Hay cuatro componentes principales de los robots industriales, que son el cuerpo, el servo, el reductor y el controlador. Entre ellos, la estructura general del servosistema eléctrico de los robots industriales es de tres controles de bucle cerrado-, es decir, bucle de corriente, bucle de velocidad y bucle de posición. En general, para el servovariador de CA, el control de posición, control de velocidad, control de par y otras funciones se pueden realizar mediante la configuración manual de sus parámetros de función internos.
El servosistema (servomecanismo), también conocido como sistema siguiente, es un sistema de control de retroalimentación que se utiliza para seguir o reproducir con precisión un proceso. El servosistema hace que la posición, orientación, estado y otras cantidades controladas de salida del objeto puedan seguir el objetivo de entrada (o valor dado) de cualquier cambio en el sistema de control automático.
El servosistema es un producto desarrollado sobre la base de la tecnología de conversión de frecuencia y es un sistema de control automático con posición o ángulo mecánico como objeto de control. Además del control de velocidad y par, el servosistema también puede realizar un control de posición preciso, rápido y estable.
Un servosistema amplio es un sistema de control que rastrea o reproduce con precisión un proceso determinado y también puede denominarse sistema seguidor.
Servosistema estrecho, también conocido como sistema seguidor de posición, la cantidad controlada (cantidad de salida) es el desplazamiento de línea o desplazamiento angular de la posición espacial de la maquinaria cargada, cuando la posición de la cantidad dada (cantidad de entrada) para cualquier cambio, la tarea principal del sistema es hacer que la cantidad de salida reproduzca de manera rápida y precisa la cantidad de cambio dada.
El sistema de servocontrol mecatrónico tiene una amplia variedad de estructuras y tipos, pero desde el punto de vista de la teoría del control automático a analizar, el sistema de servocontrol generalmente incluye el controlador, el objeto controlado, el enlace de ejecución, el enlace de detección, el enlace de comparación y otras cinco partes.
1. Enlace de comparación
El enlace de comparación es la comparación de la señal de comando de entrada y la señal de retroalimentación del sistema, para obtener el enlace de señal de desviación de entrada y salida, generalmente mediante un circuito especial o una computadora para realizar.
2. Controlador
El controlador suele ser una computadora o circuito de control PID (Proporcional, Integral y Diferencial), cuya tarea principal es transformar la señal de desviación emitida por el elemento de comparación, para controlar el elemento ejecutivo de acuerdo con la acción requerida.
3. Enlace de ejecución
La función del enlace ejecutivo es, de acuerdo con los requisitos de la señal de control, la entrada de diversas formas de energía en energía mecánica, impulsar el trabajo del objeto controlado. El sistema mecatrónico en la implementación de elementos generalmente se refiere a una variedad de motores o servomecanismos hidráulicos y neumáticos.
4. Objeto controlado
Objeto controlado se refiere al objeto a controlar, como un brazo mecánico o una plataforma de trabajo mecánica.
5. Detección
El enlace de detección se refiere a la salida que se puede medir y convertir en un enlace comparativo requerido para el contorno del dispositivo, que generalmente incluye sensores y circuitos de conversión.
Características y funciones del servosistema.
El sistema servo y el sistema de alimentación general de la máquina herramienta son fundamentalmente diferentes; pueden basarse en la señal de comando para controlar con precisión la velocidad y la posición del movimiento de la parte ejecutiva. El servosistema es el vínculo entre el dispositivo CNC y la máquina herramienta, y es un componente importante del sistema CNC con las siguientes características:
Debe tener sensores de alta-precisión que puedan proporcionar señales eléctricas con precisión para la cantidad de salida.
Tanto el amplificador de potencia como el sistema de control deben ser reversibles.
Rango de velocidad suficientemente amplio y velocidad suficientemente baja-con rendimiento de carga.
Capacidad de respuesta rápida y fuerte capacidad anti-interferencia.
Tipos de servosistemas Según el principio de control: bucle abierto-, bucle cerrado-y bucle semi-cerrado-en tres formas
Según la naturaleza de la cantidad a controlar: desplazamiento, velocidad, fuerza y par y otras formas de servosistemas.
Según el modo de conducción: existen formas de servoaccionamiento eléctrico, hidráulico y neumático.
Según el elemento ejecutivo: hay formas de servo de motor paso a paso, servo de motor de CC y servo de motor de CA.
Actuadores de servosistema
1, los tipos de actuadores y sus características.
(1) Actuadores eléctricos
Los actuadores eléctricos incluyen servomotores de corriente continua (CC), servomotores de corriente alterna (CA), motores paso a paso y solenoides, que son los actuadores más utilizados. Los servomotores son los actuadores más utilizados. Además del requisito de buen funcionamiento, generalmente se les exige que tengan un buen rendimiento dinámico, adecuados para un uso frecuente y un fácil mantenimiento.
(2) Actuadores hidráulicos
Los actuadores hidráulicos incluyen principalmente cilindros alternativos, cilindros giratorios, motores hidráulicos, etc., de los cuales los cilindros son los más comunes. En el caso de la misma potencia de salida, los componentes hidráulicos tienen un peso ligero, buena velocidad, etc.
(3) Actuadores neumáticos
Los actuadores neumáticos, además del aire comprimido como medio de trabajo, y los actuadores hidráulicos no son diferentes. El accionamiento neumático puede obtener una mayor fuerza motriz, carrera y velocidad, pero debido a la baja viscosidad del aire y la compresibilidad, no se puede utilizar en los requisitos de precisión de posicionamiento de ocasiones elevadas.
Diferencias entre los tres tipos.
| tipo | especificidades | ventaja | desventajas |
| electroneumático | Fuente de alimentación comercial disponible; las señales se transmiten en la misma dirección que la potencia; hay una diferencia entre AC y DC; Preste atención al voltaje y la potencia utilizados. | Fácil de operar; fácil de programar; puede realizar servocontrol de posicionamiento; respuesta rápida, fácil de conectar con la computadora (CPU); Tamaño pequeño, alta potencia, sin contaminación. | Alta potencia de salida instantánea; mala sobrecarga; una vez atascado, provocará accidentes por quemaduras; afectado por el ruido externo. |
| Neumático | Presión de la fuente de presión de gas 5~7×Mpa; Se requieren operadores capacitados. | Fuente de gas conveniente, bajo costo; sin fugas que contaminen el medio ambiente; rápido y fácil de operar. | Pequeña potencia, gran tamaño, difícil de miniaturizar; movimiento irregular, difícil de transmitir a largas distancias; mucho ruido; Difícil de servir. |
| Hidráulico | Presión de la fuente de presión del líquido 20~80×Mpa; requiere operadores capacitados. | Alta potencia de salida, velocidad rápida, movimiento suave, puede realizar servocontrol de posicionamiento; fácil de conectar con la computadora (CPU). | El equipo es difícil de miniaturizar; los requisitos de fuente hidráulica y aceite hidráulico son estrictos; Fácil de producir fugas y contaminar el medio ambiente. |
2. Motores de control de uso común
El motor de control es el componente de potencia del sistema de servocontrol eléctrico. Es un dispositivo de conversión de energía que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Los motores de control comúnmente utilizados en productos mecatrónicos son servomotores que pueden proporcionar el movimiento correcto o una acción más compleja.
Hay motores de accionamiento lineales y rotativos para el control, que se controlan mediante voltaje, corriente y frecuencia (incluido el pulso de comando) para realizar un accionamiento de velocidad fija-, velocidad variable-o accionamiento incremental con arranques y paradas repetidos, así como un accionamiento complejo, y la precisión del accionamiento varía según el objeto de accionamiento.
(1) El motor servoaccionador generalmente se refiere a: motor paso a paso (motor paso a paso), servomotor de corriente continua (servomotor CC), servomotor CA (servomotor CA)
(2) Los métodos de control de motor de servocontrol comúnmente utilizados son: control de bucle abierto-, control de bucle semi-cerrado-, control de bucle cerrado-tres.
Sistema de accionamiento de circuito cerrado-con enlace de retroalimentación de posición (o velocidad); El sistema de bucle abierto-no tiene un enlace de retroalimentación de posición y velocidad.
Un sistema CNC de bucle abierto-no tiene un dispositivo de medición de posición, el flujo de señal es unidireccional (dispositivo CNC → sistema de alimentación), por lo que la estabilidad del sistema es buena.
Sin retroalimentación de posición, la precisión no es alta en comparación con el sistema de circuito cerrado-y su precisión depende principalmente del rendimiento y la precisión del sistema de servoaccionamiento y del mecanismo de transmisión mecánica. Generalmente tome el motor paso a paso como elemento servoaccionador.
Este tipo de sistema tiene las ventajas de una estructura simple, trabajo estable, fácil depuración, mantenimiento simple, precio bajo, etc., los requisitos de precisión y velocidad no son altos, el par motor no es grande y se utilizan ampliamente. Generalmente se utiliza para máquinas herramienta CNC económicas.
b, sistema CNC de bucle semi-cerrado-sistema CNC de bucle semi-cerrado-punto de muestreo de posición como se muestra en la figura, desde el variador (servomotor de uso común) o el avance del tornillo, detección del ángulo de rotación de muestreo, no detecta directamente la posición real de las piezas móviles.
El circuito semi-cerrado no incluye o solo incluye una pequeña cantidad de enlaces de transmisión mecánica, por lo que puede obtener un rendimiento de control estable. La estabilidad del sistema no es tan buena como la del sistema de circuito abierto, pero es mejor que la del circuito cerrado. Debido al error de paso del tornillo y al error de movimiento causado por la separación del engranaje, es difícil eliminarlo. Por lo tanto, su precisión es peor que la del bucle cerrado y mejor que la del bucle abierto. Sin embargo, tales errores pueden compensarse y, por tanto, aún puede obtenerse una precisión satisfactoria.
La estructura del sistema CNC de bucle semi-cerrado- es simple, fácil de depurar y de alta precisión, por lo que se utiliza ampliamente en las máquinas herramienta CNC modernas.
c, sistema de control numérico de bucle cerrado-sistema de control numérico de bucle cerrado-punto de muestreo de posición como se muestra en la figura de la línea de puntos, directamente en la posición real de detección de piezas móviles.
En teoría, puede eliminar el error, la holgura y la pérdida de movimiento de todo el eslabón de transmisión y accionamiento. Tiene una alta precisión de control de posición. Dado que las características de fricción, rigidez y holgura de muchos enlaces de transmisión mecánica dentro del circuito de posición no son lineales, es fácil causar inestabilidad en el sistema, lo que dificulta bastante el diseño, la instalación y la puesta en servicio del sistema de circuito cerrado-.
El sistema se utiliza principalmente para mandrinadoras y fresadoras, tornos de ultra-precisión, rectificadoras de ultra-precisión y máquinas herramienta CNC más grandes con requisitos de alta precisión.
Servosistemas para robots
Normalmente, por servosistema de robot nos referimos a un servosistema de precisión utilizado para el control de movimiento de múltiples-ejes. Un sistema de control de movimiento multi-eje está compuesto por un controlador de movimiento de alto-nivel y un servoaccionamiento de bajo-orden. El controlador de movimiento es responsable de la decodificación del comando de control de movimiento, el movimiento relativo de los diversos ejes de control de posición, el control de contorno de aceleración y desaceleración, etc., y su función principal es reducir el error general de la ruta de control de movimiento del sistema; El servoaccionamiento es responsable del control de posición de los servomotores y su función principal es reducir el error de seguimiento del servoeje. El servoaccionamiento es responsable del control de posición del servomotor y su función principal es reducir el error de seguimiento del eje del servo.
El sistema servo del robot consta de servomotores, servoaccionamientos, mecanismos de comando de los tres componentes principales, los servomotores son actuadores, es confiar en ellos para realizar el movimiento, el servoaccionamiento es la fuente de alimentación del servomotor, el mecanismo de comando es enviar un pulso o dar la velocidad utilizada para cooperar con el servoaccionamiento para que funcione correctamente.
Los requisitos del robot en el servomotor que las otras dos partes son altos. En primer lugar, se requiere que el servomotor tenga una respuesta rápida. El motor de la señal de comando para completar la instrucción requerida por el estado de trabajo del tiempo debe ser corto. Respuesta a la señal de comando cuanto más corto sea el tiempo, mayor será la sensibilidad del servosistema eléctrico, mejor será el rendimiento de la respuesta rápida, generalmente a la constante de tiempo electromecánica del servomotor del tamaño del servomotor para ilustrar el rendimiento de la respuesta rápida. En segundo lugar, la relación de inercia del par de arranque del servomotor debe ser grande. En el caso de impulsar cargas, se requiere que el servomotor del robot tenga un gran par de arranque y un pequeño momento de inercia. Finalmente, el servomotor debe tener la continuidad y linealidad de las características de control, con el cambio de la señal de control, la velocidad del motor se puede cambiar continuamente y, en ocasiones, también se requiere que la velocidad sea proporcional o aproximadamente proporcional a la señal de control.
Por supuesto, para adaptarse a la forma del cuerpo del robot, el servomotor debe ser pequeño en tamaño, pequeño en masa y corto en dimensión axial. También soporta condiciones de funcionamiento duras, puede realizar operaciones de avance y retroceso y aceleración y desaceleración muy frecuentes, y puede soportar varias veces la sobrecarga en un corto período de tiempo.
El servoaccionamiento es un servomotor que se puede utilizar para generar par y fuerza, accionar directa o indirectamente el cuerpo del robot para obtener una variedad de actuadores de movimiento del robot, con un alto momento de par de relación de inercia, sin escobillas ni chispas de conmutación y otras ventajas, en el robot se utiliza más ampliamente.