Для инновационного развития всех сфер робототехники необходимы молодые специалисты, способные креативно мыслить, разрабатывать, проектировать, внедрять и эксплуатировать сложные системы интеллектуального управления и роботизированные комплексы.
Курс "Инновации в промышленности: мехатроника и робототехника" рассчитан на студентов технических специальностей, а также тех, кто интересуется робототехникой.
Мехатроника и робототехника охватывает очень широкий круг вопросов, и одному человеку трудно охватить и глубоко изучить все области исследования роботов. Данный курс поможет слушателям сориентироваться и выбрать для дальнейшей своей работы конкретное направление:
изучение структуры и кинематики роботов, приводы роботов, управление и программирование, организация современного высокоэффективного роботизированного производства, применение систем автоматизированного проектирования изготовления деталей на станках с ЧПУ и технологической подготовки производства и др.
Слушатели должны иметь знания по физике и математике в объеме школьной программы.
Умение ориентироваться в математических и физических терминах, умение читать формулы, знание базовых физических единиц и их обозначений, понимание основ механики поможет слушателям успешно пройти данный курс.
Курс состоит из 6 модулей. Каждая модуль курса содержит видеолекции, в конце каждой лекции – тестовые вопросы для самопроверки своих знаний.
Каждый модуль заканчивается выполнением тестового задания из 10 вопросов. Это задание является важным для прохождения курса. Слушателю необходимо правильно ответить не менее чем на 7 из 10 вопросов. Сертификат получают слушатели, набравшие от 70 % и выше от максимально возможного количества баллов (100 %) за весь курс. При этом итоговый результат складывается из результатов тестовых заданий по всем модулям.
The course "Innovations in industry: mechatronics and robotics" may be interesting for students of engineering specialties who will learn to apply their knowledge in a new area.
Mechatronics and Robotics covers a wide range of issues, and it is difficult for one person to reach deep and explore all areas of robot research. This course will help students to navigate and choose the specific direction for their further work:
the structure and kinematics of robots, robot actuators, control and programming, the organization of modern highly robotized production, the use of CAD/CAM systems, manufacturing of parts on CNC machines and technological preparation of production.
Из урока
Модуль 2
Модуль посвящен знакомству с конструкциями манипуляторов промышленных роботов, захватных устройств и приводов. В качестве примера подробно рассматривается структура и исполнительные приводы робота «Робин РСС-1 Сфера». Завершается модуль темой по аналитическому определению кинематических характеристик манипулятора. В конце каждой лекции модуля слушателям предлагается проверить знания, отвечая на вопросы (без оценивания), а по завершению модуля – выполнить тестовое задание из 10 вопросов.
Михаил Владимирович Горбенко (Mikhail V. Gorbenko)
Кандидат технических наук, доцент кафедры теоретической и прикладной механики (PhD, Associate Professor of the Department of Theoretical and Applied Mechanics) Институт Природных ресурсов Томского политехнического университета (Institute of Natural Resources of Tomsk Polytechnic University)
Татьяна Ивановна Горбенко (Tatiana I. Gorbenko)
Кандидат физико-математических наук, доцент кафедры прикладной газовой динамики и горения (PhD, Associate Professor of the Department of Applied Gas Dynamics and Combustion) Физико-технический факультет Томского государственного университета (Faculty of Physics and Engineering of Tomsk State University)
[ЗАСТАВКА] Здравствуйте, уважаемые слушатели.
Задумывались ли вы, что без привода нет робота?
Приводы — это мышцы робота.
Итак, приводы промышленных роботов.
Под приводом понимается совокупность технических средств — это двигатель,
передаточные механизмы, аппаратура управления,
которые предназначены для приведения в движение всех звеньев манипуляционной
системы схвата и рабочего органа в соответствии с теми требованиями,
которые предъявляются к производственому процессу.
В функциональном отношении привод стоит между устройством управления
промышленного робота и звеньями манипуляционной системы.
Силовыми модулями манипуляторов промышленных роботов служат различные типы
приводов, и в них используются практически все разновидности электрических,
гидравлических и пневматических двигателей.
К двигателям, применяемым в приводах роботов,
предъявляются следующие требования: это минимальный вес и габариты;
повышенные энергетические, статические и динамические характеристики;
легкость регулирования в широком диапазоне скоростей; реверсивность,
то есть смена направления движения; быстродействие; надежность; низкий
шум; удобство монтажа, ремонта и обслуживания.
Кроме того, от приводов требуется большой ресурс и
обеспечение плавности движений во всех степенях подвижности.
Поскольку в манипуляторе требуется обеспечить движение нескольких звеньев,
то должна быть взаимосвязанная групповая работа приводов всех степеней
подвижности робота.
Существует большое количество вариантов конструктивного исполнения приводов.
По типу конструктивного исполнения привод промышленного робота может
быть: стационарным, когда двигатель устанавливается на основание робота,
а движение исполнительным органом манипулятора передается через устройство
отбора мощности и систему передач; привод может быть многодвигательным,
когда каждое звено манипулятора приводится в движение индивидуальным
двигателем через свою систему передач; привод может быть комбинированным,
когда имеет место сочетание основного привода с приводами,
приводящими в действия отдельные звенья манипулятора и его рабочий орган.
С точки зрения размещения двигателей, система может быть: вынесенной —
когда двигатели все вынесены на основание робота; может быть распределенной,
в этом случае двигатели размещены на предыдущем
звене или непосредственно на приводимом в движение.
С этой точки зрения, наиболее удобны электродвигатели,
так как в пневматических, гидравлических возможна утечка
рабочего тела или же нужна специальная станция питания,
компрессорные станции или внутрицеховые пневмо или гидромагистрали.
Электродвигатели же не требуют промежуточного энергоносителя.
Они легко регулируются по скоростям и проще других в цеховой эксплуатации.
В конце прошлого столетия электроприводы в основном использовались для средних
грузоподъемностей.
Для малых же использовались пневмоприводы,
а для больших — гидравлические или электрогидравлические.
В настоящее время общая тенденция развития робототехники
во всем мире связана с применением электрических приводов для роботов во всем
диапазоне грузоподъемностей.
Кроме двигателя в состав привода по каждой степени подвижности манипулятора входят
передаточные устройства, а также корректирующие цепи, датчики
обратных связей по скорости и положению, а иногда и силомоментные датчики.
Однако не во всех типах приводов обязательно присутствуют все эти элементы.
Их наличие необходимо в замкнутых следящих приводах, которые используются для
контурных и контурно-позиционных систем управления роботов.
Большинство же пневмоприводов, часть гидроприводов и приводы
с шаговыми электродвигателями обычно действуют по разомкнутому циклу.
Скажем несколько слов о применении пневмо и гидроприводов.
Скорость движения выходного звена пневмодвигателя может регулироваться путем
изменения расхода воздуха на входе и выходе с помощью пневматического дросселя,
с помощью изменения проходного сечения.
Пневмодвигатель дает большую скорость движения выходному звену манипулятора,
и при цикловом управлении это звено движется от упора до упора
с максимальной скоростью.
Утечки рабочего тела — а рабочее тело здесь воздух — некритичны,
это доступное и дешевое рабочее тело.
Количество точек позиционирования ограничено.
Точность и жесткость позиционирования в промежуточных точках без съемных упоров
здесь недостаточна.
Для исключения резкого удара в конце хода
предусматриваются средства торможения — это демпферные устройства.
Есть еще один недостаток пневмоприводов — это его высокая шумность.
А теперь скажем несколько слов о гидроприводах.
Гидравлические приводы применяются для двух классов: дроссельного
управления (то есть изменение проходного сечения) и объемного управления.
Дроссельное управление разделяется на управление с
гидронасосом постоянной подачи и насосом переменной подачи.
Во всех случаях может проходить управление либо гидроцилиндром, либо гидромотором.
Гидронасос постоянной подачи дешевле, чем переменной,
однако его энергетические характеристики с гидронасосом постоянной подачи хуже.
Гидроприводы дроссельного управления с гидронасосом постоянной подачи применяются
в роботах меньшей грузоподъемности, такие как десятки килограмм,
а с гидронасосом переменной подачи — в роботах большой и сверхбольшой
грузоподъемности, когда оперируются с грузами в сотни килограмм.
В электрогидравлических следящих приводах электрогидравлический привод
является исполнительным звеном или силовой частью, а в его управляющей
системе в качестве задающих чувствительных и усилительно-преобразующих
элементов используются устройства различного принципа действия.
Электрогидравлические следящие приводы получили широкое распространение
благодаря целому ряду достоинств.
Они отличаются высоким быстродействием,
большими развиваемыми усилиями и крутящими моментами исполнительных гидродвигателей,
легкостью защиты от перегрузок и другими достоинствами.
И если в электрогидравлическом следящем приводе для достижения
высокого качества регулирования, формирования управляющих воздействий,
реализующих требуемый закон движения, осуществляется с применением цифровых
управляющих устройств, которые учитывают возмущение факторов внешней среды,
и при существенной зависимости взаимосвязи электронных,
электромеханических и гидромеханических модулей,
то такой электрогидравлический привод представляет собой мехатронную систему.
Такая мехатронная система,
применяемая в качестве исполнительного звена в различных системах управления,
называется электрогидравлическим мехатронным модулем движения.
Мехатронные модули движения являются важным классом устройств современных
систем управления различного назначения, в которых мехатронные модули используются
в качестве информативных, управляющих и исполнительных устройств.
И именно цифровая реализация контроля и управления дает большие
возможности в придании системам приводов свойства функциональной гибкости.
А ведь именно при наличии функциональной гибкости можно говорить о реализации
элементов искусственного интеллекта.
Анализ применения различных типов приводов показывает,
что пневмоприводы в роботах применяются в последнее время редко из-за
низких жесткостных характеристик и ограниченной гибкости программирования.
Однако в элементах автоматики, во вспомогательных, таких как подающие,
сортирующие и другие типы устройств на технологических линиях,
они применяются очень широко.
Гидроприводы по сравнению с электроприводами обеспечивают более
высокие параметры роботов, однако их эксплуатационные расходы
выше в виду необходимости обеспечения высокой чистоты масла и отсутствия утечек.
Этим и объясняется тенденция на расширение применения электроприводов.
Электрические приводы наиболее удобны в эксплуатации и регулируются в
широких пределах.
В электроприводах находят широкое применение электродвигатели
постоянного тока, шаговые электродвигатели, электродвигатели
переменного тока — то есть практически весь спектр электродвигателей.
Также стоит отметить, что применяются высокочастотные вибродвигатели.
Как правило, они применяются для манипулирования миниатюрными изделиями.
Также получают применение искусственные мышцы.
Для робототехнических систем сейчас разрабатываются такие материалы,
которые способны изменять свою форму или объем под действием сжатого воздуха
или изменять свои свойства под действием электрического поля и излучения,
или обладающие эффектом памяти формы.
В НАСА были разработаны электроактивные полимеры.
Эти полимеры способны сокращаться и расслабляться под действием электрических
импульсов, развивая при этом значительные усилия.
Такой полимер нашел применение в конструкции колесного вездехода,
предназначенного для исследования поверхности астероида,
и это было еще в 2002 году.
Материалы с термическим эффектом памяти формы
исследуют в целях создания исполнительного механизма типа «искусственная мышца»,
которая обладает большой мощностью при малом весе,
обладает высоким быстродействием, большой циклической долговечностью.
Также мы рекомендуем познакомиться и с другими материалами,
которые представлены на сайте и указаны в ссылках.
Там можно найтимного интересного о системах приводов.
И ответьте на вопросы, а на следующей встрече вы научитесь
быстро определять кинематические характеристики механизмов.
До встречи!
[ЗАСТАВКА]
[ЗАСТАВКА]
Ознакомьтесь с нашим каталогом
Присоединяйтесь бесплатно и получайте персонализированные рекомендации, обновления и предложения.
Михаил Владимирович Горбенко (Mikhail V. Gorbenko)Кандидат технических наук, доцент кафедры теоретической и прикладной механики (PhD, Associate Professor of the Department of Theoretical and Applied Mechanics)
Татьяна Ивановна Горбенко (Tatiana I. Gorbenko)Кандидат физико-математических наук, доцент кафедры прикладной газовой динамики и горения (PhD, Associate Professor of the Department of Applied Gas Dynamics and Combustion)
