Опopно-двигатeльный аппарат
Промышленный робот Kuka поднимает и удерживает на весу деталь массой 1300 кг, а затем кладет ее на место с точностью до сотых долей миллиметра. Интеллект интеллектом, но что за механика позволяет машинам совершать безошибочные движения 24 часа в сутки 365 дней в году?
Мышцы pобoтов
Даже человеку не под силу согнуть колено строго под определенным углом. Больше всего в этом навыке преуспели спортсмены и артисты балета. Однако по точности позиционирования роботы оставляют их далеко позади.
1. Шаговый электродвигатель
Используется там, где не требуется большая скорость и крутящий момент. Такие моторы можно увидеть в большинстве 3D-принтеров. Они же наводят на резкость объективы фотокамер.
Скорость вращения: до 1000 об/мин
Крутящий момент: до 50 Н·м
Самый простой электромоторчик из игрушки имеет три обмотки, находящиеся в магнитном поле постоянного магнита. Это три электромагнита, каждый из которых может повернуть ротор на 120°. Щеточный механизм включает электромагниты по очереди, чтобы вал вращался непрерывно. Но если бы мы управляли каждой обмоткой в отдельности, то получили бы двигатель с шагом 120°.
Распространенный шаговый двигатель для 3D-принтера имеет восемь обмоток, объединенных в пары. Внутри ротора спрятан постоянный магнит. Включая пары по очереди, мы могли бы поворачивать вал на 45° за шаг. Одновременное включение двух пар дает промежуточные комбинации, уменьшая шаг до 22,5°.
Однако в реальности шаг такого двигателя гораздо меньше. Все дело в зубцах, нанесенных и на ротор, и на электромагниты статора. На роторе их 50, на статоре — всего 48. Когда зубцы одной электромагнитной пары располагаются точно напротив зубцов ротора, другие пары оказываются смещены. Включение электромагнита проворачивает ротор ровно настолько, чтобы устранить это смещение. В результате шаг такого двигателя — всего 1,8°.
Драйвер. Так называется быстрая и мощная микросхема, которая переключает напряжение между катушками шагового двигателя в соответствии с программой. Драйвер может заставить мотор повернуться на любой заданный угол или же вращаться непрерывно.
2. Сервомотор
Эта передача используется в комплекте с шаговым двигателем, когда необходимо придать частям механизма поступательное, а не вращательное движение.
Скорость вращения: свыше 10000 об/мин
Крутящий момент: свыше 300 Н·м
В отличие от шагового двигателя сервомотору не требуется сложная управляющая электроника, чтобы создать вращающееся магнитное поле. Основной компонент сервомотора — самый обычный электродвигатель, который может развивать высокую скорость вращения. Следует помнить, что в большинстве случаев скорость нужна вовсе не для того, чтобы механизм двигался быстро. Ее понижают с помощью редуктора и получают высокий крутящий момент. Поэтому везде, где механизм должен поднимать тяжести или поддерживать собственный вес, применяются сервомоторы.