Roboty a manipulátory Pohony RaM I.

Prezentace na téma: "Roboty a manipulátory Pohony RaM I."— Transkript prezentace:

1 Roboty a manipulátory Pohony RaM I.
Katedra elektrotechniky a automatizace Technická fakulta, ČZU v Praze Miloslav Linda Michal Růžička Vladislav Bezouška

2 Pohony PRaM Funkcí pohonu manipulátoru i průmyslového robotu je přeměna vstupní - primární energie na mechanický pohyb. Pohon je tvořen motorem, který zprostředkovává tuto přeměnu, blokem pro ovládání energie do motoru a spojovacím blokem, který zprostředkovává vazbu mezi výstupem motoru a pohyblivou částí pohybové jednotky. Pohyb z výstupu motoru se na výstup pohybové jednotky přenáší buď přímo nebo přes transformační blok.

3 Motory robotů, požadavky
plynulý rozběh a brzdění vysoká přesnost polohování dostatečná polohová tuhost minimální hmotnost minimální moment setrvačnosti vysoký měrný výkon minimální rozměry vhodné tvarové a prostorové uspořádání

4 Motory robotů, požadavky
Plynulý rozběh a brzdění bezpečnost držení přenášeného objektu vyloučení kmitání pracovních hlavic kolem konečné polohy při pohybu s rázy je nepříznivější namáhání konstrukce a dochází k jejímu rychlejšímu opotřebení to se projevuje ve snížení spolehlivosti a životnosti zařízení.

5 Motory robotů, požadavky
Vysoká přesnost polohování Přesnost polohování pracovní hlavice je závislá vedle kinematické struktury a tuhosti její realizace na přesnosti ovládání pohonu a na způsobu registrace polohy 1. řízení pohybu bez zpětné vazby - otevřený systém 2. řízení pohybu se zpětnou vazbou - uzavřený systém

6 Motory robotů, požadavky
Dostatečná polohová tuhost Charakteristickou vlastností činnosti pohybových jednotek manipulátorů a robotů jsou přetržité vratné pohyby. Od pohonu pohybové jednotky, která je v klidu, se požaduje udržení dosažené polohy i při působení vnějších sil do určité úrovně. Polohovou tuhostí se potom rozumí schopnost pohonu udržet dosaženou polohu.

7 Motory robotů, požadavky
Minimální hmotnost Hmotnost pohonu ovlivňuje celkovou hmotnost pohybové jednotky. U sériových koncepcí kinematických struktur, kdy pohony mohou být umístěny přímo v prostoru jednotlivých pohybových jednotek ovlivňuje hmotnost pohonů dynamické chování celé konstrukce manipulátoru nebo robotu.

8 Motory robotů, požadavky
Minimální rozměry Minimální rozměry pohonu souvisí jednak s předcházejícím požadavkem na minimální hmotnost a jednak s vytvořením předpokladů pro dosažení co nejlepších manipulačních vlastností. V druhém případě jde o problém překrývání pracovního prostoru manipulátoru nebo robotu částmi jeho konstrukce.

9 Motory robotů, požadavky
Vhodné prostorové uspořádání Vhodné prostorové uspořádání pohonu ovlivňuje celkové uspořádání konstrukce manipulátoru nebo robotu a tím se podílí na pracovních možnostech celé konstrukce ve vztahu k úrovni schopností pro činnost v prostoru s překážkami apod.

10 Požadavky Příklad obvyklých parametrů v = 5m/s w = 3-8rad/s
J = kg/m2 m =0,5 až 5kg M = 70Nm Přesnost poloh.= 0,01mm Tuhost = 30000Nm/rad

11 Co se rozumí pod pojmem POHON ?
Funkční celek Řízení OVL Motor Trnansform. blok Vedení Snímače Různé varianty uspořádání Primární energie M S B T

12 Základní rozdělení podle primární energie
Mechanický Elektrický Hydraulický Pneumatický Kombinovaný

13 Základní rozdělení podle typu pohybu
Rotační Přímočaré Kyvné

14 Druhy pohonů Současný stav: 1.Stejnosměrné motory
2.Trojfázové servomotory 3.Hydraulické – extremně těžké zátěže 4.Pneumatické – jednoduché manipulátory

15 Mechanický pohon Odvozuje svůj pohyb z jiného zdroje
V podstatě se jedná o mechanický transformační blok Vačky Pákové mechanizmy Šablony Páky Řetězy Variátory Ozubená kola Hřebeny

16 Harmonická převodovka
n2 – počet zubů pružného prstence n3 – poč. zubů prstence s vnitř. ozub. 1:100

17 Hydraulický pohon Hydraulické i pneumatické pohony pracují s podobným druhem média, někdy se proto označují jako tekutinové. Z rozdílných fyzikálních vlastností kapalin a plynů se na rozdílných vlastnostech mechanismů podílí především různá poddajnost a viskozita. Jako pracovní kapaliny se v hydraulických mechanismech používají minerální oleje, pracovním médiem pneumatického pohonu je stlačený vzduch.

18 Hydraulický pohon Výhody: Nevýhody:
Obvykle nepotřebují transformační blok Snadná realizace přímočarého pohybu Jednoduché řízení Velká tuhost Plynulý a rovnoměrný chod Velká účinnost Nevýhody: Potřeba samostatného energetického bloku Problém s realizací vyšších rychlostí Závislost viskozity média na teplotě Ekologie

19 Rozdělení a použití tekutinových mechanismů
obráběcí stroje 14% stroje pro hutě a na tváření 12% stroje na pryž a plasty 7 % stavební stroje a stavebnictví 30% silniční, komunální a kolejová vozidla % zemědělské a lesnické stroje 6% dopravní stroje a zařízení 5% různé (lodě aj.) 15%

20 Základní pojmy podle ISO 5598
Hydrostatika věda a technika, zabývající se zákony ovládajícími rovnovážné podmínky v kapalině a z toho plynoucí rozdělení tlaku přímočarý i rotační pohyb velký tlak – až 45 MPa malý průtok –do 10 l/s

21 Základní pojmy podle ISO 5598
Hydrodynamika věda a technika, zabývající se zákony, kterými se řídí pohyb kapalin a síly působící proti tomuto pohybu rotační pohyb – pohon pojezdu malý tlak – do 1 až 2 MPa velký průtok

22 Grafické značky podle ČSN ISO 1219 -1

23 Grafické značky podle ČSN ISO 1219 -1

24 Grafické značky podle ČSN ISO 1219 -1

25 Grafické značky podle ČSN ISO 1219 -1

26 Úkol kapalin pro hydraulická zařízení
přenos tlakovéenergiez místa výroby (čerpadla) k místu spotřebya přeměny na mechanickou energii (hydromotor) mazánípohyblivých vnitřních částí(kluznéplochy pístů, šoupátek aj.) ochrana proti korozi přenos signálůtlakovými vlnami odvod nečistot, otěru, vody a vzduchu odvod tepla(chlazení) zejména z míst s velkým vývinem tepla.

27 Hydraulické prvky hydraulické převodníky prvky pro hrazení průtoku
čerpadla a hydromotory prvky pro hrazení průtoku jednosměrné (zpětné) ventily, hydraulické zámky a rozváděče prvky pro řízení průtoku škrticí ventily a děliče průtoku prvky pro řízení tlaku tlakové, pojistné, přepouštěcí a redukční ventily zásobníky a multiplikátory nádrž, akumulátor prvky pro vedení, těsnění, čištění a chlazení kapaliny potrubí, hadice, spoje, šroubení, filtry aj.

28 Čerpadla určují velikost průtoku
podle jeho geometrického objemu a frekvence otáčení musí překonat tlak, pokud někde v obvodu vznikne určují velikost tlaku – u hydromotorů podle jeho geometrického objemu a točivého momentu nebo síly pístnice mění mechanickou práci na proud kapaliny o určitém tlaku

29 Rozdělení čerpadel

30 Zubová čerpadla S vnějším ozubením S vnitřním ozubením

31 Zubová čerpadla s vnějším ozubením

32 Zubová čerpadla geometrický objem 2,5 až 250 cm3 tlak6,3 až 25MPa
frekvence otáčení 1000 až 4000 min-1 celková účinnost 0,8 až 0,85 pouze neregulační typ většinou evolventní ozubení čerpadla-bronzová pouzdra􀂋 hydromotory-ložiska jehlová axiální vyvážení při provozním tlaku 10 až 25 MPa radiální vyvážení

33 Zubová čerpadla s vnitřním ozubením

34 Zubová čerpadla s vnitřním ozubením

35 Zubová čerpadla geometrický objem 2,5 až 250 cm3 tlak6,3 až 25MPa
frekvence otáčení 1000 až 4000 min-1 celková účinnost 0,8 až 0,85 pouze neregulační typ pozvolnější plnění a vyprazdňování zubových mezer malé pulzace srovnatelné s pístovými axiálními převodníky nízká hlučnost

36 Lamelová čerpadla s lamelami vedenými v rotoru
s lamelami vedenými ve statoru s lamelami pevnými

37 Lamelová čerpadla s lamelami vedenými v rotoru - nevyvážené

38 Lamelová čerpadla s lamelami vedenými v rotoru - nevyvážené

39 Lamelová čerpadla s lamelami vedenými v rotoru - vyvážené

40 Lamelová čerpadla Lamely v rotoru Lamely ve statoru (rollmotor)
geometrický objem 2,5 až 250cm3 tlak6,3 až 25MPa frekvence otáčení 1000 až 4000 min-1 celková účinnost 0,65 až 0,85 Lamely ve statoru (rollmotor) geometrický objem 10 až 1600cm3 tlak10 až 32MPa frekvence otáčení 1 až 2000 min-1 celková účinnost 0,85 až 0,9

41 Axiální čerpadla podle spojení píst/výstupní hřídel
s nakloněnou deskou bez ojnic s nakloněným blokem válců a s ojnicemi podle uložení válců s rotujícím blokem se stojícím blokem podle orientace válců s přímou osou rotace s lomenou osou rotace s válci na kuželové ploše

42 Pístové axiální čerpadlo neregulační s nakloněnou deskou

43 Axiální čerpadla geometrický objem 16 až630cm3 tlak 4 až35 MPa(45)
frekvence otáčení 600 až 6000 min-1 vysoká celková účinnost 0,85 až 0,92 malá měrná hmotnost na jednotku přenášeného výkonu při lichém počtu pístů rovnoměrný tlak a průtok bez pulzací

44 Pístové axiální čerpadlo neregulační s nakloněným blokem

45 Axiální čerpadla geometrický objem 16 až630cm3 tlak 16 až35 MPa(45)
frekvence otáčení 600 až 6000 min-1 vysoká celková účinnost 0,85 až 0,92 nemožnost průchozího hřídele (pohon jiných částí)

46 Pístové axiální čerpadlo regulační

47 Axiální čerpadla geometrický objemaž 750 cm3􀂋tlak 35 (45) MPa
regulační ve velkém rozsahu regulace průtoku vyšší hlučnost citlivé na nečistoty a provozní podmínky sklon desky cca 18º, v některých případech až 45º vyšší cena

48 Radiální čerpadla – pístová s válci v rotoru

49 Radiální čerpadla – pístová s válci ve statoru

50 Radiální čerpadla – pístová s válci v rotoru

51 Pístové radiální čerpadlo
Jeden zdvih na otáčku geometrický objem 6,3 až400cm3 tlak 16 až40MPa frekv. otáčení 600 až 3000 min-1 celková účinnost 0,85 až 0,92 Křivkový geometrický objem 63 až6300cm3 tlak 10 až32MPa frekv. otáčení 10 až 600 min-1 celková účinnost 0,8 až 0,9 pro otevřené i uzavřené obvodyJeden

52 Řadová čerpadla geometrický objem 2,5 až1000cm3 tlak 2,5 až20MPa
frekv. otáčení 1000 až 4000 min-1 celková účinnost 0,8 až 0,85 průtok téměř bez pulzací nízká hlučnost Neregulační 1 vřeteno (do 4 MPa, max. 10 MPa), 0,2 MPa/stoupání více vřeten (max. 16 MPa)1,5 MPa/stoupání

53 Rozdělení hydromotorů
Přímočaré hydromotory jednočinné, dvojčinné jednostranné, oboustranné jednostupňové, vícestupňové Rotační hydromotory zubové pístové –axiální, radiální Kývavé

54 Hydromotory lineární

55 Hydromotory lineární

56 Hydromotory rotační - pístové

57 Kývavý hydromotor

58 Pojistné tlakové ventily
Jistí hydraulický obvod proti přetížení. V činnosti pouze při vzrůstu tlaku. Musí mít malé překmity tlaku (10 až 20 %), rychlou časovou reakci (20 ms), vysokou stabilitu, vysokou přesnost při uzavření. Jsou nastaveny na tlak min. o 20 % více než max. provozní tlak.

59 Pojistné tlakové ventily
Kuželka se používá pro tlaky do 32 MPa. Kulička se používá pro tlaky do 63 MPa. Pro průtok do 60 l/min.

60 Regulátory rychlosti v jednom směru

61 Rozváděče - šoupátkové

62 Rozváděče - šoupátkové

63 Možnosti zapojení rozváděčů
Paralelní Tandemové Sériové

64 Realizace logických funkcí

65 Jehlový škrtící ventil

66 Dělič průtoku

67 Čističe Drátěnésíto Spárovépletivo Štěrbinovátrubice Papírovávlákna
Papírová vlákna impregnovaná Fenolovou pryskyřicí Skleněnávlákna Kovovávlákna slinutémateriály

68 Otevřený hydraulický obvod

69 Ovládání hydraulických motorů

70 Příklad nasazení hydraulického pohonu

71 Literatura [1] Schmid D. a kol.: Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku. Europa Sobotáles.Praha, 2005. [2] Talácko J., Matička R.: Konstrukce průmyslových robotů a manipulátorů. ČVUT [3] Chvála B., Nedbal J., Dunay G.: Automatizace. SNTL/ALFA. Praha , 1985. [4] Novotný R.: Talácko J.: Pneumatické a hydraulické systémy pro automatizaci. Automa, č.1, 2002.

72 Závěr

73 Děkuji za pozornost