РОБОТОТЕХНИКА

ЭНЕРГЕТИКА РОБОТОВ

5.1. ЭКОНОМИЯ ЭНЕРГИИ БАТАРЕЙ [1]

В обычной сервосистеме при существовании установившейся ошибки выходные исполнительные устройства должны непрерывно потреблять энергию, чтобы отработать эту ошибку. Для робота наличие установившейся ошибки положения конечности или кисти является обычным рабочим режимом, например, когда кисть захватывает с некоторым усилием какой-либо предмет. В такой ситуации потребление тока от источника питания явля­ется нежелательным. В пневматических или гидравливеских устройствах за счет сохранения постоянства давления непрерыв­ное потребление энергии в этом случае почти отсутствует. Однако электрическая кисть будет непрерывно потреблять ток от бата­рей питания, если усилие, развиваемое кистью, должно поддер­живаться электрическим двигателем, приводящим ее в дви­жение.

Такое положение вещей особенно нежелательно в случае под­вижного робота; здесь следует использовать какую-либо само - тормозящуюся передачу, например червячную, при которой двигатель может быть отключен после достижения заданного усилия, что определяется входным сигналом сервосистемы. Тогда любое изменение этого сигнала будет вызывать включение при­водного двигателя и движение червячной передачи в прямом или обратном направлении.

Применение такого червячного привода и отключающей схемы дает и другие преимущества. Сервосистема может быть простого переключающего или релейного типа, что позволяет уменьшить потребление энергии и потери в усилителе, управляющем дви­гателем, а также время нарастания усилия в исполнительном механизме. Кроме того, такая система абсолютно стабильна при захвате, поскольку приводной двигатель фактически отсоединен от движущихся частей робота. При этом необходим компромисс между эффективной шириной возникающей мертвой зоны и коэф­фициентом усиления в контуре сервоуправления. Желательно, чтобы мертвая зона была небольшой, однако, если она слишком мала, то для обеспечения максимального момента вращения на границе этой зоны необходим чрезвычайно большой коэффициент усиления в контуре сервоуправления. Большой коэффициент обратной связи контура обусловливает меньшую зависимость работы системы от колебаний коэффициента усиления, нагрузки и статического трения в движущихся частях и в то же время уменьшает быстродействие системы. К сожалению, большая ве­личина коэффициента усиления контура увеличивает также труд­ности в обеспечении стабильности следящей системы и плавности отслеживания, что может пагубно отразиться на работе робота.

Было установлено, что в протезных устройствах, для которых в целях экономии энергии батареи предусмотрена такая мертвая зона, предельная величина ее границы должна составлять 30 мВ по входу при номинальной величине коэффициента усиления усилителя около 500. Подобные «гасящие» контуры вводятся в протезные устройства, чтобы сохранять их работоспособность почтп при полной разрядке питающей батареи и при этом обе­спечивать зажимные усилие в 30 Н-м. Для исключения неустой­чивости, вызываемой существованием мертвой зоны, желательно вводить 50%-ный гистерезис, как это показано на рис. 3.6.

В хорошо известной советской искусственной силовой кисти пальцы могут сжиматься и разжиматься на максимальной ско­рости, причем эта кисть не имеет никакой обратной связи, кроме визуальной обратной связи к человеку-оператору. Тем не менее можно получить эффективные изменения скорости за счет «дер­гания» двигателя; тогда результирующие импульсные изменения скорости сглаживаются механической инерцией системы. Ка­чество управления получается при этом невысоким. К тому же потребление энергии батареи, небольшое з состоянии покоя, резко возрастает при движении.