3178

чей траектории, т.к. при увеличении числа точек пропорционально увеличи-

вается число связанных с ними магнитных систем, т.е. увеличивается стои-

мость привода.

Для цикловых систем это требование почти всегда выполняется. Мини-

мальное количество точек позиционирования - три (тара с заготовкой, ра-

бочая позиция, тара с деталью).

Если число позиции велико, то возможно применение более сложного привода, с пружинным аккумулятором, который заряжается у одной пози-

ции, а срабатывает в любой заданной точке пространства.

Во-вторых, из-за требования нахождения активного элемента в момент работы в точке, принадлежащей воздушному зазору магнитной системы,

данный привод предпочтителен не для всех степеней подвижности про-

мышленных роботов. В частности, одна из основных областей его примене-

ния - это приводы захватных устройств - поскольку закрывание и открыва-

ние захвата может осуществляться при неподвижной детали.

Другое применение рассматриваемого привода - это локальные (ори-

ентирующие) степени подвижности. Они характеризуются тем, что движе-

ние захваченной детали осуществляется приблизительно вокруг центра тяжести, т.е. как и в захватных устройствах, имеется некоторая точка про-

странства, где может быть размещен активный токопроводящий элемент во внешнем магнитном поле.

Рассмотрим применение замкнутых внешних магнитных систем в вари-

анте орбитального привода. Наиболее значимо их использование в элект-

роприводе роботов с цилиндрической системой координат. На рис. 1.1 по-

казан рассматриваемый робот, вид в разрезе сбоку (схематично), на рис. 1.2

– разрез вида сверху.

Робот включает в себя основание 1, на нем с помощью элементов 2 ук-

реплена концентрическая магнитная система 3 с катушками 4. Нижние концы якорей двигателей закреплены с помощью щитов 5. Сами якори 6

11

располагаются напротив полюсов 7. Сверху якорей расположены щеточ-

но-коллекторные узлы 8. На валу 9 первого двигателя закреплена шестерня.

На валу 10 второго двигателя также закреплена шестерня.

Вал 11 третьего двигателя снабжен шлицевым соединением 12. На вторичном валу 13 этого соединения закреплена коническая шестерня 14,

контактирующая с шестерней 15, установленной на одном валу с ходо-

вым винтом 16 привода выдвижения руки. На этом валу сидит гайка 17, с

которой скреплен шток 18 руки, который ходит в поступательном подшип-

нике 19. На руке закреплен схват 20, снабженный собственным приводом.

Привод выдвижения смонтирован на основании 21, которое ходит в по-

ступательном вертикальном подшипнике 22. С его обоймой скреплена гайка 23 винта 24 привода подъема, на валу вместе с винтом сидит шестер-

ня 25. Вал располагается в подшипниках, установленных на основании

26. Это основание полое. Внутри него располагается неподвижная шес-

терня 27 привода поворота. К ней снизу прикреплены токосъемные кольца

28. Шестерня закреплена на неподвижном валу 29. С кольцами 28 контак-

тируют щетки токосъемника 30. Щиты 5 закреплены с помощью крон-

штейнов 31, которые крепятся снизу к основанию 26. Магнитопровод име-

ет стержни 32, которые несут катушки и соединяют внешний полюс 33 с

внутренним полюсом 34. Катушки и якори подсоединены к разъему 35. Ва-

лы 9, 10 и 11 располагаются в концентрическом зазоре вокруг вала 29. На рис. валы 10 и 11 повернуты условно против часовой стрелки - см. рис.

так, что все валы располагаются в плоскости рис. . Робот работает сле-

дующим образом. Рука 18, закреплена в подшипниках 19 и 22 и на основа-

нии 26 перемещается на выдвижение, поворот и подъем. Основание 26 за-

креплено на валу 29. Якори всех двигателей свободно вращаются вокруг своих осей и концентрично валу 29. Питание от разъема 35 подается на катушки 4 магнитной системы и в зазоре между наконечниками 33 и 34

имеется магнитное поле. Питание подводится и к токосъемным кольцам 28

13

и через токосъемник 30 подается на щеточно-коллекторные узлы двигате-

лей 8.

Рассмотрим работу каждого привода. Двигатель поворота вращает вал

9 с шестерней. Она, обкатываясь вокруг шестерни 27, придает основанию 26

вращательное поворотное движение. На валу двигателя подъема 10 также имеется шестерня. Она вращает шестерню 25 с винтом 24. Гайка 23, скреп-

ленная с подшипником 22 поступательного действия поднимает или опус-

кает основание 21 руки. Привод выдвижения работает следующим образом.

Двигатель выдвижения вращает вал 11 со шлицевым соединением 12. На вторичном валу 13 имеется коническая шестерня 14, которая вращает шес-

терню 15 и винт 16. Гайка 17 действует на руку 18, которая двигается в под-

шипнике 19. Таким образом, схват 20 может перемещаться по всем трем ко-

ординатам.

Аналогично, в принципе, можно выполнить приводы других ориенти-

рующих степеней подвижности, двигатели которых можно расположить ме-

жду наконечниками 33 и 34 так же, как и двигатели основных степеней.

Рассмотрим общие вопросы управления массо-габаритных показа-

телей приводов роботов. При этом является естественным заимствование не-

которых положений, применяемых при проектировании самолетов, где также приходится решать задачи на уменьшение массы агрегатов.

В роботостроении часто сталкиваются с решением задач на противо-

речия массы и динамических показателей, массы и производительности,

массы и грузоподъемности, массы и ресурса, массы и стоимости и т.п. На различных стадиях проектирования приводных модулей, в конструкцию вно-

сят те или иные изменения, сравниваются различные конструктивные ре-

шения. Возникает вопрос, как достаточно корректно произвести это срав-

нение, как обосновать те или иные изменения конструктивно, как связать из-

менения масс отдельных элементов, составляющих приводов с общим из-

менением параметров отдельных приводов и робота, а также и робототехни-

14

модуля ротации типа МЭВП-2-25-3107, используемого на роботе ПРЭМ-5.

Основные параметры для расчетов взяты из таблиц 2, 6, 3, 9, приведенных в [

].

Длины каналов (проводников) определялись из конкретных геомет-

рических размеров модуля, размеров магнитопровода, длин валов редукто-

ра и т.п. Формула. ( ) совместно с данными таблицы 1 подсказывает три основных направления уменьшения массо-габаритных показателей.

1. Увеличение уровня использования канала, связанное с уменьшением массы единицы длины проводника энергетического потока. Обычно это связано с применением более дорогих исходных материалов и, следователь-

но, увеличением стоимости модуля.

2. Увеличение к.п.д. преобразования потока, если это не связано с уве-

личением массы.

3. Уменьшение длины канала, в предельном случае – вообще устране-

ние каких-либо потоков.

Рассмотрим последний случай более подробно.

Поскольку устранение полностью, а также существенное уменьшение длины какого-либо энергетического канала реального модуля маловероятно ввиду того, что обычно модули ПР выполняются уже с достаточно высоким уровнем использования материалов, есть только один практически прием-

лемый путь реализации уменьшения длины энергетического канала. Имеется в виду перераспределение (перенос) потоков, связанных с подвижным осно-

ванием (манипулятором ПР), на неподвижное, связанное, например, с полом цеха. При этом должны соблюдаться два условия.

1. Разрыв (перераспределение) какого-либо из потоков не должен от-

рицательно сказываться на технологическом процессе РТК. То есть, на-

пример, должны иметься места позиционирования, где возможно пере-

распределение потоков.

2. Должно соблюдаться условие разрыва, т.е. имеется его возможность.

18

Оценим это уменьшение. Ясно, что оно будет существенно зависеть от типа применяемого двигателя, а точнее от соотношения масс ротора

(якоря), остающегося в модуле робота и статора (индуктора), выносящегося на основание. Если предположить, что масса единицы осевой длины ротора и статора одинакова, то разница в массах будет определяться только диа-

метрами ротора и статора.

Для двигателя классического типа соотношение между этими диамет-

рами находится в пределах 2-2,5. Поскольку масса пропорциональна квадра-

ту диаметра, то реальное уменьшение массы составит 4-6 раз. В случае без-

железного якоря, его уменьшение еще больше.

Масса дискового якоря двигателя с печатной обмоткой типа ПЯ мень-

ше массы всего двигателя минимум в 10 - 12 раз. Таково же и уменьшение массы модуля. Таким образом, двигатели с дисковым якорем наиболее эф-

фективны при работе с внешними магнитными системами. При этом якорь выполняется в консольном исполнении и фактически объединяется с пер-

вичным валом редуктора.

Для подтверждения возможности значительного уменьшения массо-

габаритных показателей модуля ПР реализован макет привода с внешним магнитным потоком.

Привод включает в себя двигатель (якорь) типа ДПМ-30 и редуктор,

приводящий в движение схват манипулятора грузоподъемностью 200 г. По сравнению с двигателем ДПМ-30 обычного исполнения (с корпусом), масса двигателя снизилась с 220 до 48 г. Общая масса модуля уменьшилась до 158

г, первоначальное значение массы - 300 г. Таким образом, уровень использо-

вания массы двигателя по моменту практически приблизился к со-

ответствующему показателю редуктора.

Рассмотрим общие компоновочные принципы, применяемые при син-

тезе приводов с внешними магнитными системами. Для этого обратимся к рис. 1.4 – 1.8, где изображены традиционные схемы размещения приводов на

20