Гидравлические приводы
В то время, когда более двух десятилетий назад были применены первые роботы «Юнимейт», они двигались под сопровождение лязга и жалобного воя гидравлического приводного механизма. Гидравлический привод казался естественным подходом: имевшийся контроллер был относительно примитивным, требовавшаяся нужная нагрузка для робота была выше той, которая, казалось, доходила для электрических моторов, а управляемые вручную гидравлические устройства подобного рода десятилетия использовались, к примеру, в мостовых кранах, тракторах (для заднего хода).
Преимущества гидравлических совокупностей заключаются в их способности создавать громадные упрочнения при относительно малых размерах аккуратного механизма за счет большого давления жидкости, приблизительно в сто раз превышающего атмосферное. Насосное оборудование громоздко, но жидкость направляется по трубопроводу малого сечения для обеспечения перемещения узла робота с применением относительно маленького устройства.
Помимо этого, жидкость (разновидность минерального масла) владеет свойством при перемещении составных частей гидравлической совокупности смазывать их. При огнеопасной обстановке масло заменяется невоспламеняемой жидкостью, к примеру смесью двухатомного спирта с водой.
При больших рабочих температурах, к примеру в литейных цехах, в качестве гидравлических жидкостей применяют сложные эфиры фосфорной либо кремниевой кислоты.
В конструкциях роботов используют устройства и различные методы для преобразования большого давления гидравлической жидкости в нужное перемещение. По большей части это гидравлические поршни, снабжающие линейные (с определенной длиной) либо вращательные перемещения между заданными точками, гидравлические моторы постоянного вращения. Роторный лопастной аккуратный механизм — разновидность гидравлического поршня — рекомендован для обеспечения вращения менее чем на один оборот.
Механизмы складываются из одной либо более лопастей (в большинстве случаев одной для роботов), закрепляемых на центральном валу радиально, и вращаются в корпуса под действием подаваемой в камеру жидкости. Лопасть (связанная с валом) будет Двигаться, пока не займет требуемое угловое положение. Перемещение назад осуществляется благодаря подаче жидкости в другую камеру с противоположной стороны лопасти.
Гидравлические цилиндры снабжают кроме этого линейное перемещение за счет подачи масла с одного либо другого финиша цилиндра с поршнем в.
Рис. 1. Роторный лопастной аккуратный механизм
Рис. 2. Гидравлический цилиндр
Рис. 3. Гидравлический шестереночный мотор-насос
Вид гидравлического мотора зависит от требований и стоимости эксплуатации робота. На практике нехарактерно применение гидравлических моторов для роботов, потому, что потребность в сложном передаточном механизме может свести на нет преимущества гидравлики.
В некоторых конструкциях мотора гидравлические цилиндры прикреплены к ведущему колесу для преобразования возвратно-поступательного перемещения во вращательное (к примеру, как в паровозах либо поршнях двигателей внутреннего сгорания). На рис. 3 продемонстрирован принцип работы мотора, в то время, когда жидкость подается в небольшой зазор между корпусом двумя взаимосцепленны-ми шестернями. Так как жидкость неимеетвозможности пройти между шестернями, она обходит их у поверхности корпуса (в зазорах между вершинами зубьев).
Именно поэтому шестерни вращаются.
Третья разновидность гидравлического мотора продемонстрирована на рис. 4. В данной конструкции последовательность подрессорных лопастей размещен на роторе на финише выходного вала. Ротор расположен эксцентрично в цилиндрического корпуса.
Так, подрессоренные лопасти выталкиваются, образуя последовательность камер. Но, потому, что ротор расположен эксцентрично с камерой, то по мере сг0 вращения заданная камера будет изменять размеры, фактически сходя на нет в месте, где ротор ближе всего подходит к корпусу. При таком размещении масти), поступившее с одной стороны корпуса, не в состоянии пройти за точкой, где ротор ближе всего к корпусу, но, толкая лопасти (и ротор), масло может пройти через мотор через громадные камеры.
Выбор гидравлического привода для применения в конструкции робота зависит от многих факторов, но чем несложнее привод, тем лучше. Несложный гидравлический цилиндр (надежный и недорогой) довольно часто используется для всех совокупностей и употребляется как гидравлический привод, или конкретно двигающий телескопический узел, или снабжающий вращение при помощи действия на рычаг. На рис. 5 продемонстрирован робот-манипулятор, вращение плеча А’ которого осуществляет цилиндр А, предплечья В’ — цилиндр В.
В случае если требуются более высокие динамические характеристики, то пользуются одной из конструкций гидравлического мотора с совокупностью зубчатых передач. Не смотря на то, что данный привод энергетически удачен и снабжает хорошие эксплуатационные качества, цена его намного больше и, будучи механически более сложным, он менее надежен. Следовательно, возрастут и эксплуатационные затраты.
Рассмотренные три вида гидравлических приводных устройств разрешают сделать вывод, что любая из этих конструкций может эксплуатироваться в качестве гидравлического насоса. Подобно поршневому насосу может функционировать и поворотное колесо, которое при помощи электрического мотора всасывает и откачивает масло посредством линейного поршня (принцип действия велосипедного насоса). Уменьшить пульсацию на выходе возможно, применяя пара поршней, любой из которых прикреплен к разным точкам около колеса.
Рис. 4. Гидравлический лопастной мотор-насос
Рис. 5. Гидравлическая рука, вращающаяся посредством гидравлических цилиндров
Вращение двух шестерен во втором виде мотора разрешает применять его как насос. Масло из подводящего к корпусу патрубка попадает в зазоры между корпусом и впадинами зубьев и после этого по мере вращения шестерен выбрасывается через выходные отверстия. На этом основана работа ротора в лопастном моторе, где масло засасывается в расширяющиеся камеры у входного отверстия, а после этого выталкивается, когда камеры начинают сжиматься у выходного отверстия.
Рассмотренные насосы смогут употребляться для обеспечения приведения и необходимого давления жидкости в воздействие гидравлического робота. На практике поршневой насос используется для удвоения давления в некоторых вторых моделях (давление достигает нескольких сот килограммов на квадратный сантиметр). В большинстве роботов применяют либо шестереночный насос (в большинстве случаев для совокупностей, предназначенных для исполнения легких работ), либо лопастной (для трудных работ).
Не обращая внимания на большое давление, гидравлические насосы в роботах в большинстве случаев не в состоянии подавать боль-той количество масла в заданный отрезок времени. Однако при в то время, когда телескопическому поршню нужно на полной скорости пройти с большим ходом за маленький период, гидравлической совокупности требуется жидкости больше, чем может дать насос. Расход жидкости пополняется за счет хранящейся под большим давлением жидкости в гидравлическом аккумуляторе.
Насос либо нагнетает масло в накопительный подрессоренный поршень, либо поддерживает масло под нужным давлением при помощи газа большого давления, действующего на диафрагму. Данный аккумулятор после этого питает оставшуюся часть совокупности.
В то время, когда потребность в гидравлической жидкости превышает производительность насоса, количество жидкости в аккумуляторе, находящейся под большим давлением, убывает. Но такая неожиданная потребность крат-ковременна (в следующий момент роботу, возможно, нужно будет бездействовать в течение нескольких секунд), так что насос скоро сможет вернуть истощенный аккумулятор.
аккумуляторная батареи, используемые в роботах типа «Юнимейт-200», отличаются от гидравлических насосов тем, что увеличивают скорость расхода масла более чем втрое. Преимуществом гидравлических совокупностей есть свойство их «запасать» энергию и так справляться с появляющимися колебаниями нагрузки. Но это преимущество частично понижается, поскольку гидравлический робот применяет одно да и то же большое давление, кроме того поднимая всего пара граммов.
Помимо этого, насос, аккумулятор, остальная часть и исполнительные механизмы гидравлической совокупности робота всегда усложняются. К примеру, объединяются пара клапанов как для управления направлением и расходом жидкости, так и для регулирования давления.
Чтобы не было повреждения совокупности в состав включают совокупность сброса давления, которая разрешает жидкости течь обратно от любого аккуратного механизма через клапан сброса давления, в случае если (быть может, по причине того, что рука пробует поднять через чур тяжелый груз) давление жидкости встанет выше заданного значения, подобно действию клапана в скороварке. Но гидравлическая жидкость не должна вырываться наружу, она обязана возвращаться по трубам в резервуар для гидравлической жидкости.
То же самое применимо для жидкости, вытесняемой действующим аккуратным механизмом (нагнетание жидкости в одну камеру поршня, конечно, выталкивает ее из второй). Так, для всей совокупности обязана иметься сеть трубопроводов для возврата жидкости.
Клапаны сервоуправления нужны для управления потоком как жидкости большого давления к аккуратному механизму, так и жидкости низкого давления обратно. Следовательно, задача электрического клапана— в один момент закрывать либо открывать две трубы. Но для обратного действия устройства клапан обязан «обменивать» конечное назначение двух труб (к примеру, связывать линию большого давления с одной из двух камер линейного аккуратного механизма).
Такие селекторные клапаны, в большинстве случаев, достаточно дороги.
Цена клапанов, в большинстве случаев, не уменьшается с уменьшением их размеров. Так, в маленьких роботах они смогут стать весьма дорогими. Другие неприятности, которые связаны с гидравликой (такие, как низкие температуры, увеличивающие вязкость жидкости и талантливые сделать робот «вялым»), делают гидравлические приводы роботов для многих приложений менее привлекательными, чем электрические.
Сравнительно не так давно, но, предполагалось, что электрореологические (ЭР) жидкости имели возможность бы, наконец, решить эту проблему в робототехнике. Эти так именуемые жидкости-джемы складываются из суспензии небольших неметаллических частиц (диаметром около одной тысячной доли миллиметра) в масляной среде.
При обычных условиях суспензии ведут себя, как классические жидкости, но при действии на них большого электрического напряжения они срочно «мёрзнут» в электрического поля и ведут себя, как жёсткое тело. Такая стремительная смена состояния (в одном из направлений) может случиться в пределах миллисекунды.
Это свойство электрореологических жидкостей возможно было бы применять для сложных недорогих клапанов. Оптимальные условия для электрореологического результата, как было установлено, появляются при подаче напряжения 2000 В через щель диаметром 1 мм. Осуществлять контроль расход ЭР-жидкости через трубу возможно было бы легко, если бы она протекала между двух пластин, закрепленных параллельно, и взаимодействовала бы с электронной совокупностью, управляющей роботом.
При отсутствии напряжения на пластинах жидкость проходила бы вольно. Но при подаче напряжения она затвердевала бы между пластинами и блокировала поток. При наличии двух отдельных клапанов, размещенных на одном из разветвлений вилки гидравлического трубопровода, было бы легко отвести поток жидкости по одному из двух дорог несложным переключением напряжения с одной группы пластин на другую.
На данный момент считается, что фактически такие совокупности смогут показаться лишь через пара лет.
