NAP
D ROBOTÓW
NAP
DY PNEUMATYCZNE
I HYDRAULICZNE
WYKA
AD 5
ProwadzÄ…cy:
dr hab. in\
. Krzysztof Pieńkowski
Instytut Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki
Wrocławskiej
[e-mail]
Napęd i sterowanie
pneumatyczne i
hydrauliczne manipulatorów
i robotów przemysłowych
Sterowanie pozycyjne
Pozycjonowanie jest to proces sterowania poło\
eniem np. w ruchach
robota.
Sterowanie poło\
eniem mo\
na podzielić na dwa zasadnicze typy:
Sterowanie z pozycjonowaniem zderzakowym;
Sterowanie z pozycjonowaniem dymensyjnym.
Roboty o pozycjonowaniu zderzakowym wyposa\
one sÄ… w zderzaki (ograniczniki)
mechaniczne. Poszczególne poło\
enia, które mo\
e zająć robot są określone przez
ustawienie odpowiednich zderzaków. Roboty takie mogą zajmować niewielką
liczbę poło\
eń - poło\
enie krańcowe w ka\
dym z mo\
liwych ruchów i brak lub
niewielką liczbę poło\
eń pośrednich  często tylko jedno.
Roboty o pozycjonowaniu dymensyjnym mogą zatrzymywać się bez u\
ycia
zderzaków praktycznie w dowolnie obranym (w granicach mo\
liwego
przemieszczenia) i określonym w programie robota poło\
eniu.
Pneumatyczny napęd wielozderzakowy
ZAWÓR PROPORCJONALNY
Zawór proporcjonalny jest stosowany do precyzyjnego sterowania w napędach
hydraulicznych pozycyjnych.
Najbardziej odpowiedni do tego typu zadań jest zawór proporcjonalny przepływu.
Siłownik hydrauliczny
Zawór proporcjonalny przepływu
Zawór proporcjonalny w odró\
nieniu od rozdzielacza, który ma tylko kilka
nastawianych poło\
eń ma sterowany element ruchomy, którego poło\
enie mo\
e być
nastawiane w sposób ciągły.
ZAWÓR PROPORCJONALNY
Poło\
enie neutralne
(zerowe)
Przesuw w lewo Przesuw w prawo
ZAWÓR PROPORCJONALNY
Przekrycie zerowe
Szerokość cylindrów suwaka =
szerokości wytoczeń w tulei zaworu.
Zmiana kierunku przepływu jest bezstopniowa 
Zawór proporcjonalny z
charakterystyka sterowania przepływem jest liniowa.
przekryciem zerowym
Zawór wymaga du\
ej dokładności wykonania.
Charakterystyki sterowania
przepływem i ciśnieniem
ZAWÓR PROPORCJONALNY
Zawór proporcjonalny z
przekryciem dodatnim
Przekrycie dodatnie
Szerokość cylindrów
suwaka > od szerokości
wytoczeń w tulei zaworu.
Zawór w stanie zerowym zapewnia
szczelne odcięcie dopływu cieczy
nawet przy wysokich ciśnieniach w
instalacji.
Zmiana kierunku przepływu jest
stopniowa  charakterystyka
sterowania przepływem jest
nieliniowa.
Charakterystyki sterowania przepływem i ciśnieniem
ZAWÓR PROPORCJONALNY
Zawór proporcjonalny z
przekryciem ujemnym
Przekrycie ujemne
Szerokość cylindrów
suwaka < szerokości
wytoczeń w tulei zaworu.
Zawór w stanie zerowym nie zapewnia
szczelnego odcięcia dopływu cieczy.
Zmiana kierunku przepływu jest
stopniowa  charakterystyka sterowania
przepływem jest nieliniowa.
Charakterystyki sterowania przepływem i ciśnieniem
ZAWÓR PROPORCJONALNY -
KONSTRUKCJA
Elektromagnes sterujÄ…cy 1
Elektromagnes sterujÄ…cy 2
Zawór proporcjonalny z elektromagnesami sterującymi przesuwem tłoczka zaworu.
Serwozawór
Elektromagnes
Przetwornik
sterujÄ…cy
poło\
enia
Wartość rzeczywista
Wartość zadana
Regulator poło\
enia tłoka
Serwozawór jest zaworem wyposa\
onym w zamknięty układ sterowania poło\
eniem
suwaka zaworu.
Zapewnia to zadany stopień otwarcia zaworu niezale\
nie od wielkości przepływu i
ciśnienia przenoszonego przez zawór.
Przykład konstrukcji serwozaworu
Elektromagnes
Elektromagnes
sterujÄ…cy
sterujÄ…cy
Przetwornik
poło\
enia
Rzeczywisty kształt krawędzi cylindrów zaworu mo\
e odbiegać od kształtu
prostokÄ…tnego.
ROBOT
ROBOT - urzÄ…dzenie mechaniczne wyposa\
one w układ napędowy i
układ sterowania, które mo\
e być zaprogramowane do automatycznego
wykonywania zaplanowanych operacji.
Robot jest urzÄ…dzeniem o wielu stopniach swobody.
Dla ka\
dego stopnia swobody (ka\
dej pary kinematycznej) jest zwykle
stosowany oddzielny system napędu.
Systemy napędu robotów i manipulatorów
Napędy elektryczne;
Napędy pneumatyczne;
Napędy hydrauliczne (hydrostatyczne);
Napędy elektrohydrauliczne.
Napędy pneumatyczne
Stosowane przy niewielkich udz
wigach ( max do 20 kg).
Pracują zwykle w układzie otwartym ( bez sprzę\
enia zwrotnego).
Pneumatyczny układ napędu robota zawiera następujące podstawowe bloki:
Blok przygotowania sprÄ™\
onego powietrza,
Blok sterowania przepływem sprę\
onego powietrza,
Blok elementów wykonawczych.
Główne zalety pneumatycznych układów napędu robota:
niski koszt,
prosta konstrukcja,
odporność na przecią\
enia i wibracje,
du\
a prędkość elementu wyjściowego napędu,
mo\
liwość pracy w środowisku agresywnym.
Wady:
du\
a ściśliwość powietrza i mała dokładność pozycjonowania, hałas, małe siły,
nagrzewanie się siłowników podczas pracy.
Napędy hydrauliczne i elektrohydrauliczne
Stosowane przy du\
ych i bardzo du\
ych udz
wigach.
Wykorzystywane w około 30% robotów przemysłowych.
Działają dokładnie jako serwonapędy.
Główne zalety:
dość du\
a szybkość działania,
du\
a dokładność pozycjonowania,
łatwość sterowania,
du\
a trwałość,
spokojny i płynny ruch.
Napęd ramienia robotu z zastosowaniem
siłownika
Działanie chwytaka z zastosowaniem
siłownika
Przykład robota z napędem pneumatycznym
Manipulator z napędem pneumatycznym
Sterowanie pneumatyczne manipulatorem
Sterowanie manipulatorów pneumatycznych
Układ na rysunku i fotografii składa się z dwóch manipulatorów
zamocowanych na wspólnej podstawie i sterowanych pneumatycznie.
Manipulator 1 (po lewej) realizuje ruchy: obrotowy (²), liniowy (z) oraz ruch
chwytaka (Ä…1).
Manipulator 2 (po prawej) realizuje ruchy liniowe (x i y) oraz ruch chwytaka
(Ä…2).
Schemat sterowania pneumatycznego
układu napędowego manipulatora 2
Chwytak
Rozdzielacz
odcinajÄ…cy
Stacja przygotowania powietrza
Opis działania na następnym slajdzie.
Działanie pneumatycznego układu napędu i
sterowania manipulatora 2
Oba manipulatory sterowane są w podobny sposób. Sprę\
one powietrze ze
sprÄ™\
arki (1) doprowadzane jest przez zespół przygotowania powietrza (2) do
bloku siedmiu rozdzielaczy (X3 ÷ X9) typu 3/2, sterowanych elektromagnetycznie.
Rozdzielacz (X3) pełni funkcję odcięcia dopływu sprę\
onego powietrza do
pozostałych sześciu rozdzielaczy.
ZaÅ‚Ä…czenie rozdzielaczy (X4 ÷ X9) pozwala na odpowiedni ruch poszczególnych
siłowników. Włączenie odpowiednio rozdzielacza (X4/X6) powoduje odpowiednio
ruch tłoka w cylindrze (MX1/MX2). Prędkość ruchu tłoków jest regulowana za
pomocą zaworów dławiących (X11/X13). Powietrze odprowadzane ze strony
tłoczyskowej siłownika przepływa przez znajdujący się w poło\
eniu neutralnym
rozdzielacz (X5/X7). Ruch powrotny siłowników realizowany jest przy włączonym
rozdzielaczu (X5/X7) a znajdującym się w poło\
eniu neutralnym rozdzielaczu
(X4/X6).
Sterowanie siłownika chwytaka (CX3). Włączenie rozdzielacza (X8) doprowadza
sprÄ™\
one powietrze i powoduje wysunięcie tłoczyska i zamknięcie chwytaka.
SprÄ™\
one powietrze utrzymywane jest w komorze roboczej siłownika dzięki
zaworowi zwrotnemu (X14) a\
do momentu przesterowania rozdzielacza (X9). Po
odprowadzeniu sprÄ™\
onego powietrza następuje otwarcie chwytaka pod wpływem
działania siły sprę\
yny.
Robot z napędem hydraulicznym
Robot NAJAD z napędem hydraulicznym posiada 5 stopni swobody i układ osi
ponumerowanych od 0 do 5.
Napęd hydrauliczny robotu
Any questions ?