Đặc điểm động cơ điện trong robot công nghiệp

Động cơ điện và điều khiển động cơ

Tuy nhiên so với truyền động thuỷ khí thì truyền động điện có tỷ lệ thấp giữa công suất truyền trên một một đơn vị khối lợng và thông thờng đòi hỏi kèm theo hộp giảm tốc cồng kềnh vì trong tay máy tốc độ quay rất chậm. Trong kỹ thuật robot về nguyên tắc có thể dùng động cơ điện các loại khác nhau, nhng trong thực tế chỉ có hai loại đợc dùng nhiều hơn cả. Ngày nay do những thành công mới trong nghiên cứu điều khiển động cơ xoay chiều, nên cũng có xu hớng chuyển sang chuyển sử dụng động cơ.

Khả năng điều chỉnh tốc độ dễ dàng trong dải rộng và có cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản. Khi điều chỉnh tốc độ 0 đến tốc độ định mức bằng cách giữ từ thông không đổi và tác động vào điện áp phần ứng U thì momen sẽ không đổi, còn công suất tăng theo tốc độ. Khi điều chỉnh tốc độ từ 0 đến tốc độ định mức bằng cách tác động lên từ thông và giữ điện áp phần ứng không đổi thì công suất không đổi, còn momen giảm theo tốc độ.

Động cơ bớc

Ưu điểm lớn nhất của động cơ bớc trong điều khiển vị trí là không cần phản hồi ( khi điều khiển chính xác số bớc quay của động cơ, đếm số bớc có thể xác định vị trí chính xác mà không cần đến phản hồi vị trí) và điều khiển số trực tiếp ( ghép nối trực tiếp với máy tính). Với khả năng điều khiển số trực tiếp, động cơ bớc trở thành rất thông dụng trong các thiết bị hiện đại nh robot công nghiệp, máy công cụ điều khiển số, các thiết bị ngoại vi của máy tính nh trong máy in, bộ điều khiển bộ đĩa máy vi tính, máy vẽ. Trong tất cả các hệ thống tự động, thiết bị tiếp nhận thông tin về diễn biến của môi trờng và về diễn biến của các đại lợng vật lý bên trong hệ thống.

Trong robot công nghiệp, các thiết bị cảm biến trang bị cho robot để thực hiện việc nhận biết và biến đổi thông tin về hoạt động của bản thân robot và của môi trờng, đối tợng mà robot phục vụ. - Cảm biến ngoại tín hiệu ( external sensor) cung cấp thông tin về đối tác và môi trờng làm việc phục vụ cho việc nhận dạng các vật xung quanh, thực hiện di chuyển hoặc thao tác trong không gian làm việc. Để thực hiện nhiệm vụ các loại cảm biến nội tín hiệu và ngoại tín hiệu nói trên, có thể dùng nhiều kiểu cảm biến thông dụng hoặc chuyên dụng.

Khái niệm chung về hệ điều khiển tự động

Hệ thống điều khiển robot. 2.Nguyên tắc điều khiển :. a) Thông thờng có 3 nguyên tắc điều khiển cơ bản 1.Nguyên tắc điều khiển theo độ sai lệch. 3.Nguyên tắc điều khiển hỗn hợp theo độ sai lệch và bù nhiễu Sơ đồ về hệ thống điều khiển theo nguyên tắc hỗn hợp.

Hệ thống chấp hành

Để thực hiện quan hệ chung, kí hiệu Pc là tín hiệu điều khiển (thờng là tín hiệu điện); Pu là công suất cơ học cần thiết để làm chuyển động khớp. Các đại lợng trung gian, gồm công suất điện cung cấp cho động cơ (điện, thuỷ lực hoặc khí nén) Pa : công suất nguồn Pp (thờng có cùng bản chất vật lý với Pa); công suất cơ học do động cơ phát ra Pm ngoài ra còn có các loại công suất tổn hao trên các khâu trung gian: khuyếch đại công suất,. Chúng thờng chỉ đợc dùng cho các chuyển động đóng mở, ví dụ dùng cho tay khớp hoặc chuyển động điểm Động cơ điện gồm các loại động cơ một chiều, xoay chiều thông dụng và động cơ servo, trong đó động cơ servo đợc dùng phổ biến hơn cả.

Tín hiệu phản hồi đợc lấy từ sensor vận tốc hoặc sensor vị trí, giám sát liên tục chuyển động tơng đối giữa rotor và stator, từ đó sinh ra tín hiệu điều khiển tốc độ và chiều quay của rotor. Động cơ bớc, do đó công suất nhỏ, độ chính xác thấp ( do không có mạch phản hồi vị trí, do đặc tính động lực học phụ thuộc tải trọng, thậm chí có hiện tợng “bỏ bớc” khi tải trọng lớn), nhng lại rẻ tiền nên đợc dùng cho những nơi không đòi hỏi độ chính xác điều khiển cao. Mặc dù, về đại thể, bản thân động cơ điện và động cơ thuỷ lực có đặc tính động lực học tơng đơng nhau, nhng chúng khác nhau về đặc điểm sử dông.

Công suất cung cấp tỷ lệ với tín hiệu điều khiển Pc và thờng lớn hơn công suất điều khiển nên bộ biến đổi này có tên là bộ khuyếch đại công. Đối với động cơ, bộ biến đổi thờng phải tiến hành biến điện năng dới dạng xoay chiều thông dụng, ví dụ 230/380V - 50Hz thành điện một chiều (cho động cơ một chiều) hoặc thành điện xoay chiều với điện áp và tần số thích hợp ( cho động cơ xoay chiều). Để điều khiển động cơ xoay chiều không đồng bộ, có thể dùng bộ biến đổi bề rộng (pulse width modulatỏ) hoặc bộ biến đổi tần số (frequency modulator hay frequencys inverter).

- Điều khiển chuyển động của các cơ cấu cơ khí (manipulation ability) - Thu nhận thông tin về trạng thái của hệ thống và về môi trờn công tác. Các modul trên tự động liên kết với nhau theo nhiệm vụ, đợc quy đinh trong chơng trình và có tính dến khả năng thích ứng của hệ thống trong tình huống cụ thể. Tính đến cờng độ trao đổi thông tin giữa các modul với nhau và giữa hệ thống với ngời vận hành cần có bộ nhớ chung dể l trữ các thông tin ban đầu và thông tin cập nhật của hệ thống và môi trờng.

- Cấp chiến lợc (action level) giải quyết phơng thức hành động chung, ví dụ hệ toạ độ, vị trí của phần công tác, các điểm phải đi qua mà nội suy sẽ sử dụng. Nhợc điểm cơ bản của bộ điều khiển này là tốc độ xử lý chậm, dung lợng bộ nhớ thấp điều này làm hạn chế khả năng lập trình cũng nh hạn chế số vị trí trong vùng không gian làm việc của robot. Các chơng trình này cho phép máy tính nhận và chuyển thông tin với các mạch giao tiếp cảm biến, mạch giao tiếp của các c cấu tác động, mạch truyền thông nối tiếp.

Mô tả các vật thể

Các vật thể gọi là các đối tác của robot trong công việc và các thiết bị và. Các vật thể có cấu trúc hỗn hợp (combination) có thể mô tả bằng cách ghép nối các khối cơ bản. Khối hình vật thể xoay tròn đợc đặc trng bằng toạ độ tâm và bán kính của hình tròn các tiết diện.

Khối hình vật thể đa diện đợc đặc trng bằng toạ độ các điểm góc cạnh của nó. Khi mô tả các vật thể trong môi trờng làm việc, cũng nh khi mô tả quá. Cho một vật thể đa diện trong hệ toạ độ cơ sở xyz nh hình 5-2.

Có thể lập ma trận mà mỗi cột là một véctơ mở rộng biểu thị một điểm góc của tam trụ. Nh vậy dễ dàng xác định ma trận V biểu thị vật thể sau các phép biến.

Mô tả nhiệm vụ

Nhiệm vụ nói trên có thể mô tả bằng một dãy liên tục các vị trí thao tác sau ®©y. Dùng phơng pháp toán đồ chuyển đổi để mô tả nhiệm vụ tại các vị trí thao tác, nh trình bày trên hình 5- 8. T6 - Mô tả vị trí trạng thái của điểm cuối của cánh tay robot trong hệ toạ.

Nói đến vị trí trạng thái là nói đến vị trí và hớng của hệ toạ độ gắn với vị trí đang khảo sát. Với cách mô tả đó, khi mô tả vị trí robot thì chỉ cần thay đổi Z và khi thay đổi công cụ thao tác thì chỉ cần thay đổi E. PG- Mô tả vị trí trạng thái của bàn kẹp đang kẹp chốt so với chốt PD- Mô tả vị trí trạng thái của bàn kẹp bắt đầu mang chốt đi H- Mô tả vị trí trạng thái của hộp thân máy có hai lỗ.

HRi- Mô tả vị trí trạng thái của lỗ thứ i trong hộp thân máy so với hệ toạ độ H. PHA- Mô tả vị trí trạng thái của chốt đang hớng tới lỗ thứ i PCH- Mô tả vị trí trạng thái của chốt khi chạm vào lỗ. PAL- Mô tả vị trí trạng thái lúc bắt đầu đợc lắp vào lỗ PN- Mô tả vị trí trạng thái của chốt khi lắp vào lỗ.

Trong trờng hợp này thờng sử dụng kết hợp với các biện pháp khác, ví dụ, phơng pháp dạy học cho robot. Trên hình 5-9 trình bày 3 hệ toạ độ Z, P và H gắn liền tơng ứng với robot, chiếc chốt và thân hộp có hai lỗ. Vậy vị trí trạng thái của chốt khi đã lắp vào lỗ có độ sâu là 4 đợc mô tả.

Tiếp theo xác định các ma trận chuyển đổi khác các từ quan hệ cấu trúc ở các vị trí thao tác khác nhau của robot nh đã đợc mô tả ở trên.