smyčka ve třech podobách
Podle povahy množství, které má být řízeno: zdvih, rychlost, síla a točivý moment a další formy servosystémů
Podle režimu pohonu: existuje elektrický, hydraulický a pneumatický servo pohon
Podle výkonného prvku: existuje servo krokového motoru, servo stejnosměrného motoru a servo střídavého motoru
Servosystémové akční členy
1, typy servomotorů a jejich charakteristiky
(1) Elektrické pohony
Elektrické pohony zahrnují stejnosměrné (DC) servomotory, střídavé (AC) servomotory, krokové motory a solenoidy, což jsou nejběžněji používané akční členy. Servomotory jsou nejběžněji používané akční členy. Kromě požadavku plynulého chodu se od nich obecně požaduje dobrý dynamický výkon, vhodný pro časté používání a snadná údržba.
(2) Hydraulické pohony
Hydraulické pohony zahrnují především pístové válce, rotační válce, hydromotory atd., z nichž válce jsou nejčastější. V případě stejného výstupního výkonu mají hydraulické komponenty nízkou hmotnost, dobrou rychlost a tak dále.
(3) Pneumatické pohony
Pneumatické pohony vedle stlačeného vzduchu jako pracovního média a hydraulické pohony nejsou jiné. Pneumatický pohon může získat větší hnací sílu, zdvih a rychlost, ale kvůli špatné viskozitě vzduchu, stlačitelnosti, nemůže být použit v požadavcích na přesnost polohování při vysokých příležitostech.
Rozdíly mezi třemi typy
| typ | specifika | výhoda | nevýhody |
| Elektropneumatické | Dostupné komerční napájení; signály jsou přenášeny ve stejném směru jako výkon; je rozdíl mezi AC a DC; věnujte pozornost použitému napětí a výkonu. | Snadná obsluha; snadné programování; může realizovat polohovací servo řízení; rychlá odezva, snadné připojení k počítači (CPU); malá velikost, vysoký výkon, žádné znečištění. | Vysoký okamžitý výstupní výkon; špatné přetížení; jakmile se zasekne, způsobí nehody popálení; ovlivněna vnějším hlukem. |
| Pneumatický | Tlak zdroje tlaku plynu 5~7×Mpa; jsou zapotřebí kvalifikovaní operátoři. | Pohodlný zdroj plynu, nízké náklady; žádné úniky ke znečištění životního prostředí; rychlé a snadné ovládání. | Malý výkon, velká velikost, obtížné miniaturizace; neplynulý pohyb, obtížně přenosný na velké vzdálenosti; vysoká hlučnost; obtížné na servo. |
| Hydraulické | Tlak zdroje tlaku kapaliny 20~80×Mpa; vyžaduje kvalifikované operátory. | Vysoký výstupní výkon, vysoká rychlost, hladký pohyb, může realizovat polohovací servořízení; snadné připojení k počítači (CPU). | Zařízení je obtížné miniaturizovat; požadavky na hydraulický zdroj a hydraulický olej jsou přísné; snadno produkují netěsnosti a znečišťují životní prostředí. |
2. Běžně používané řídicí motory
Řídicí motor je výkonová součást elektrického systému servořízení. Jedná se o zařízení pro přeměnu energie, které přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii. Řídicí motory běžně používané v mechatronických produktech jsou servomotory, které mohou zajistit správný pohyb nebo složitější akci.
K řízení jsou k dispozici rotační a lineární hnací motory, které jsou řízeny napětím, proudem a frekvencí (včetně příkazového impulsu) pro realizaci pohonu s pevnou -rychlostí, proměnnou{1}}rychlostí nebo inkrementálního pohonu s opakovaným spouštěním a zastavováním, stejně jako komplexní pohon, přičemž přesnost pohonu se liší podle předmětu pohonu.
(1) Servopohon obecně označuje: krokový motor (krokový motor), stejnosměrný servomotor (stejnosměrný servomotor), střídavý servomotor (střídavý servomotor)
(2) běžně používané metody řízení motoru servořízení jsou: řízení s otevřenou-smyčkou, polo-uzavřená-ovládání ve smyčce, řízení s uzavřenou-smyčkou tři.
Systém pohonu s uzavřenou-smyčkou se zpětnou vazbou polohy (nebo rychlosti); systém s otevřenou-smyčkou nemá zpětnou vazbu o poloze a rychlosti.
a, CNC systém s otevřenou -smyčkou nemá zařízení pro měření polohy, tok signálu je jednosměrný (CNC zařízení → podávací systém), takže stabilita systému je dobrá.
Bez zpětné vazby polohy není přesnost v porovnání se systémem s uzavřenou-smyčkou vysoká a její přesnost závisí především na výkonu a přesnosti systému servopohonu a mechanického převodového mechanismu. Obecně berte výkonový krokový motor jako hnací prvek servomotoru.
Tento druh systému má výhody jednoduché struktury, stabilní práce, snadného ladění, jednoduché údržby, nízké ceny atd., Požadavky na přesnost a rychlost nejsou vysoké, hnací moment není velký, široce se používají. Obecně se používá pro ekonomické CNC obráběcí stroje.
b, polo{0}}uzavřená-smyčka CNC systém s polo-uzavřenou{3}}smyčkou CNC systém místo vzorkování polohy, jak je znázorněno na obrázku, z pohonu (běžně používaný servomotor) nebo vedení šroubu, detekce úhlu natočení vzorku, nedetekuje přímo skutečnou polohu pohyblivých částí.
Polo{0}}uzavřená smyčka nezahrnuje nebo obsahuje pouze malý počet mechanických přenosových spojů, takže můžete získat stabilní výkon řízení. Stabilita systému není tak dobrá jako u systému s otevřenou smyčkou, ale lepší než u uzavřené smyčky. Kvůli chybě stoupání šroubu a chybě pohybu způsobené mezerou ozubení je obtížné odstranit. Proto je jeho přesnost horší než s uzavřenou smyčkou a lepší než s otevřenou smyčkou. Takové chyby však mohou být kompenzovány, a tak lze stále dosáhnout uspokojivé přesnosti.
Struktura systému CNC s polo{0}}uzavřenou-smyčkou je jednoduchá, snadno se ladí a je vysoce přesná, a proto se široce používá v moderních CNC obráběcích strojích.
c, plně uzavřený-systém číslicového řízení s plně uzavřenou smyčkou-číslicový systém řízení s plně uzavřenou smyčkou bod vzorkování polohy, jak je znázorněno na obrázku tečkovanou čarou, přímo na skutečné poloze detekce pohyblivých částí.
Teoreticky může eliminovat chybu, vůli a ztrátu pohybu celého hnacího a převodového článku. Má vysokou přesnost ovládání polohy. Vzhledem k tomu, že třecí charakteristiky, tuhost a vůle mnoha mechanických přenosových spojů v polohové smyčce jsou nelineární, je snadné způsobit nestabilitu systému, což značně znesnadňuje návrh, instalaci a uvedení systému s uzavřenou smyčkou do provozu.
Systém se používá hlavně pro vyvrtávačky a frézky, ultra{0}}přesné soustruhy, ultra{1}}přesné brusky a větší CNC obráběcí stroje s vysokými požadavky na přesnost.
Servosystémy pro roboty
Typickým robotickým servosystémem máme na mysli přesný servosystém používaný pro více{0}}osé řízení pohybu. Víceosý systém řízení pohybu se skládá z vysoce-řadiče pohybu a servopohonu nízkého řádu{4}}, ovladač pohybu je zodpovědný za dekódování příkazů řízení pohybu, relativní pohyb různých os řízení polohy, řízení obrysu zrychlení a zpomalení atd. a jeho hlavní úlohou je snížit celkovou chybu dráhy řízení pohybu systému; servopohon je zodpovědný za řízení polohy servomotorů a jeho hlavní úlohou je snížit chybu sledování servo osy. Servopohon je zodpovědný za řízení polohy servomotoru a jeho hlavní úlohou je snížit chybu sledování osy serva.
Robotický servosystém se skládá ze servomotorů, servopohonů, povelového mechanismu tří hlavních komponent, servomotory jsou aktuátory, je třeba se na něj spolehnout při realizaci pohybu, servopohon je napájení servomotoru, povelový mechanismus má poslat impuls nebo udělit rychlost, která se používá ke spolupráci se servopohonem, aby správně fungoval.
Nároky robota na servomotor než na další dvě části jsou vysoké. Za prvé, servomotor musí mít rychlou odezvu. Motor z příkazového signálu k dokončení instrukce vyžadované pracovním stavem času by měl být krátký. Odezva na povelový signál, čím kratší je doba, čím vyšší je citlivost elektrického servosystému, tím lepší je výkon rychlé odezvy, obecně na elektromechanickou časovou konstantu servomotoru velikosti servomotoru pro ilustraci výkonu rychlé odezvy. Za druhé, poměr setrvačnosti rozběhového momentu servomotoru by měl být velký. V případě hnacích zátěží se vyžaduje, aby servomotor robota měl velký rozběhový moment a malý moment setrvačnosti. Konečně, servomotor by měl mít spojitost a linearitu regulační charakteristiky, se změnou řídicího signálu lze plynule měnit otáčky motoru a někdy je také požadováno, aby otáčky byly úměrné nebo přibližně úměrné řídicímu signálu.
Samozřejmě, aby servomotor odpovídal tvaru těla robota, musí mít malé rozměry, malou hmotnost a krátký axiální rozměr. Také odolá drsným provozním podmínkám, může být velmi častý vpřed a vzad, zrychlení a zpomalení a vydrží několikanásobné přetížení v krátkém časovém úseku.
Servopohon je servomotor, který lze použít ke generování točivého momentu a síly, přímo nebo nepřímo pohánět tělo robota pro získání různých pohybových aktuátorů robota, s vysokým točivým momentem, poměrem setrvačnosti, bez kartáčových a komutačních jisker a dalšími výhodami, v robotu je více používán.