هناك أربعة مكونات رئيسية للروبوتات الصناعية، وهي الجسم، والمؤازرة، والمخفض، ووحدة التحكم. من بينها، الهيكل العام لنظام المؤازرة الكهربائية للروبوتات الصناعية هو ثلاث حلقات تحكم مغلقة -، أي حلقة التيار، وحلقة السرعة، وحلقة الموضع. بشكل عام، بالنسبة للمحرك المؤازر AC، يمكن تحقيق التحكم في الموضع، التحكم في السرعة، التحكم في عزم الدوران والوظائف الأخرى من خلال الإعداد اليدوي لمعلمات الوظيفة الداخلية.
النظام المؤازر (آلية المؤازرة)، المعروف أيضًا باسم النظام التالي، هو نظام للتحكم في ردود الفعل يستخدم لمتابعة العملية أو إعادة إنتاجها بدقة. نظام مؤازر يجعل موضع الكائن واتجاهه وحالته والكميات الأخرى التي يتم التحكم فيها في الإخراج يمكن أن تتبع هدف الإدخال (أو القيمة المحددة) لأي تغيير في نظام التحكم الآلي.
النظام المؤازر هو منتج تم تطويره على أساس تكنولوجيا تحويل التردد، وهو نظام تحكم أوتوماتيكي بموضع أو زاوية ميكانيكية ككائن تحكم. بالإضافة إلى التحكم في السرعة وعزم الدوران، يمكن للنظام المؤازر أيضًا إجراء تحكم دقيق وسريع ومستقر في الموضع.
نظام المؤازرة الواسع هو نظام تحكم يتتبع أو يعيد إنتاج عملية معينة بدقة، ويمكن أن يطلق عليه أيضًا نظام تابع.
نظام المؤازرة الضيق، المعروف أيضًا باسم نظام متابع الموضع، الكمية التي يتم التحكم فيها (كمية الإخراج) هي إزاحة الخط أو الإزاحة الزاوية للموقع المكاني للآلة المحملة، عندما يكون موضع الكمية المحددة (كمية الإدخال) لأي تغيير، فإن المهمة الرئيسية للنظام هي جعل كمية الإخراج تنتج بسرعة ودقة كمية التغيير المحددة.
يحتوي نظام التحكم المؤازر الميكاترونكس على مجموعة واسعة من الهياكل والأنواع، ولكن من وجهة نظر نظرية التحكم الآلي للتحليل، يتضمن نظام التحكم المؤازر بشكل عام وحدة التحكم، والكائن المتحكم فيه، ورابط التنفيذ، ورابط الكشف، ورابط المقارنة وخمسة أجزاء أخرى.
1. رابط المقارنة
رابط المقارنة هو إشارة أمر الإدخال ومقارنة إشارة تغذية مرتدة للنظام، من أجل الحصول على رابط إشارة انحراف الإخراج والمدخل، وعادة ما يتم تحقيقه عن طريق دائرة خاصة أو كمبيوتر.
2. المراقب المالي
عادة ما تكون وحدة التحكم عبارة عن دائرة تحكم حاسوبية أو PID (المتناسبة والتكاملية والتفاضلية)، ومهمتها الرئيسية هي تحويل خرج إشارة الانحراف من عنصر المقارنة، من أجل التحكم في العنصر التنفيذي حسب الإجراء المطلوب.
3. رابط التنفيذ
دور الرابط التنفيذي هو وفقا لمتطلبات إشارة التحكم، وإدخال أشكال مختلفة من الطاقة في الطاقة الميكانيكية، ودفع عمل الكائن المتحكم فيه. يشير نظام الميكاترونكس في تنفيذ العناصر عمومًا إلى مجموعة متنوعة من المحركات أو آلية المؤازرة الهيدروليكية والهوائية.
4. الكائن الخاضع للرقابة
يشير الكائن الذي يتم التحكم فيه إلى الكائن الذي يتم التحكم فيه، مثل الذراع الميكانيكية، أو منصة العمل الميكانيكية.
5. الكشف
يشير رابط الكشف إلى إمكانية قياس الإخراج وتحويله إلى رابط مقارن مطلوب للمخطط التفصيلي للجهاز، بما في ذلك بشكل عام أجهزة الاستشعار ودوائر التحويل.
ميزات ووظائف نظام المؤازرة
يختلف نظام المؤازرة ونظام تغذية الأدوات الآلية بشكل أساسي، ويمكن أن يعتمد على إشارة الأمر للتحكم بدقة في سرعة وموضع حركة الجزء التنفيذي. نظام المؤازرة هو حلقة الوصل بين جهاز CNC وأداة الآلة، وهو مكون مهم في نظام CNC ويتميز بالخصائص التالية:
ويجب أن تحتوي على أجهزة استشعار عالية الدقة- يمكنها إعطاء إشارات كهربائية لكمية الإخراج بدقة.
يجب أن يكون مضخم الطاقة ونظام التحكم قابلين للعكس.
نطاق سرعة كبير بدرجة كافية وسرعة منخفضة-قوية بدرجة كافية مع أداء التحميل.
قدرة استجابة سريعة وقدرة قوية على مقاومة-التداخل.
أنواع أنظمة السيرفو وفقًا لمبدأ التحكم: حلقة- مفتوحة، حلقة مغلقة-حلقة وشبه-مغلقة-حلقة في ثلاثة أشكال
حسب طبيعة الكمية المراد التحكم فيها: الإزاحة والسرعة والقوة وعزم الدوران وغيرها من أشكال أنظمة السيرفو
وفقًا لوضع القيادة: يوجد شكل محرك مؤازر كهربائي وهيدروليكي وهوائي
وفقا للعنصر التنفيذي: هناك محرك سيرفو، محرك سيرفو DC وشكل محرك سيرفو AC
مشغلات النظام المؤازر
1، أنواع المحركات وخصائصها
(1) المحركات الكهربائية
تشتمل المحركات الكهربائية على محركات مؤازرة ذات تيار مباشر (DC)، ومحركات مؤازرة ذات تيار متردد (AC)، ومحركات متدرجة، وملفات لولبية، وهي المحركات الأكثر استخدامًا. المحركات المؤازرة هي المحركات الأكثر استخدامًا. بالإضافة إلى متطلبات التشغيل السلس، يجب عمومًا أن تتمتع بأداء ديناميكي جيد، ومناسبة للاستخدام المتكرر والصيانة السهلة.
(2) المحركات الهيدروليكية
تشتمل المحركات الهيدروليكية بشكل أساسي على الأسطوانات الترددية، والأسطوانات الدوارة، والمحركات الهيدروليكية، وما إلى ذلك، والتي تعتبر الأسطوانات الأكثر شيوعًا. في حالة نفس طاقة الخرج، فإن المكونات الهيدروليكية تتمتع بوزن خفيف وسرعة جيدة وما إلى ذلك.
(3) المحركات الهوائية
المشغلات الهوائية بالإضافة إلى الهواء المضغوط كوسيلة عمل، والمحركات الهيدروليكية لا تختلف. يمكن أن يحصل المحرك الهوائي على قوة دافعة وسكتة دماغية وسرعة أكبر، ولكن بسبب لزوجة الهواء الضعيفة والانضغاط، لذلك لا يمكن استخدامه في متطلبات دقة تحديد المواقع في المناسبات العالية.
الاختلافات بين الأنواع الثلاثة
| يكتب | خصوصيات | الفضل | العيوب |
| كهربائي | إمدادات الطاقة التجارية المتاحة؛ تنتقل الإشارات في نفس اتجاه الطاقة؛ هناك فرق بين التيار المتردد والتيار المستمر؛ انتبه إلى الجهد والطاقة المستخدمة. | سهل التشغيل. سهلة البرمجة. يمكن تحقيق التحكم المؤازر لتحديد المواقع. استجابة سريعة، سهلة الاتصال بالكمبيوتر (CPU)؛ حجم صغير، قوة عالية، لا تلوث. | ارتفاع قوة الانتاج لحظية. الزائد الفقراء. بمجرد التشويش، سوف يسبب حوادث حرق؛ تتأثر بالضوضاء الخارجية. |
| هوائي | ضغط مصدر ضغط الغاز 5~7×Mpa؛ مطلوب مشغلين ماهرين. | مصدر غاز مناسب، بتكلفة منخفضة؛ لا تسرب لتلويث البيئة. سريع وسهل التشغيل. | قوة صغيرة، حجم كبير، من الصعب تصغيرها؛ حركة غير سلسة، يصعب نقلها عبر مسافات طويلة؛ ضوضاء عالية من الصعب المؤازرة. |
| هيدروليكي | ضغط مصدر ضغط السائل 20~80×Mpa؛ يتطلب المشغلين المهرة. | طاقة الإخراج العالية، السرعة السريعة، الحركة السلسة، يمكنها تحقيق التحكم المؤازر في تحديد المواقع؛ من السهل الاتصال بالكمبيوتر (وحدة المعالجة المركزية). | من الصعب تصغير المعدات؛ المصدر الهيدروليكي ومتطلبات الزيت الهيدروليكي صارمة؛ من السهل إنتاج التسريبات وتلويث البيئة. |
2. محركات التحكم شائعة الاستخدام
محرك التحكم هو مكون الطاقة لنظام التحكم المؤازر الكهربائي. إنه جهاز تحويل الطاقة الذي يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية. محركات التحكم المستخدمة بشكل شائع في منتجات الميكاترونيك هي محركات مؤازرة يمكنها توفير الحركة الصحيحة أو إجراء أكثر تعقيدًا.
توجد محركات تشغيل دوارة وخطية للتحكم، والتي يتم التحكم فيها عن طريق الجهد والتيار والتردد (بما في ذلك نبض الأمر) لتحقيق سرعة ثابتة- أو سرعة متغيرة- أو قيادة تزايدية مع بدء التشغيل والإيقاف المتكرر، بالإضافة إلى القيادة المعقدة، وتختلف دقة القيادة باختلاف كائن القيادة.
(1) يشير محرك الدفع المؤازر عمومًا إلى: محرك متدرج (محرك متدرج)، محرك سيرفو يعمل بالتيار المباشر (محرك سيرفو يعمل بالتيار المستمر)، محرك سيرفو يعمل بالتيار المتردد (محرك سيرفو يعمل بالتيار المتردد)
(2) طرق التحكم في محرك التحكم المؤازر شائعة الاستخدام هي: التحكم في الحلقة المفتوحة -، التحكم في الحلقة شبه - المغلقة -، التحكم في الحلقة المغلقة - الثلاثة.
نظام محرك حلقة مغلق- مع رابط تعليقات الموضع (أو السرعة)؛ لا يحتوي نظام الحلقة المفتوحة- على رابط لتعليقات الموقع والسرعة.
أ، لا يحتوي نظام CNC ذي الحلقة المفتوحة على جهاز لقياس الموضع، ويكون تدفق الإشارة أحادي الاتجاه (جهاز CNC ← نظام التغذية)، لذا فإن استقرار النظام جيد.
بدون تعليقات الموضع، لن تكون الدقة عالية مقارنة بنظام الحلقة المغلقة-، وتعتمد دقتها بشكل أساسي على أداء ودقة نظام محرك المؤازرة وآلية النقل الميكانيكي. بشكل عام، خذ محرك الطاقة المتدرج كعنصر القيادة المؤازر.
يتميز هذا النوع من النظام بمزايا الهيكل البسيط، والعمل المستقر، وسهولة التصحيح، والصيانة البسيطة، والسعر المنخفض، وما إلى ذلك، في متطلبات الدقة والسرعة ليست عالية، وعزم دوران القيادة ليس مناسبًا كبيرًا يستخدم على نطاق واسع. تستخدم بشكل عام لأدوات الآلات الاقتصادية باستخدام الحاسب الآلي.
ب، نظام CNC شبه مغلق -حلقة شبه -مغلقة-نقطة أخذ عينات لموضع نظام CNC كما هو موضح في الشكل، من محرك الأقراص (محرك مؤازر شائع الاستخدام) أو الرصاص اللولبي، واكتشاف زاوية دوران أخذ العينات، ولا يكشف بشكل مباشر عن الموضع الفعلي للأجزاء المتحركة.
حلقة شبه مغلقة- لا تتضمن أو تتضمن فقط عددًا صغيرًا من روابط النقل الميكانيكية، لذا يمكنك الحصول على أداء تحكم مستقر، واستقرار النظام ليس جيدًا مثل نظام الحلقة المفتوحة، ولكنه أفضل من الحلقة المغلقة. نظرًا لخطأ درجة المسمار وخطأ الحركة الناتج عن فجوة التروس، فمن الصعب التخلص منها. ولذلك فإن دقتها أسوأ من الحلقة المغلقة وأفضل من الحلقة المفتوحة. ومع ذلك، يمكن تعويض هذه الأخطاء، وبالتالي لا يزال من الممكن الحصول على دقة مرضية.
تتميز بنية نظام CNC ذات الحلقة شبه المغلقة-بالبساطة وسهولة التصحيح والدقة العالية، وبالتالي يتم استخدامها على نطاق واسع في أدوات ماكينات CNC الحديثة.
ج، نظام التحكم العددي للحلقة المغلقة بالكامل-الحلقة المغلقة بالكامل-نقطة أخذ عينات موضع نظام التحكم العددي للحلقة كما هو موضح في شكل الخط المنقط، مباشرة على الموضع الفعلي لاكتشاف الأجزاء المتحركة.
من الناحية النظرية، فإنه يمكن القضاء على الخطأ، والتخليص وفقدان الحركة للمحرك بأكمله ووصلة النقل. لديها دقة عالية في التحكم بالموقع. نظرًا لأن خصائص الاحتكاك والصلابة والخلوص للعديد من وصلات النقل الميكانيكية داخل حلقة الموضع غير خطية، فمن السهل التسبب في عدم استقرار النظام، مما يجعل تصميم وتركيب وتشغيل نظام الحلقة المغلقة- أمرًا صعبًا للغاية.
يتم استخدام النظام بشكل أساسي لآلات الثقب والطحن، والمخارط فائقة الدقة-، وآلات الطحن فائقة الدقة- وأدوات ماكينات CNC الأكبر حجمًا ذات متطلبات الدقة العالية.
أنظمة المؤازرة للروبوتات
عادةً، نعني بنظام مؤازر الروبوت نظام مؤازر دقيق يستخدم للتحكم في الحركة-متعددة المحاور. يتكون نظام التحكم في الحركة متعدد المحاور- من وحدة تحكم في الحركة عالية المستوى- ومحرك مؤازر منخفض الترتيب-، وتكون وحدة التحكم في الحركة مسؤولة عن فك تشفير أمر التحكم في الحركة، والحركة النسبية لمحاور التحكم المختلفة في الموضع، والتحكم في كفاف التسارع والتباطؤ، وما إلى ذلك، ويتمثل دورها الرئيسي في تقليل خطأ مسار التحكم في حركة النظام بشكل عام؛ يعد محرك المؤازرة مسؤولاً عن التحكم في موضع المحركات المؤازرة، ويتمثل دوره الرئيسي في تقليل محور المؤازرة لخطأ التتبع. محرك المؤازرة مسؤول عن التحكم في موضع محرك المؤازرة، ودوره الرئيسي هو تقليل محور المؤازرة بعد الخطأ.
يتكون نظام الروبوت المؤازر من محركات مؤازرة، ومحركات مؤازرة، وآلية قيادة للمكونات الثلاثة الرئيسية، والمحركات المؤازرة هي مشغلات، يتم الاعتماد عليها لتحقيق الحركة، ومحرك المؤازرة هو مصدر طاقة المحرك المؤازر، وآلية الأمر هي إرسال نبضة أو إعطاء السرعة المستخدمة للتعاون مع محرك المؤازرة للعمل بشكل صحيح.
الروبوت على متطلبات محرك سيرفو من الجزأين الآخرين مرتفع. بادئ ذي بدء، يجب أن يكون للمحرك المؤازر استجابة سريعة. يجب أن يكون المحرك الصادر عن إشارة الأمر لإكمال التعليمات التي تتطلبها حالة العمل في ذلك الوقت قصيرًا. الاستجابة لإشارة الأمر كلما كان الوقت أقصر، كلما زادت حساسية نظام المؤازرة الكهربائية، كان أداء الاستجابة السريعة أفضل، بشكل عام إلى ثابت الوقت الكهروميكانيكي لمحرك سيرفو لحجم محرك سيرفو لتوضيح أداء الاستجابة السريعة. ثانيًا، يجب أن تكون نسبة القصور الذاتي لعزم دوران المحرك المؤازر كبيرة. في حالة الأحمال الدافعة، يجب أن يتمتع المحرك المؤازر للروبوت بعزم دوران كبير ولحظة قصور ذاتي صغيرة. أخيرًا، يجب أن يتمتع محرك سيرفو باستمرارية وخطية خصائص التحكم، مع تغيير إشارة التحكم، يمكن تغيير سرعة المحرك بشكل مستمر، وفي بعض الأحيان تكون السرعة مطلوبة أيضًا أن تكون متناسبة أو متناسبة تقريبًا مع إشارة التحكم.
وبطبيعة الحال، لكي يتناسب شكل جسم الروبوت، يجب أن يكون محرك السيرفو صغير الحجم وصغير الكتلة وقصير البعد المحوري. يتحمل أيضًا ظروف التشغيل القاسية، ويمكن أن يكون متكررًا جدًا للأمام والخلف وعمليات التسارع والتباطؤ، ويمكنه تحمل الحمل الزائد عدة مرات في فترة زمنية قصيرة.
محرك سيرفو هو محرك مؤازر يمكن استخدامه لتوليد عزم الدوران والقوة، ودفع جسم الروبوت بشكل مباشر أو غير مباشر للحصول على مجموعة متنوعة من مشغلات حركة الروبوت، مع لحظة عزم دوران عالية لنسبة القصور الذاتي، ولا توجد فرشاة أو شرارات تخفيف ومزايا أخرى، في الروبوت يستخدم على نطاق واسع.