Er zijn vier belangrijke componenten van industriële robots: het lichaam, de servo, het reducer en de controller. Onder hen bestaat de algemene structuur van het elektrische servosysteem van industriële robots uit drie gesloten-lusregelingen, dwz stroomlus, snelheidslus en positielus. Over het algemeen kunnen voor de AC-servoaandrijving de positieregeling, snelheidsregeling, koppelregeling en andere functies worden gerealiseerd door de handmatige instelling van de interne functieparameters.
Servosysteem (servomechanisme), ook wel het volgende systeem genoemd, is een feedbackcontrolesysteem dat wordt gebruikt om een proces nauwkeurig te volgen of te reproduceren. Het servosysteem zorgt ervoor dat de positie, oriëntatie, status en andere uitvoergestuurde grootheden van het object het invoerdoel (of de gegeven waarde) van elke verandering in het automatische besturingssysteem kunnen volgen.
Servosysteem is een product dat is ontwikkeld op basis van frequentieomzettingstechnologie en het is een automatisch besturingssysteem met mechanische positie of hoek als besturingsobject. Naast snelheids- en koppelregeling kan het servosysteem ook een nauwkeurige, snelle en stabiele positieregeling uitvoeren.
Een breed servosysteem is een besturingssysteem dat een bepaald proces nauwkeurig volgt of reproduceert, en kan ook een volgsysteem worden genoemd.
Smal servosysteem, ook bekend als positievolgsysteem, de gecontroleerde hoeveelheid (uitvoerhoeveelheid) is de lijnverplaatsing of hoekverplaatsing van de ruimtelijke positie van de geladen machine, wanneer de positie van de gegeven hoeveelheid (invoerhoeveelheid) voor elke verandering, de belangrijkste taak van het systeem is om de uitvoerhoeveelheid snel en nauwkeurig de gegeven hoeveelheid verandering te reproduceren.
Het mechatronische servobesturingssysteem heeft een grote verscheidenheid aan structuren en typen, maar vanuit het oogpunt van de analyse van de automatische besturingstheorie omvat het servobesturingssysteem over het algemeen de controller, het bestuurde object, de uitvoeringslink, de detectielink, de vergelijkingslink en andere vijf delen.
1. Vergelijkingslink
Vergelijkingslink is de vergelijking van het ingangscommandosignaal en het systeemfeedbacksignaal, om de uitgangs- en ingangsafwijkingssignaalverbinding te verkrijgen, meestal door het speciale circuit of de computer om te realiseren.
2. Beheerder
De controller is meestal een computer- of PID-regelcircuit (Proportioneel, Integraal en Differentieel), waarvan de hoofdtaak het transformeren van de afwijkingssignaaluitvoer van het vergelijkingselement is, om het uitvoerende element te besturen volgens de vereiste actie.
3. Uitvoeringslink
De rol van de uitvoerende link is afhankelijk van de vereisten van het besturingssignaal, de invoer van verschillende vormen van energie in mechanische energie, om het gecontroleerde objectwerk aan te drijven. Mechatronisch systeem bij de implementatie van elementen verwijst over het algemeen naar een verscheidenheid aan motoren of hydraulische, pneumatische servomechanismen.
4. Gecontroleerd object
Gecontroleerd object verwijst naar het te besturen object, zoals een mechanische arm of een mechanisch werkplatform.
5. Detectie
Detectielink verwijst naar de output die kan worden gemeten en omgezet in een vergelijkende link die nodig is voor de omtrek van het apparaat, meestal inclusief sensoren en conversiecircuits.
Kenmerken en functies van het servosysteem
Het servosysteem en het algemene toevoersysteem voor werktuigmachines zijn fundamenteel verschillend, het kan gebaseerd zijn op het commandosignaal om de snelheid en positie van de beweging van het uitvoerende deel nauwkeurig te regelen. Het servosysteem is de schakel tussen het CNC-apparaat en de werktuigmachine en is een belangrijk onderdeel van het CNC-systeem met de volgende kenmerken:
Het moet beschikken over hoge-precisiesensoren die nauwkeurig elektrische signalen kunnen geven voor de uitgangshoeveelheid.
Zowel de eindversterker als het besturingssysteem moeten omkeerbaar zijn.
Voldoende groot snelheidsbereik en voldoende lage- snelheid bij belasting.
Snelle reactiecapaciteit en sterke anti{0}}interferentiecapaciteit.
Soorten servosystemen Volgens het besturingsprincipe: open-lus, gesloten-lus en semi-gesloten-lus in drie vormen
Afhankelijk van de aard van de te regelen hoeveelheid: verplaatsing, snelheid, kracht en koppel en andere vormen van servosystemen
Afhankelijk van de aandrijfmodus: er zijn elektrische, hydraulische en pneumatische servo-aandrijfvormen
Volgens het uitvoerende element: er zijn stappenmotorservo's, DC-motorservo's en AC-motorservovormen
Servosysteemactuators
1, de soorten actuatoren en hun kenmerken
(1) Elektrische actuatoren
Elektrische actuatoren omvatten gelijkstroom (DC) servomotoren, wisselstroom (AC) servomotoren, stappenmotoren en elektromagneten, de meest gebruikte actuatoren. Servomotoren zijn de meest gebruikte actuatoren. Naast de eis van een soepele werking, moeten ze over het algemeen goede dynamische prestaties hebben, geschikt zijn voor frequent gebruik en eenvoudig onderhoud.
(2) Hydraulische actuatoren
Tot de hydraulische actuatoren behoren hoofdzakelijk zuigercilinders, roterende cilinders, hydraulische motoren, enz., waarvan cilinders de meest voorkomende zijn. Bij hetzelfde uitgangsvermogen hebben de hydraulische componenten een laag gewicht, een goede snelheid enzovoort.
(3) Pneumatische aandrijvingen
Pneumatische actuatoren naast perslucht als werkmedium, en hydraulische actuatoren zijn niet anders. Pneumatische aandrijving kan een grotere aandrijfkracht, slag en snelheid krijgen, maar vanwege de slechte viscositeit van de lucht kan de samendrukbaarheid niet worden gebruikt in de positioneringsnauwkeurigheidseisen bij hoge gelegenheden.
Verschillen tussen de drie typen
| type | specificiteiten | voordeel | nadelen |
| Elektropneumatisch | Beschikbare commerciële stroomvoorziening; signalen worden in dezelfde richting verzonden als stroom; er is een verschil tussen AC en DC; let op de gebruikte spanning en het vermogen. | Eenvoudig te bedienen; eenvoudig te programmeren; kan positionering servobesturing realiseren; snelle respons, eenvoudig aan te sluiten op computer (CPU); klein formaat, hoog vermogen, geen vervuiling. | Hoog onmiddellijk uitgangsvermogen; slechte overbelasting; eenmaal vastgelopen zal het brandongevallen veroorzaken; beïnvloed door geluid van buitenaf. |
| Pneumatisch | Gasdruk brondruk 5~7×Mpa; bekwame operators zijn vereist. | Handige gasbron, lage kosten; geen lekkage die het milieu vervuilt; snel en eenvoudig te bedienen. | Klein vermogen, groot formaat, moeilijk te miniaturiseren; onregelmatige beweging, moeilijk over lange afstanden over te brengen; veel lawaai; moeilijk te servo. |
| Hydraulisch | Vloeistofdrukbrondruk 20~80×Mpa; vereist bekwame operators. | Hoog uitgangsvermogen, hoge snelheid, soepele beweging, kan positioneringsservobesturing realiseren; eenvoudig aan te sluiten op computer (CPU). | De apparatuur is moeilijk te miniaturiseren; de vereisten voor hydraulische bronnen en hydraulische olie zijn streng; gemakkelijk lekken te veroorzaken en het milieu te vervuilen. |
2. Veelgebruikte regelmotoren
De regelmotor is de vermogenscomponent van het elektrische servobesturingssysteem. Het is een apparaat voor energieconversie dat elektrische energie omzet in mechanische energie. Regelmotoren die vaak in mechatronische producten worden gebruikt, zijn servomotoren die voor de juiste beweging of complexere actie kunnen zorgen.
Er zijn roterende en lineaire aandrijfmotoren voor de besturing, die worden bestuurd door spanning, stroom en frequentie (inclusief opdrachtpulsen) om een aandrijving met vaste- snelheid, variabele- snelheid of incrementele aandrijving met herhaald starten en stoppen te realiseren, evenals complexe aandrijving, en de nauwkeurigheid van de aandrijving varieert afhankelijk van het aandrijfobject.
(1) Servoaandrijfmotor verwijst in het algemeen naar: stappenmotor (stappenmotor), gelijkstroomservomotor (DC-servomotor), AC-servomotor (AC-servomotor)
(2) Veelgebruikte servobesturingsmethoden voor motorbesturing zijn: open-lusbesturing, semi-gesloten-lusbesturing, gesloten-lusbesturing drie.
Gesloten-lusaandrijfsysteem met positie- (of snelheids-)feedbacklink; open-loopsysteem heeft geen feedbacklink voor positie en snelheid.
a, een open-CNC-systeem heeft geen positiemeetapparaat, de signaalstroom is unidirectioneel (CNC-apparaat → invoersysteem), dus de systeemstabiliteit is goed.
Zonder positiefeedback is de nauwkeurigheid niet hoog vergeleken met het gesloten-lussysteem, en de nauwkeurigheid hangt vooral af van de prestaties en nauwkeurigheid van het servoaandrijfsysteem en het mechanische transmissiemechanisme. Neem over het algemeen de vermogensstappenmotor als servo-aandrijfelement.
Dit soort systeem heeft de voordelen van een eenvoudige structuur, stabiel werk, eenvoudig debuggen, eenvoudig onderhoud, lage prijs, enz., waarbij de precisie- en snelheidseisen niet hoog zijn, het aandrijfkoppel niet groot is en op grote schaal wordt gebruikt. Over het algemeen gebruikt voor economische CNC-bewerkingsmachines.
b, semi-gesloten-lus CNC-systeem semi-gesloten-lus CNC-systeem positiebemonsteringspunt zoals weergegeven in de afbeelding, vanaf de aandrijving (veelgebruikte servomotor) of schroefgeleider, bemonstering van rotatiehoekdetectie, detecteert niet direct de werkelijke positie van bewegende delen.
Semi{0}}gesloten lus omvat niet of slechts een klein aantal mechanische transmissieverbindingen, zodat u stabiele regelprestaties kunt verkrijgen. De stabiliteit van het systeem is niet zo goed als die van het open lussysteem, maar beter dan die van de gesloten lus. Vanwege de spoedfout van de schroef en de bewegingsfout veroorzaakt door de tandwielopening is het moeilijk te elimineren. Daarom is de nauwkeurigheid ervan slechter dan die met gesloten lus en beter dan die met open lus. Dergelijke fouten kunnen echter worden gecompenseerd, en aldus kan nog steeds een bevredigende nauwkeurigheid worden verkregen.
De semi-gesloten-CNC-systeemstructuur is eenvoudig, gemakkelijk te debuggen en zeer nauwkeurig, en wordt daarom veel gebruikt in moderne CNC-bewerkingsmachines.
c, volledig gesloten-numeriek lusbesturingssysteem, volledig gesloten-numeriek lusbesturingssysteem, positiebemonsteringspunt zoals weergegeven in de stippellijn, direct op de werkelijke positie van de detectie van bewegende delen.
Theoretisch gezien kan het de fout, speling en bewegingsverlies van de hele aandrijf- en transmissieverbinding elimineren. Het heeft een hoge nauwkeurigheid van de positieregeling. Omdat de wrijvingskarakteristieken, stijfheid en speling van veel mechanische transmissieverbindingen binnen de positielus niet-lineair zijn, is het gemakkelijk om systeeminstabiliteit te veroorzaken, waardoor het ontwerp, de installatie en de inbedrijfstelling van het gesloten-lussysteem behoorlijk moeilijk worden.
Het systeem wordt voornamelijk gebruikt voor boor- en freesmachines, ultra-precisiedraaibanken, ultra-precisieslijpmachines en grotere CNC-bewerkingsmachines met hoge precisie-eisen.
Servosystemen voor robots
Met robotservosysteem bedoelen we doorgaans een precisieservosysteem dat wordt gebruikt voor bewegingscontrole over meerdere- assen. Een bewegingscontrolesysteem met meerdere- assen bestaat uit een bewegingscontroller van hoog- niveau en een servoaandrijving van lage- orde. De bewegingscontroller is verantwoordelijk voor het decoderen van bewegingsbesturingscommando's, de relatieve beweging van de verschillende positiebesturingsassen, versnellings- en vertragingscontourbesturing, enz., en de belangrijkste rol ervan is het verminderen van de algehele bewegingsbesturingspadfout van het systeem; servoaandrijving is verantwoordelijk voor de positieregeling van de servomotoren, en zijn belangrijkste rol is het verminderen van de servo-as van de volgfout. De servoaandrijving is verantwoordelijk voor de positieregeling van de servomotor en zijn belangrijkste rol is het verminderen van de volgende fouten in de servo-as.
Robotservosysteem bestaat uit servomotoren, servoaandrijvingen, commandomechanisme van de drie hoofdcomponenten, servomotoren zijn actuatoren, is erop te vertrouwen om de beweging te realiseren, servoaandrijving is de voeding van de servomotor, het commandomechanisme is om een puls te sturen of de snelheid te geven die wordt gebruikt om samen te werken met de servoaandrijving om goed te werken.
Robot op de servomotorvereisten dan de andere twee delen zijn hoog. Allereerst moet de servomotor snel reageren. De motor van het commandosignaal om de instructie te voltooien die vereist is door de werkstatus van de tijd moet kort zijn. Reactie op het commandosignaal: hoe korter de tijd, hoe hoger de gevoeligheid van het elektrische servosysteem, hoe beter de snelle responsprestaties, in het algemeen op de elektromechanische tijdconstante van de servomotor van de grootte van de servomotor om de prestaties van de snelle respons te illustreren. Ten tweede moet de traagheidsverhouding van het startkoppel van de servomotor groot zijn. Bij het aandrijven van lasten moet de servomotor van de robot een groot startkoppel en een klein traagheidsmoment hebben. Ten slotte moet de servomotor de continuïteit en lineariteit van de besturingskarakteristieken hebben, met de verandering van het besturingssignaal kan de snelheid van de motor continu worden gewijzigd, en soms moet de snelheid ook proportioneel of ongeveer proportioneel zijn aan het besturingssignaal.
Om bij de lichaamsvorm van de robot te passen, moet de servomotor uiteraard klein van formaat, klein van gewicht en kort van axiale afmeting zijn. Ook bestand tegen zware bedrijfsomstandigheden, kan zeer frequent vooruit en achteruit en acceleratie- en vertragingsbedrijf zijn, en is in korte tijd bestand tegen meerdere malen overbelasting.
Servoaandrijving is een servomotor die kan worden gebruikt om koppel en kracht te genereren, het robotlichaam direct of indirect aan te drijven om een verscheidenheid aan robotbewegingsactuatoren te verkrijgen, met een hoog koppeltraagheidsmoment, geen borstel- en commutatievonken en andere voordelen, in de robot wordt op grotere schaal gebruikt.