4.1. Функциональная схема электропривода

Электропривод современного ПР представляет собой комплекс приводов, каждый из которых управляет определенной степенью подвижности робота.

На рис. 4.1 показано схематическое изображение электроприводного робота HdS05/06 (фирма "GdA", ФРГ); цифрами 1-6 обозначены степени подвижности робота. Рассмотрим на примере данного робота наиболее распространенную функциональную схему электропривода (рис. 4.2). Аналогичными электроприводами снабжены широко распространенные роботы "Кука", "Сфера", РПМ-25 и др. [10]. Все шесть электроприводов (ЭП1-ЭП6) управляются от общего центрального вычислительного устройства (ЦВчУ), которое решает траекторные задачи движения робота и выдает управляющие сигналы на цифровые регуляторы положения (ЦРП1-ЦРП6) отдельных приводов. Цифровые регуляторы положения управляют сервоприводами (СП1-СП6) в соответствии с сигналами от ЦВчУ и датчиков угла (ДУ).

Рис. 4.1. Универсальный электромеханический промышленный робот Hds 05/06

Рис. 4.2. Функциональная схема электромеханического робота

Особенностями электроприводов ПР являются:

1) широкий диапазон регулирования по скорости и позиционированию, высокие требования к динамике движения и точности слежения;

2) работа в широком диапазоне изменения моментов нагрузки;

3) длительная работа двигателей в заторможенном режиме.

Указанная специфика относится как к комплексу электроприводов ПР, так и к отдельным электроприводам, схемы которых по существу различаются лишь мощностями исполнительных и соответственно управляющих элементов. В остальном они построены по общей схеме (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Функциональная схема электропривода робота

Данная функциональная схема электропривода представляет собой аналого-цифровую систему автоматического управления. В ней сочетаются преимущества комбинированной аналоговой системы, работающей по принципу трехконтурной системы подчиненного регулирования, с достоинствами цифровой системы (высокая точность цифровых датчиков, удобство программирования работы и т. д.).

Первый контур образован двигателем (М) с преобразователем (ПР) и регулятором тока (РТ). Во второй контур входят, кроме того, датчик скорости (ДС) и регулятор скорости (PC). В третий контур дополнительно входят датчик угла (ДУ) и ЦРП.

В качестве регуляторов тока и скорости используются чаще всего аналоговые операционные усилители, с помощью которых легко реализуется требуемый закон управления [9]. Датчик скорости может быть как аналоговым, так и цифровым. В ряде случаев применение датчика скорости вообще нецелесообразно, поскольку сигнал об изменении скорости может быть вычислен в цифровом регуляторе положения путем дифференцирования сигнала с датчика угла.

Таким образом, анализ функциональных схем, приведенных на рис. 4.2, 4.3, показывает, что независимо от конкретной схемы электропривод ПР состоит из следующих элементов: исполнительного элемента (двигателя); преобразователя; датчиков обратной связи по току, скорости и углу; регуляторов тока, скорости и угла (положения).

Анализ современных тенденций в производстве электроприводов отечественными и зарубежными фирмами показывает, что большинство из них выпускают в настоящее время сервоприводы, которые конструктивно объединяют двигатель, преобразователь, датчики и регуляторы скорости и тока.

Детальное изучение структуры и функциональных особенностей цифровых регуляторов положения и центрального вычислительного устройства выходит за рамки настоящего учебного пособия. Однако их реальные характеристики будут учтены при последующих расчетах динамики электроприводов.