III. Hệ thống chấp hành.
1. Truyền dẫn cơ khí
Chuyển động tại các khớp của tay máy thờng có vận tốc thấp và momen lớn, trong khi các động cơ thờng làm việc với vận tốc lớn và momen nhỏ. Vì vậy, giữa động cơ và khớp thờng có bộ phận biến tốc sử dụng vùng làm việc có lợi nhất của động cơ, thông qua bộ phận truyền dẫn này, công suất Pm trở thành Pu và bị tổn hao một lợng Pdt do ma sát. khi chọn bộ phận truyền dẫn
Truyền dẫn Cơ khí Khuyếch đại
công suất Động cơ Nguồn điện
cần căn cứ vào công suất cần thiết, loại chuyển động của khớp và vị trí đặt động cơ so với khớp, vì bộ phận truyền dẫn không chỉ biến đổi giá trị công suất mà cả dạng chuyển động, ví dụ biến chuyển động quay của trục động cơ thành chuyển động tịnh tiến trong khớp. Nếu khéo bố trí động cơ và bộ phận truyền dẫn có thể giảm tiêu hao năng lợng. Ví dụ, nếu đặt động cơ và bộ phân truyền dẫn gần thân máy thì có thể tăng tỷ số công suất tiêu hao/ trọng lợng cơ cấu.
Trong robot thờng sử dụng các loại truyền dẫn sau:
- Cơ cấu trục vít – bánh vít có tỷ số truyền lớn, cho phép đổi phơng trục và thay đổi điểm tác dụng của lực.
- Cơ cấu vít me- đai ốc cho phép biến chuyển động quay của trục động cơ thành chuyển động thẳng tại khớp trợt. Vít me- đai ốc bi thờng đợc dùng để giảm ma sát. Thờng cơ cấu này đuợc lắp có bộ đôi để giảm khe và tăng độ cứng vững.
- Truyền động đai răng và truyền động xích cho phép đặt động cơ xa trục khớp. Lực căng đai gây tải trọng phụ nên đai thờng đợc dùng khi vận tốc chuyển động lớn và lực nhỏ. Ngợc lại, xích hay bị dao động nên thờng dùng khi vận tốc nhỏ.
Với giả thuyết chuyển động không có khe hở và không có trợt, tỷ số truyền của các bộ truyền động có khí là không đổi.
Ngày nay, ngời ta gắn trực tiếp rotor của động cơ lên trục quay của khớp mà không dùng truyền dẫn cơ khí trung gian. Điều đó loại trừ đợc ảnh hởng của biến dạng cơ khí và khe hở, giảm tổn hao năng lợng. Tuy nhiên nó đòi hỏi các giải pháp ký thuật điều khiển để duy trì quan hệ tuyến tính truyền động trong dải rộng. Truyền động trực tiếp còn cha phổ biến trong kỹ thuật robot vì lý do kết cấu
2. Động cơ
Động cơ là nguồn tạo động lực chuyển động cho các khớp. Tuỳ thuộc dạng năng lợng sử dụng, ngòi ta dùng các loại động cơ khí nén, động cơ thuỷ lực và động cơ điện. Công suất và động cơ P là do tổn hao cơ khí, thuỷ lực hoậc khí nén. Trong kỹ thuật robot ngời ta thờng dùng các động cơ công suát từ vài chục wats đến hàng chục kilowat. Do đặc điểm sử dụng trong robot, chẳng hạn yêu cầu ‘bám sát” quỹ đạo thiết kế, định vị chính xác ... các động cơ phải có các tính chất sau:
- Có khả năng chịu quá tải và lực xung
- Có khả năng gia tốc tốt
- Dải tốc độ làm việc rộng ( 1ữ 10.000v/ph)
- Độ chính xác định vị cao (ít nhất 1/1000 vòng tròn)
- Có thể làm việc trơn tru ở vận tốc thấp
Động cơ khí nén khó đáp ứng các yêu cầu trên, vì không thể khắc phục tính nén đợc của môi truờng thể khí. 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. Động cơ servo khác các loại động cơ bình thờng khác ở chỗ nó đợc điều khiển tự động bằng 1 hệ thống điều khiển điện từ có phản hồi. 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 servo có đặc tính động lực học tốt, đồng thời kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy nên ngày càng đợc u dùng. Động cơ điện một chiều cổ điển không đợc a chuộng vì có bộ góp điện gây nhiều phiền phức khi sử dụng đã đợc thay bằng động cơ điện một chiều không cổ góp (Brushless DC Servomotor). 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.
Động cơ thuỷ lực có các đặc tính động lực học tơng đơng với động cơ điện, có thể trục tiếp sinh ra chuyển động thẳng và chuyển động quay.
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 dụng.
Về phơng diện đó, động cơ điện có u điểm sau:
- Dễ cung cấp năng lợng, vì hệ thống cấp điện có ở khắp nơi. - Giá rẻ, chủng loại phong phú và dải công suất rộng.
- Hiệu suất biến đổi năng lợng cao. - Dễ sử dụng và dễ chăm sóc.
- Không gây ô nhiễm môi trờng.
Bên cạnh đó chúng có các nhợc điểm sau:
- Phát nóng ở trạng thái tĩnh hoặc khí ở tốc độ thấp, vì vậy thờng phải dùng phanh.
- Cần bảo vệ đặc biệt nếu làm trong môi trờng dễ cháy. Ngợc lại động cơ thuỷ lực có các u điểm sau:
- Làm việc tốt ở trạng thái tĩnh và tốc độ thấp mà không phát nóng. - Tự bôi trơn và tản nhiệt tốt nhờ lu thông của chất lỏng trong khi làm việc.
- An toàn trong mọi môi trờng.
- Có công suất riêng theo trọng lợng cao. Bên cạnh đó, chúng có các nhợc điểm sau: - Cần trạm cung cấp thuỷ lực riêng.
- Đắt tiền, ít chủng loại, khó lắp đặt, khó chăm sóc và bảo trì. - Hiệu suất biến đổi năng lợng thấp.
-Dễ gây ô nhiễm môi trờng do dầu trong hệ thống bị rò khi vận hành hoặc có dầu thải khi bảo dỡng, sửa chữa.
Xét về khía cạnh điều khiển và vận hành, động cơ điện dễ điều khiển và có thể thay đổi chế độ làm việc một cách linh hoạt. Đặc tính động lực hoặc của động cơ thuỷ lực còn phụ thuộc vào nhiệt độ dầu. Động cơ điện làm việc tốt ở tốc độ cao và tải trọng nhỏ nên thờng truyền động trực tiếp.