Robotica Industriale - R. Cassinis

21-01-2008

Lezione 4: I motori, muscoli dei robot

1© 2004-2005 Riccardo Cassinis. All rights reserved

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Robotica Industriale

Lezione 4:I motori, muscoli dei robot

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Prima di andare avanti:

I motori appartengono alla classe degli attuatori:

Dispositivi che, rispondendo a stimoli (elettrici)applicati al loro ingresso, producono modificazionifisiche di se stessi e/o dello spazio circostantedipendenti dagli stimoli secondo una legge nota.

Un bellissimo tutorial:

http://www.acfr.usyd.edu.au/teaching/1st-year/mech1751/material/lectures/Actuators.pdf

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Requisiti dei motori:

Tipo di movimento

Lineare

Rotatorio

Controllabilità

In velocità

In posizione

Energia:

Elettrica

Idraulica

Pneumatica

Caratteristicheelettromeccaniche

Potenza

Peso

Dimensioni

Inerzia

Velocità

…

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Movimento lineare:

Pistoni idraulici

Pistoni pneumatici

Solenoidi

Motori elettrici lineari (rarissimi)

Leghe a memoria di forma (SMA)

Bio-motori (muscoli artificiali)

Altri (motori a guidasinusoidale IBM, etc.)

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Pistoni idraulici:

Alta potenza specifica

Impiego in ambientipericolosi (esplosivi)

Alto costo

Olio in pressione (tubi)

Valvole proporzionali

Inadatti in alcuni ambienti

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Importanza della potenza specifica:

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Pistoni pneumatici e solenoidi:

Semplicità

Basso costo

Discreta potenza specifica

Non controllabili (on-off)

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Movimento rotatorio:

Motori idraulici (a pistoni e a palette)

Motori elettrici

A corrente continua

Brushless

Stepper

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Motori idraulici rotativi:

Vantaggi e svantaggi come i cilindri idraulici

Usati solo su macchine molto grosse

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Motori elettrici a corrente continua:

Semplicità

Costo

Prestazioni discrete

Vasta gamma

Velocità dipendente dallacorrente applicata

Velocità ± dipendente dallatensione applicata

Rotazione veloce

Prestazioni non uniformi

Presenza di spazzole ecollettore (manutenzione)

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Le curve fondamentali di un motore DC

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Altre curve…

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Motori elettrici a corrente alternata(brushless):

Prestazioni buone

Prestazioni uniformi

Assenza di spazzole ecollettore (zeromanutenzione)

Costo

Complessità del sistema dicontrollo

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Motori elettrici a passo:

Dedicheremo loro un capitolo a parte

Per ora ci basta sapere che sono rotativi, e che giranoabbastanza piano.

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Altri tipi di motori

Per un po’ di tempo, hanno avuto grande successo imotori “a terre rare a trazione diretta”

Motori a corrente alternata, fatti per girare molto piano

Vantaggio: potevano essere calettati direttamente sui giunti

Svantaggi: costo, dissipazione del calore, dimensioni.

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Il quinto problema:

Il movimento dei motori non va quasi mai bene cosìcom’è.

Occorre cambiarne la velocità, e talvolta anche il tipo.

Occorrono organi di trasmissione del movimento

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Cambiare il tipo di movimento:

Lineare Rotatorio

Lin

eare

Rot

ator

io

DaA

LeveraggiCavi, cinghie o catene

Biella - manovellaCremagliera-pignone

Catene

VitePignone - Cremagliera

Biella - manovellaCinghie dentate

LeveraggiIngranaggi

Viti senza fineCinghie dentate

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Da movimento lineare a lineare:

Leveraggi

Cavi, cinghie o catene

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Da movimento lineare a rotatorio:

Biella - manovella

Cremagliera-pignone

Catena

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Da movimento rotatorio a lineare:

Vite

Biella - manovella

Cinghia dentata

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Da movimento rotatorio a rotatorio:

Vite senza fine

Cinghia dentataIngranaggi

Leveraggi

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Ancora da rotatorio a rotatorio:

Giunto cardanico

Giunti omocineticivari

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Il famoso harmonic drive:

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Caratteristiche delle trasmissioni:

Alcune trasmissioni permettono di cambiare la velocitàdi movimento e in ragione inversa la forza esercitata(ingranaggi), altre no

Alcune trasmissioni sono reversibili, altre no

Alcune trasmissioni non possono non avere gioco

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Trasmissioni irreversibili:

Creano molti problemi di controllo

Non occorrono freni

Motore

Freno elettromagnetico

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Il gioco:

Pin

Pout

Senza gioco

Pin

Pout

Con gioco

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Il gioco

Gli ingranaggi non possono non avere gioco

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Come si elimina il gioco

Pre-caricamento per gravità

Pre-caricamento a molla

Regolazione fine

P