1.2. Сравнительная оценка приводов

Проведем краткую сравнительную оценку приводов электрогидравлического, пневматического и электрического.

Электрогидравлический привод. Анализ моделей парка отечественных и зарубежных роботов позволяет установить, что гидравлические приводы используются в 30% промышленных роботов. Гидравлические роботы обладают, как правило, большой и сверхбольшой грузоподъемностью.

Широкое использование гидропривода в робототехнике обусловлено рядом достоинств:

- высокое быстродействие;

- использование в качестве рабочего тела несжимаемой жидкости, что позволяет получить высокую стабильность скорости входного звена при изменении нагрузки в широком диапазоне, высокую точность позиционирования, высокую частоту реверсирования движения.

- бесступенчатость регулирования скорости выходного звена;

- большой коэффициент усиления по мощности (более 1000), высокий коэффициент полезного действия при различных способах регулирования;

- малая относительная масса гидромашин;

- отсутствие дополнительных кинематических цепей между выходным звеном привода и рабочим органом робота;

- большой опыт разработки и эксплуатации гидроприводов в различных отраслях техники;

- широкая номенклатура элементов гидроприводов, выпускаемых отечественной промышленностью.

К основным недостаткам гидравлических приводов, в том числе и приводов, применяемых в робототехнических устройствах, следует отнести:

- использование в качестве рабочего тела жидкости требует создания специальных насосных установок. Вследствие требования мобильности и автономности роботов данные насосные установки должны устанавливаться в конструкции робота, что резко увеличивает массу конструкции робота;

- использование в основном рабочей жидкости на нефтяной основе исключает возможность применения роботов с таким приводом в пожаро- и взрывоопасной среде; кроме того, наличие паров жидкости на нефтяной основе плотностью 5 г/м³ (ГОСТ 12.1.005-76) является опасным для здоровья;

- ресурс рабочей жидкости ограничен, что приводит к частой смене всего объема жидкости, который в насосной установке достигает значительной величины. Это приводит к увеличению стоимости обслуживания;

- стоимость элементов данного привода выше, чем элементов пневматического и электрического приводов;

- предел рабочих температур жидкости привода ограничен (150°С), что приводит к невозможности эксплуатации его в среде с повышенной температурой; кроме того, с изменением температуры жидкости в процессе работы изменяются свойства жидкости, а следовательно, и скорость выходного звена;

Пневматический привод. Как показывает статистика, 40-50% всех выпускаемых роботов имеют пневматический привод. Промышленные роботы с пневматическими приводами обладают грузоподъемностью в среднем до 20 кг (при мощности 60-800 Вт) для одной степени подвижности. Основные преимущества пневматических приводов при использовании в промышленных роботах:

- простота и надежность конструкции;

- высокая скорость выходного звена привода: при линейном перемещении до 1000 мм/с, при вращении - до 60 об/мин;

- использование сжатого воздуха в качестве рабочего тела;

- возможность использования сжатого воздуха из заводской пневмосети с давлением 0,5-0,6 МПа;

- простое цикловое управление: позиционирование производится с помощью перенастраиваемых упоров;

- высокая точность позиционирования по точкам, определяемым жесткими упорами;

- возможность работы в агрессивной и пожароопасной среде;

- отсутствие промежуточных передаточных звеньев между выходным звеном привода и рабочим органом робота;

- высокий коэффициент полезного действия (до 0,8);

- малая относительная масса конструкции привода на единицу развиваемой мощности;

- простота компоновки элементов пневмопривода;

- низкая стоимость как конструкции привода, так и робота и малые материальные затраты на обслуживание;

- малая чувствительность к ударным перегрузкам и вибрациям;

- возможность использования сжатого воздуха как среды для передачи команд управления и построения схем автоматики на базе пневмоэлементов.

К недостаткам пневматического привода следует отнести:

- нестабильность скорости выходного звена при изменении нагрузки вследствие сжимаемости рабочего тела при малых и средних давлениях;

- ограниченность числа точек позиционирования (чаще всего две точки) в приводах с цикловым управлением; увеличение числа точек позиционирования требует использования специальных конструкций позиционирующих устройств;

- необходимость демпфирования движения выходного звена привода в конце хода, так как при больших скоростях движения выходного звена при подходе к упорам возможны сильные удары рабочего органа робота по упорам;

- наличие шума при работе привода.

Электропривод. Анализ тенденций в отечественной и зарубежной робототехнике показывает, что в последние годы все более активно в промышленных роботах используются электроприводы. Они не применяются только в роботах, предназначенных для работы во взрывоопасных средах и для работы с машинами, оснащенными гидросистемами, по соображениям унификации.

Электроприводы новых серий - это приводы с высокомоментными двигателями постоянного тока, асинхронными двигателями, бесколлекторными двигателями постоянного тока и силовыми шаговыми двигателями.

Электроприводы этих серий в большом диапазоне моментов обеспечивают повышенную максимальную скорость, имеют улучшенные массо-габаритные показатели.

Особенностями электроприводов являются расширенный (до 0,05 Н⋅м) диапазон малых моментов, повышенная (до 15⋅10³ об/мин) максимальная частота вращения, уменьшенная инерция двигателей, возможность встройки в двигатели электромагнитных тормозов и различных датчиков, а также механических и волновых передач.

Основные достоинства электроприводов следующие:

- компактная конструкция двигателей;

- высокое быстродействие;

- равномерность вращения;

- высокий крутящий момент на максимальной скорости;

- высокая надежность (степень защиты 1Р54);

- высокая точность (за счет применения цифровой измерительной системы с высокоточным импульсным датчиком);

- низкие уровни шума и вибрации;

- эксплуатация без проверки и обслуживания (использование бесколлекторных двигателей);

- взаимозаменяемость двигателей;

- компактная конструкция преобразователей;

- доступность электрической энергии.

К недостаткам можно отнести:

- наличие щеток в коллекторах двигателя постоянного тока;

- ограниченное использование во взрывоопасных средах;

- большую зависимость скорости выходного звена от нагрузки, что приводит к необходимости создания дополнительных контуров регулирования привода;

- наличие дополнительной кинематической цепи между электродвигателем и рабочим органом робота.