Материал: Исполнительный привод. учебное пособие. Литвиненко А.М

магнитная система с полукруглыми полюсами цилиндрического типа. Изменения конфигурации поля обусловлены лишь эксцентриситетом и толщиной немагнитного экрана.

Во втором случае магнитная система имеет плоские полюса, поле магнитной системой – плоскопараллельное, если не учитывать краевые эффекты. При вводе цилиндрического якоря будет наблюдаться концентрация поля у боковых краев.

3.4. Приводы переносных (региональных) степеней подвижности

Концепция внешних магнитных систем может быть перенесена и на приводы основных – переносных – степеней подвижности роботов. При этом манипулятор выполняется преимущественно в сферической системе координат, так как необходимо обеспечить установку максимума магнитных систем на неподвижном основании.

На рис. 3.8 изображен схематично манипулятор, вид сбоку в разрезе, на рис. 3.9 – вид сзади, на рис. 3.10 и 3.11 показан один из активных элементов с магнитной системой, вид сбоку и сверху соответственно. На рис. 3.12 показана работа элемента при параллельном соединении катушек, что обеспечивает поворотные и азимутальное перемещения, на рис. 3.13 показана работа элемента при последовательном соединении катушек, что обеспечивает выдвижение руки манипулятора. На рис. 3.14 показана схема силового блока (одной ячейки), на рис. 3.15 – схема ячейки коммутирующего блока, на рис. 3.17 – пространственная схема одной группы элементов.

Манипулятор состоит из руки 1 со схватом 2, двух групп 3 и 4 активных элементов, расположенных вдоль руки. Каждая из групп состоит из 2 пар элементов, например, 5 и 6 в горизонтальной плоскости, 7 и 8 в вертикальной плоскости.

Каждый из восьми элементов (рис. 3.10 и 3.11) включает в себя: собственно токопроводящий виток 9, планку 10, с помощью которой виток крепится к шарниру руки 1. Магнитная система, в поле которой помещен виток 9, состоит из двух катушек 11 и 12, укрепленных на перекладинах 13 параллельно руке 1. Аналогичная пара катушек перекладины 14 расположена с другой стороны витка. Магнитные системы крепятся на основании 15. На основании закреплены и боковые магнитопроводы 16. Выводы токопроводящего витка подключены к клеммам 17 и далее к силовому блоку. Силовой блок (рис. 3.14) состоит из восьми сильноточных ячеек, коммутирующий блок состоит из восьми слаботочных ячеек. Сильноточная ячейка включает в себя источник 18 постоянного тока, реверсивный ключ 19, управляемый от командного триггера 20, виток 9 с клеммами 17. Слаботочная ячейка (рис. 3.15) включает в себя источник 21, ключ 22, осуществляющий реверсирование тока в одной из катушек, например 12, командный триггер 23. Основания 17

95

ипланки 10 закреплены в шарнирах 24, ось которых параллельно руке 1, шарниры прикреплены к руке 1 (со стороны планки 10) и к каркасу 25 (со стороны оснований 15).

Магнитопроводы 13 и 14 имеют немагнитные вставки 26. Торцы катушек снабжены антифрикционными накладками 27.

Работа манипулятора. Каждая из групп активных элементов может работать в двух режимах: угловом и линейном. Прием в угловом режиме обеспечивается управлением рукой по двум углам: в горизонтальной плоскости

ив вертикальной. Соответственно каждый из элементов может работать в двух режимах.

Рассмотрим режим углового перемещения. В этом случае катушки 11

и12 соединяются так, что их поля направлены согласно, виток 9 (рис. 3.10) оказывается размещенным в поле, силовые линии которого равномерно пронизывают виток в одном направлении (сплошные линии на рис. 3.11). В этой ситуации на виток, при прохождении по нему тока, действуют силы, стремящиеся увеличить площадь витка равномерно по всем направлениям. Так как концы витка закреплены, а исходное положение витка – сжатое (рис. 3.12), то электромеханические усилия стремятся придать витку форму окружности, т.е. распрямить первоначальный овал. В итоге подвижный элемент получает перемещение вверх. Перемещение будет при перемене полярности тока в витке.

Для уменьшения магнитного сопротивления элемента имеются дополнительные боковые магнитопроводы 16.

Рассмотрим теперь режим линейного перемещения. В этом случае обмотки катушек 11 и 12 включаются встречно. Плоскость витка пронизывает поле,

которое с каждой из боковых сторон витка имеет разное направление и замыкается по противоположному магнитопроводу с катушками (рис. 3.11). В итоге боковые стороны витка стремятся переместиться вправо или влево (рис. 3.13). Направление перемещения определяется направлением тока в витке. Направление линий поля показано для этого случая на рис. 3.11 пунктиром.

Обслуживание рабочей зоны в сферической системе координат

Т.е. элементы 5 и 6 разворачивают схват в горизонтальной плоскости, элементы 7 и 8 – в вертикальной, а элементы группы 4 осуществляют выдвижение или вдвижение руки 1.

Различная комбинация этих движений обусловливает обслуживание рабочей зоны.

Питание элементов осуществляется от сильноточного 18 и слаботочного 21 источников. Команда на реверсирование сильноточного источника, а также на реверсирование одной из катушек и переключение катушек с последовательного на параллельное соединение поступает от системы управления на вход триггеров 20 и 23 и далее – на коммутирующие переключатели 19 и 22.

Оси всех шарниров 24, расположенных вокруг руки 1, параллельны руке.

96

Рис. 3.8 Рис. 3.9

Рис. 3.10

Рис. 3.11

97

Рис. 3.12 Рис. 3.13

Рис. 3.16

Рис. 3.17

98

Ключи 19 и 22 представляют собой обычные реверсоры, принципиальная схема их силовой части приведена на рис. 3.16. Магнитные системы элементов выполнены на основе использования катушек и магнитопроводов серийных реле. Витки элементов выполнены из медной фольги. Позиционирование манипулятора осуществляется от упора до упора, т.е. по цикловому принципу.

При установке в активных элементах датчиков положения возможна работа и в режиме управления от позиционной или контурной схем.

Имеется несколько вариантов управления манипулятором.

1.Противофазное управление. Элементы первой и второй групп подключаются так, что одновременно включенные элементы располагаются по разные стороны руки (т.е. в противофазе). В этом случае имеем сферическую систему координат, причем в двух вариантах: с вращением относительно центра первой группы и относительно второй.

2.Синфазное управление. Одновременно включатся элементы, расположенные по одну сторону руки. Манипулятор работает в прямоугольной системе координат.

3.Комбинированное управление. Возможна комбинация противофазного управления как во времени, так и по различным группам силовых элементов (степеням подвижности).

По сравнению с другими манипуляторами подобного класса, у описываемого манипулятора повышается такой показатель, как усилие на единицу движущей массы, что увеличивает быстродействие манипулятора. Это увеличение происходит за счет того, что магнитные системы элементов (их наиболее массивная часть) прикреплены к основанию шарнирами, имеющими лишь одну степень свободы, к тому же ограниченную габаритами элементов. Подвижная часть у руки манипулятора с прикрепленными к ней ветками имеет значительно меньшую массу. В итоге можно достигнуть высокого уровня использования привода по усилию.

Применение указанных движущих элементов позволяет развивать

скорости до 5 м/с, что выше скоростей существующих приводов роботов. C учетом вышеизложенного, улучшение показателя усилия на единицу массы и увеличение скорости перемещения позволяет повысить производительность робота, в состав которого входит манипулятор.

Интересно отметить, что если между планкой, скрепленной с рукой, и основанием в каждом подвижном элементе поместить пружину или выполнить сам виток (витки) из пружинного материала, то получим резонансного робота. При этом возможна, при надлежащем устройстве системы управления приводом, поочередная работа активных элементов: то в двигательном, то в генераторном режимах. Это позволяет регулировать энергию, уменьшить потребляемую мощность, что вообще характерно для резонансных роботов.

99