Пневматические сервосистемы

Пневматические сервомеханизмы используются в качестве приводов промышленных роботов сравнительно реже, чем электрические или электрогидравлические. Причиной тому являются такие недостатки пневматических приводов, как невысокая точность позиционирования, невысокая выходная мощность, большое количество фрикционных и других нелинейных элементов. Тем не менее в робототехнике пневматические устройства достаточно широко используются в качестве простых приводных элементов. В частности, их удобно применять для управления открытием-закрытием захватного механизма, а также в качестве приводов для простых дешевых роботов, область применения которых не предъявляет слишком высоких требований к точности позиционирования.

Кроме того, следует иметь в виду, что пневматические сервомеханизмы помимо недостатков обладают и целым рядом важных преимуществ. Поэтому по мере продвижения исследований пневматических сервомеханизмов можно ожидать возникновения условий для расширения области их применения. Перечислим основные из упомянутых достоинств пневматических сервомеханизмов:

● отсутствие загрязнения рабочего места;

● простота обслуживания;

● большая выходная мощность по сравнению с электроприводами той же массы;

● плавность перемещений, обусловленная хорошей сжимаемостью воздуха;

● возможность управления силой, развиваемой на выходе сервопривода, а также простота построения двухсторонних пневматических сервосистем.

Если бы при наличии отмеченных достоинств удалось каким-то образом повысить точность управления позицией и скоростью движения пневматических сервомеханизмов, то лучших приводов для промышленных роботов трудно было бы желать.

Структура пневматического сервомеханизма практически полностью совпадает со структурой гидропривода. Устройство типичного пневматического сервораспределителя показана на рис. 3.23. Применение в этом сервораспределителе симметричного устройства сопло-заслонка еще больше усугубляет его сходство с аналогичной системой для гидравлических приводов. На рис. 3.24, а приводится рабочая характеристика пневматического сервораспределителя, представляющая собой зависимость давления воздуха в канале сопло-заслонка от управляющего тока. Устройство показанного в схеме (рис. 3.23) релейного блока детально изображено на рис. 3.24, б.

Рис. 3.23. Принцип работы пневматической сервосистемы. 1 - пневмоцилиндр; 2 - потенциометр; 3 - опорная точка; 4 - измеритель давления воздуха; 5 - электрический задающий сигнал; 6 - постоянный магнит; 7 - сервоусилитель; 8 - воздушный сердечник: 9 - источник питания (100 В, 50/60 Гц); 10 - балансир; 11 - пружина для установки нуля: 12 - пружина для регулирования коэффициента усиления; 13 - заслонка; 14 - сопло; 15 - реле; 16 - сервораспределитель TSV-212; 17 - источник сжатого воздуха давление 4-7 кгс/см²). DC - постоянный ток

Рис. 3.24. Устройство пневматической сервосистемы. а - рабочая характеристика пневматической сервосистемы (зависимость давления воздуха в цилиндре от силы тока входного задающего сигнала); б - устройство релейного блока сервосистемы

Итак, из нашего очень краткого изложения нетрудно сделать вывод, что основные структурные элементы пневматического и гидравлического сервомеханизмов имеют практически одинаковое внутреннее строение. Однако, чтобы пневматические приводы превратились в перспективный тип исполнительных устройств, предстоит разработать простые по своему устройству специализированные пневматические сервосистемы, в которых были бы устранены все обусловленные большой сжимаемостью воздуха негативные моменты и в то же время сохранились связанные с этим свойством достоинства пневматических механизмов. Начатые недавно исследования этих проблем в настоящее время интенсивно развиваются, и на их результаты возлагаются большие надежды.