Endüstriyel robotların gövde, servo, redüktör ve kontrolör olmak üzere dört ana bileşeni bulunmaktadır. Bunlar arasında, endüstriyel robotların elektrikli servo sisteminin genel yapısı üç kapalı-döngülü kontrolden oluşur; yani akım döngüsü, hız döngüsü ve konum döngüsü. Genel olarak AC servo sürücü için konum kontrolü, hız kontrolü, tork kontrolü ve diğer işlevler, dahili fonksiyon parametrelerinin manuel olarak ayarlanması yoluyla gerçekleştirilebilir.
Aşağıdaki sistem olarak da bilinen servo sistem (servomekanizma), bir prosesin doğru şekilde takip edilmesi veya çoğaltılması için kullanılan geri beslemeli kontrol sistemidir. Servo sistem, nesnenin konumunu, yönelimini, durumunu ve diğer çıktı kontrollü büyüklükleri, otomatik kontrol sistemindeki herhangi bir değişikliğin giriş hedefini (veya verilen değeri) takip etmesini sağlar.
Servo sistem, frekans dönüşüm teknolojisi esas alınarak geliştirilmiş bir üründür ve kontrol nesnesi olarak mekanik konum veya açıya sahip otomatik bir kontrol sistemidir. Servo sistem hız ve tork kontrolünün yanı sıra hassas, hızlı ve stabil konum kontrolü de yapabilmektedir.
Geniş bir servo sistemi, belirli bir süreci doğru bir şekilde izleyen veya yeniden üreten bir kontrol sistemidir ve aynı zamanda takipçi sistem olarak da adlandırılabilir.
Konum takip sistemi olarak da bilinen dar servo sistemi, kontrollü miktar (çıkış miktarı), yüklü makinelerin uzamsal konumunun hat yer değiştirmesi veya açısal yer değiştirmesidir; verilen miktarın (giriş miktarı) konumu herhangi bir değişiklik için olduğunda, sistemin ana görevi, çıkış miktarını verilen değişiklik miktarını hızlı ve doğru bir şekilde yeniden üretmektir.
Mekatronik servo kontrol sistemi çok çeşitli yapılara ve tiplere sahiptir, ancak otomatik kontrol teorisi açısından analize göre, servo kontrol sistemi genellikle denetleyiciyi, kontrol edilen nesneyi, yürütme bağlantısını, algılama bağlantısını, karşılaştırma bağlantısını ve diğer beş parçayı içerir.
1. Karşılaştırma bağlantısı
Karşılaştırma bağlantısı, genellikle özel devre veya bilgisayar tarafından çıkış ve giriş sapma sinyali bağlantısını elde etmek için giriş komut sinyali ve sistem geri bildirim sinyali karşılaştırmasıdır.
2. Denetleyici
Kontrolör genellikle bir bilgisayar veya PID (Orantılı, İntegral ve Diferansiyel) kontrol devresidir ve ana görevi, yürütme elemanını gerekli eyleme göre kontrol etmek için karşılaştırma elemanından sapma sinyali çıkışını dönüştürmektir.
3. Yürütme bağlantısı
Yürütme bağlantısının rolü, kontrol sinyalinin gereksinimlerine göre, çeşitli enerji türlerinin mekanik enerjiye girişi, kontrollü nesne çalışmasının yönlendirilmesidir. Mekatronik sistem elemanlarının uygulanmasında genel olarak çeşitli motorlar veya hidrolik, pnömatik servo mekanizmalar ifade edilmektedir.
4. Kontrollü nesne
Kontrol edilen nesne, mekanik kol veya mekanik çalışma platformu gibi kontrol edilecek nesneyi ifade eder.
5. Tespit
Algılama bağlantısı, çıkışın ölçülebildiği ve genellikle sensörler ve dönüştürme devreleri dahil olmak üzere cihazın ana hatları için gereken karşılaştırmalı bir bağlantıya dönüştürülebildiği anlamına gelir.
Servo sistem özellikleri ve fonksiyonları
Servo sistemi ve genel takım tezgahı besleme sistemi temelde farklıdır; yönetici parçanın hareketinin hızını ve konumunu doğru bir şekilde kontrol etmek için komut sinyaline dayanabilir. Servo sistem, CNC cihazı ile takım tezgahı arasındaki bağlantıdır ve aşağıdaki özelliklere sahip CNC sisteminin önemli bir bileşenidir:
Çıkış miktarı için elektrik sinyallerini doğru bir şekilde verebilen yüksek-hassasiyetteki sensörlere sahip olmalıdır.
Güç amplifikatörü ve kontrol sistemi tersine çevrilebilir olmalıdır.
Yeterince geniş hız aralığı ve yükleme performansıyla birlikte yeterince güçlü-düşük hız.
Hızlı yanıt yeteneği ve güçlü-parazit önleme yeteneği.
Servo sistem türleri Kontrol ilkesine göre: üç biçimde açık-döngü, kapalı-döngü ve yarı-kapalı-döngü
Kontrol edilecek miktarın niteliğine göre: yer değiştirme, hız, kuvvet ve tork ve diğer servo sistemler
Sürüş moduna göre: Elektrikli, hidrolik ve pnömatik servo sürücü formu bulunmaktadır.
Yürütme elemanına göre: step motor servosu, DC motor servosu ve AC motor servo formu vardır.
Servo sistem aktüatörleri
1, aktüatör çeşitleri ve özellikleri
(1) Elektrikli aktüatörler
Elektrikli aktüatörler arasında en yaygın kullanılan aktüatörler olan doğru akım (DC) servo motorlar, alternatif akım (AC) servo motorlar, adım motorları ve solenoidler bulunur. Servo motorlar en yaygın kullanılan aktüatörlerdir. Sorunsuz çalışma gerekliliğinin yanı sıra genellikle iyi bir dinamik performansa sahip olmaları, sık kullanıma uygun olmaları ve bakımının kolay olması da istenir.
(2) Hidrolik aktüatörler
Hidrolik aktüatörler esas olarak pistonlu silindirleri, döner silindirleri, hidrolik motorları vb. içerir ve bunların en yaygın olanları silindirlerdir. Aynı çıkış gücü durumunda, hidrolik bileşenlerin hafifliği, iyi hızı vb. vardır.
(3) Pnömatik aktüatörler
Çalışma ortamı olarak basınçlı havaya ek olarak pnömatik aktüatörler ve hidrolik aktüatörler de farklı değildir. Pnömatik tahrik daha büyük bir itici kuvvet, strok ve hız elde edebilir, ancak havanın zayıf viskozitesi ve sıkıştırılabilirliği nedeniyle yüksek durumların konumlandırma doğruluğu gereksinimlerinde kullanılamaz.
Üç tür arasındaki farklar
| tip | özellikler | bakış açısı | dezavantajları |
| Elektropnömatik | Mevcut ticari güç kaynağı; sinyaller güçle aynı yönde iletilir; AC ve DC arasında bir fark vardır; Kullanılan voltaja ve güce dikkat edin. | Kullanımı kolay; programlaması kolay; konumlandırma servo kontrolünü gerçekleştirebilir; hızlı yanıt, bilgisayara (CPU) kolay bağlantı; Küçük boyut, yüksek güç, kirlilik yok. | Yüksek anlık çıkış gücü; zayıf aşırı yük; sıkıştığında yanma kazalarına neden olur; dış gürültüden etkilenir. |
| Pnömatik | Gaz basıncı kaynak basıncı 5~7×Mpa; vasıflı operatörlere ihtiyaç vardır. | Uygun gaz kaynağı, düşük maliyetli; çevreyi kirletecek sızıntı yok; hızlı ve kullanımı kolaydır. | Küçük güç, büyük boyut, minyatürleştirilmesi zor; düzgün olmayan hareket, uzun mesafelerde iletilmesi zor; yüksek gürültü; servo yapmak zordur. |
| Hidrolik | Sıvı basıncı kaynak basıncı 20~80×Mpa; yetenekli operatörler gerektirir. | Yüksek çıkış gücü, hızlı hız, düzgün hareket, konumlandırma servo kontrolünü gerçekleştirebilir; bilgisayara (CPU) bağlanması kolaydır. | Ekipmanın minyatürleştirilmesi zordur; hidrolik kaynak ve hidrolik yağı gereksinimleri katıdır; Sızıntı üretmek ve çevreyi kirletmek kolaydır. |
2. Yaygın olarak kullanılan kontrol motorları
Kontrol motoru, elektrikli servo kontrol sisteminin güç bileşenidir. Elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren bir enerji dönüşüm cihazıdır. Mekatronik ürünlerde yaygın olarak kullanılan kontrol motorları, doğru hareketi veya daha karmaşık eylemi sağlayabilen servo motorlardır.
Sabit-hız, değişken-hızlı tahrik veya tekrarlanan başlatma ve durdurma ile artımlı tahrikin yanı sıra karmaşık tahriki gerçekleştirmek için voltaj, akım ve frekans (komut darbesi dahil) tarafından kontrol edilen kontrol için döner ve doğrusal tahrik motorları vardır ve tahrikin hassasiyeti tahrik nesnesine göre değişir.
(1) Servo sürücü motoru genel olarak şu anlama gelir: adım motoru (Adım Motor), doğru akım servo motoru (DC Servo Motor), AC servo motor (AC Servo Motor)
(2) yaygın olarak kullanılan servo kontrol motor kontrol yöntemleri şunlardır: açık-döngü kontrolü, yarı-kapalı-döngü kontrolü, kapalı-döngü kontrolü üç.
Konum (veya hız) geri bildirim bağlantısına sahip kapalı-döngü tahrik sistemi; açık-döngü sisteminde konum ve hız geri bildirim bağlantısı yoktur.
a, açık-döngü CNC sisteminde konum ölçüm cihazı yoktur, sinyal akışı tek yönlüdür (CNC cihazı → besleme sistemi), dolayısıyla sistem kararlılığı iyidir.
Konum geri bildirimi olmadan doğruluk, kapalı-döngü sistemine kıyasla yüksek değildir ve doğruluğu esas olarak servo sürücü sisteminin ve mekanik aktarım mekanizmasının performansına ve doğruluğuna bağlıdır. Genellikle güç adım motorunu servo tahrik elemanı olarak alın.
Bu tür bir sistem, basit yapı, istikrarlı çalışma, kolay hata ayıklama, basit bakım, düşük fiyat vb. avantajlara sahiptir; hassasiyet ve hız gereksinimleri yüksek değildir, sürüş torku büyük değildir ve yaygın olarak kullanılmaktadır. Genellikle ekonomik CNC takım tezgahlarında kullanılır.
b, yarı-kapalı-döngü CNC sistemi yarı-kapalı-döngü CNC sistemi konum örnekleme noktası, şekilde gösterildiği gibi, sürücüden (yaygın olarak kullanılan servo motor) veya vida ucundan, örnekleme dönüş açısı tespiti, hareketli parçaların gerçek konumunu doğrudan algılamaz.
Yarı-kapalı döngü döngüsü, az sayıda mekanik iletim bağlantısı içermez veya yalnızca içerir; böylece istikrarlı bir kontrol performansı elde edebilirsiniz; sistemin kararlılığı, açık döngü sistemi kadar iyi değil, ancak kapalı döngüden daha iyidir. Vidanın hatve hatası ve dişli boşluğundan kaynaklanan hareket hatası nedeniyle ortadan kaldırılması zordur. Bu nedenle doğruluğu kapalı çevrimden daha kötü, açık çevrimden daha iyidir. Ancak bu tür hatalar telafi edilebilir ve böylece tatmin edici doğruluk elde edilebilir.
Yarı-kapalı-döngü CNC sistem yapısı basit, hata ayıklaması kolay ve yüksek hassasiyetlidir ve bu nedenle modern CNC takım tezgahlarında yaygın olarak kullanılır.
c, tam kapalı-döngü sayısal kontrol sistemi tam kapalı-döngü sayısal kontrol sistemi konum örnekleme noktası, noktalı çizgiyle gösterildiği gibi, doğrudan hareketli parçaların gerçek konumu üzerinde tespit edilir.
Teorik olarak tüm sürücü ve iletim bağlantısındaki hatayı, açıklığı ve hareket kaybını ortadan kaldırabilir. Yüksek pozisyon kontrol doğruluğuna sahiptir. Konum döngüsü içindeki birçok mekanik iletim bağlantısının sürtünme özellikleri, sertliği ve açıklığı doğrusal olmadığından, sistem kararsızlığına neden olmak kolaydır, bu da kapalı-döngü sisteminin tasarımını, kurulumunu ve hizmete alınmasını oldukça zorlaştırır.
Sistem esas olarak delik işleme ve frezeleme makineleri, ultra-hassas torna tezgahları, ultra-hassas taşlama makineleri ve yüksek hassasiyet gereksinimleri olan daha büyük CNC takım tezgahları için kullanılır.
Robotlar için servo sistemler
Tipik olarak robot servo sistemi derken, çok-eksenli hareket kontrolü için kullanılan hassas bir servo sistemini kastediyoruz. Çok-eksenli bir hareket kontrol sistemi, yüksek-seviyeli bir hareket kontrolörü ve düşük-düzeyli bir servo sürücüden oluşur; hareket kontrolörü, hareket kontrol komut kodunun çözülmesinden, çeşitli konum kontrol eksenlerinin göreceli hareketinden, hızlanma ve yavaşlama kontur kontrolünden vb. sorumludur ve ana rolü, genel sistem hareket kontrol yolu hatasını azaltmaktır; Servo sürücü, servo motorların konum kontrolünden sorumludur ve ana rolü, servo ekseninin izleme hatasının azaltılmasıdır. Servo sürücü, servo motor konum kontrolünden sorumludur ve ana rolü, servo eksen takip hatasını azaltmaktır.
Robot servo sistemi servo motorlardan, servo sürücülerden, üç ana bileşenden oluşan komut mekanizmasından oluşur, servo motorlar aktüatörlerdir, hareketi gerçekleştirmek için ona güvenmektir, servo sürücü servo motor güç kaynağıdır, komut mekanizması bir darbe göndermek veya servo sürücüyle işbirliği yapmak için kullanılan hızın düzgün çalışmasını sağlamaktır.
Robotun servo motor gereksinimleri diğer iki parçaya göre yüksektir. Öncelikle servo motorun hızlı tepki vermesi gerekiyor. Motorun çalışma durumunun gerektirdiği talimatı tamamlayabilmesi için komut sinyalinin kısa olması gerekmektedir. Komut sinyaline yanıt süresi ne kadar kısa olursa, elektrikli servo sistemin hassasiyeti o kadar yüksek olur, hızlı yanıt performansı o kadar iyi olur; hızlı yanıtın performansını göstermek için genellikle servo motorun elektromekanik zaman sabiti, servo motorun boyutunu gösterir. İkinci olarak servo motorun başlangıç torku atalet oranı büyük olmalıdır. Yüklerin sürülmesi durumunda, robotun servo motorunun büyük bir başlangıç torkuna ve küçük bir atalet momentine sahip olması gerekir. Son olarak, servo motor kontrol karakteristiklerinin sürekliliğine ve doğrusallığına sahip olmalıdır, kontrol sinyalinin değişmesiyle birlikte motorun hızı sürekli olarak değiştirilebilir ve bazen hızın da kontrol sinyaliyle orantılı veya yaklaşık olarak orantılı olması gerekir.
Elbette robotun gövde şekline uyum sağlaması için servo motorun boyutunun küçük, kütlesinin küçük ve eksenel boyutunun kısa olması gerekir. Ayrıca zorlu çalışma koşullarına dayanıklıdır, çok sık ileri ve geri hareket edebilir, hızlanma ve yavaşlama işlemleri yapılabilir ve kısa sürede birkaç kat aşırı yüke dayanabilir.
Servo sürücü, tork ve kuvvet üretmek için kullanılabilen, doğrudan veya dolaylı olarak robot gövdesini tahrik ederek çeşitli robot hareket aktüatörleri elde etmek için kullanılabilen, yüksek tork atalet momenti oranına sahip, fırça ve komütasyon kıvılcımları olmayan ve diğer avantajlara sahip, robotta daha yaygın olarak kullanılan bir servo motordur.