Mechatronika, urządzenia mechatroniczne – czujniki, napędy, automatyka, mechanika

We wcześniejszych wpisach pisaliśmy o silnikach krokowych jako dobrych źródłach napędu w sytuacji gdy chcemy dokonywać obrotu o zadaną wartość kątową.  Wśród silników krokowych najczęściej spotykane są silniki o kroku 1.8 stopnia oraz 0,9 stopnia.

Co zrobić, gdy chcemy dokonać obrotu o mniejszy kąt?

Możemy dodać przekładnie planetarną na wyjściu silnika krokowego lub wymienić sterownik silnika krokowego na bardziej zaawansowany.
W przypadku najprostszych sterowników silników krokowych obrót możliwy jest tylko o jeden pełen krok, w tym przypadku cewki silnika krokowego zasilane jest kolejno po sobie. Jeśli chcemy uzyskać obrót o mniejszej wartości kątowej, należy zastosować sterowniki silnika krokowego umożliwiające pracę z mikrokrokiem. Sterowniki silników krokowych są w stanie tak sterować zasilaniem cewek aby dać użytkownikowi możliwość “wirutalnego” podziału kroku – 1/2 , 1/4, 1/8 lub nawet 1/256. Sterowniki silników krokowych wyposażone są przeważnie w dedykowane układy scalone (np. Trinamic), które odpowiednio sterują wartością prądu w uzwojeniach silnika, niezależnie od napięcia zasilającego, obsługując jednocześnie budowanie trajektorii ruchu np. rozpędzanie i hamowanie silnika. Najbardziej zaawansowane układy są w stanie wykryć “zgubienie” kroku w przypadku obciążenia silnika zbyt dużym momentem lub w przypadku zbyt szybkiej zmiany prędkości obrotowej.

Już wkrótce kolejne wpisy o silnikach krokowych i sterownikach silników krokowych.

Przejdź na forum.mechatronika.eu i pobierz materiały o silnikach krokowych.

Wśród wielu konstruktorów koła zębate traktowane są jako “generatory” luzów w mechanizmach. Napisane jest to co prawda mocno kolokwialnie, ale taka jest prawda. Każda przekładnia zębata, w której jedno koło zazębia się z drugim jest obarczona luzami wynikającymi z budowy samego koła i sposobu zazębiania klasycznej przekładni zębatej. Co zrobić gdy musimy zrealizować przełożenie lub konieczne jest przeniesienie napędu lub synchronizacja wielu wałków, a chcemy uniknąć dużych luzów. Otóż rozwiązanie jest proste – koła i pasy zębate.  Tego typu rozwiązanie stosowane jest chociażby w przemyśle motoryzacyjnym, a dokładnie w samym silnku – pasek rozrządu jest przykładem tego typu przekładni.  Na rynku dostępnych jest kilka rodzaj kół i pasków zębatych (metryczne i calowe), różniących się zarysem zęba, szerokością lub zbrojeniem paska. Najczęściej stosowane rodzje to koła i pasy zębate typu: T, AT oraz HTD.

Zachęcamy do zapoznania się z wszystkimi dostępnymi rodzajami kół i pasków zębatych. W tym celu warto pobrać katalog produktów firmy Megadyne – kliknij.

Jest to tylko krótka zachęta do zapoznania się z tematem kół i pasków zębatych, zachęcamy do odwiedzin naszego forum.mechatronika.eu , a dokładniej działu Download, gdzie znajdziecie wiele cennych materiałów o kołach i paskach zębatych – koła i paski zębate – pobierz materiały.

Projektując urządzenia, którze wykorzystują silniki krokowe szukamy gotowych mocowań silników. Niestety jest to problem, albo są ciężko dostępne albo są drogie. Dlatego sprawdź nasze rozwiązanie powstałe podczas realizowania projektów z wykorzystaniem silników krokowych – uniwersalne mocowanie silników krokowych.

Moduł przegubowy dla robotów

igus: gotowe rozwiązania dla robotów humanoidalnych – pomysły oparte na bionice

Nadchodzą roboty humanoidalne ! Kto na „RoboCup” widział sztucznego sportowca grającego w piłkę nożną wie, jak szybko się rozwija ta dziedzina. Jednemu z nierozwiązanych dotychczas problemów poświęcił swoją uwagę specjalista od trybologicznych tworzyw sztucznych – firma igus z Kolonii, która na Targach Hanowerskich pokazała po raz pierwszy nowoczesny „moduł robota” – przegub. Dotychczas bowiem konstruktorzy byli zmuszeni „składać” indywidualne rozwiązania z wielu pojedynczych części.

Przeguby zaprezentowanego teraz modułu „robolink” są poruszane przy użyciu cięgien, a więc podobnie jak w ludzkim mechanizmie kości i ścięgien. W należących do szkieletu robota polimerowych ramionach przegubu można ułożyć obok pneumatyki i hydrauliki także wszystkie przewody do transmisji danych. Sterują one czujnikami obrazu, pomiaru siły i akustycznymi, czyli sztucznymi organami zmysłu robotów humanoidalnych.

Uniwersalny moduł systemowy, łatwy w montażu

Swoją nową częścią szkieletu z tworzywa sztucznego igus wkracza na niezdobyty ląd. Impuls i wsparcie przy pracach konstrukcyjnych dał Dr. Rudolf Bannasch, Dyrektor berlińskiej firmy EvoLogistics – przedsiębiorstwa hightech zajmującego się bioniką i robotami humanoidalnymi. „Przy konstruowaniu robotów humanoidalnych nieskończenie wiele czasu spędzamy nad mechaniką” – powiedział Dr. Bannasch. „Już dawno marzyliśmy o module, którego elementy po prostu wciska się jeden w drugi.” Moduł ten pozwolił na znaczne skrócenie etapu rozwoju a programiści sztucznej inteligencji mogli wcześniej zacząć działać. igus z kolei ma wieloletnie doświadczenie w dziedzinie robotów humanoidalnych i przemysłowych. Przykładem mogą być autonomiczne systemy mobilne z łożyskami tej firmy oraz stosowane na całym świecie roboty przemysłowe z poruszającymi się w wielu płaszczyznach systemami prowadników przewodów „Triflex R”. continue reading…

W dziale Download pojawiły się dwa programy typu CAD do pobrania i darmowego wykorzystywania w celach niekomercyjnych. Alibre Design – wymaga aktywacji na stronie polskiego dystrybutora – alibre.pl (CAD 3D) i QCAD (CAD 2D). Zachęcamy do pobierania i czekamy na Wasze wpisy na FORUM MECHATRONIKA.

Poznaj ofertę ruzam.pl w zakresie projektowania urządzeń mechatronicznych. Odwiedź stronę: mechatronika.ruzam.pl i dowiedz się więcej na temat nowej oferty.

Już za kilka dni kolejna porcja targowych ciekawostek, bowiem 8 czerwca rozpoczynają się znane targi ITM (Innowacje, Technologie, Maszyny) w Poznaniu.

Innowacje-Technologie-Maszyny Polska 2010, targi innowacyjnych procesów technologicznych, należą do największych tego typu wydarzeń w Polsce. Ich kolejna edycja umożliwi ukazanie poszczególnych etapów tworzenia nowoczesnego produktu – od koncepcji i projektu poprzez różnorodne etapy procesu: obróbkę skrawaniem, odlewnictwo, spawalnictwo, lakiernictwo, transport, aż do efektu finalnego.

Targi ITM zostały podzielone na następujące salony:

Patronat Honorowy nad targami objął Minister Gospodarki oraz Minister Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

źródło: mtp.pl

Oczywiście na mechatronika.eu pojawi się relacja z poznańskich targów.

Znając już podstawy mechaniki, możemy powoli myśleć nad budową chyba najbardziej popularnych urządzeń wśród amatorskich, jak i profesjonalnych konstruktorów mechatronicznych czyli maszyn CNC. Maszyny CNC wykorzystywane są do obróbki skrawaniem wybranego materiału, zazwyczaj są to maszyny 3-osiowe. Tego typu urządzenia można podzielić na różne typy, choćby ze względu na budowę. Ale o tym w następnym wpisie.

Na chwilę obecną kilka słów o samych elektrowrzecionach, które są tak na prawdę silnikami asynchroniczymi z zamocowanym poprzez tulejkę zaciskową frezem. Obracając się z dużymi prędkościami, frez wykonuje obróbkę skrawaniem. Przemieszczając jednocześnie samym wrzecionem powodujem powstanie rowków, jeżeli mamy dwie lub trzy osie możemy już całkiem złożone kształty.

Na wrzeciono warto przewidzieć nieco więcej grosza, wybór markowego sprzętu może okazać się dobrą inwestycją. Zwykle tanie, chińskie wrzeciona posiadają kiepskie łożyskowanie, co będzie skutkowało częstymi awariami i przestojami. Obecnie dostępne wrzeciona umożliwiają obróbkę skrawaniem z prędkością obrotową freza do 24 000 [obr/min] – do wysterowania konieczny jest falownik (co to jest? napiszę za jakiś czas), 24 000 [obr./min] to bardzo duża prędkość obrotowa, wał silnika w naszym samochodzie w trakcie normalnej jazdy ma 2000-3000 [obr./min]. Pomyślmy co może się zdarzyć gdy zamiast dobrych, ceramicznych łożysk dostaniemy zwykłe łożyska. Siłą rzeczy takie elektrowrzeciono nie popracuje długo. Dlatego warto zastanowić się, czy warto oszczędzać i tracić na każdym przestoju i serwisie, chyba nie.

Wybór łożyskowania to jedno z podstawowych zadań każdego projektu konstrukcji.  Możemy zastosować dwa rodzaje łożysk: ślizgowe i toczne. Każde z tych typów łożyskowań ma swoje wady i zalety. W punktach wymienione zostaną charakterystyczne cechy tych dwóch rodzajów łożysk.

Łożyska toczne:

-  posiadają element toczny: kulki, wałeczki lub inne
- umożliwiają pracę z dużymi prędkościami obrotowymi lub liniowymi
- wymagają smarowania,
- zabrudzenia po znalezieniu się pomiędzy elementami tocznymi mogą spowodować uszkodzenie łożyska,
- krótsza żywotność,
- do zastosowania przy większych prędkościach obrotowych.

Łożyska ślizgowe:

- brak elementów tocznych,
- łożyska wykonane z materiałów samosmarownych,
- brak konieczności dodatkowego smarowania ( z pewnymi wyjątkami),
- odporność na zabrudzenia,
- w większości przypadków do zastosowania przy niskich prędkościach liniowych lub obrotowych,
- większa żywotność.

W obecnej chwili liderem w produkcji elementów ślizgowych, łożysk, tulei jest firma IGUS (www.igus.pl), natomiast bogatym źródłem informacji jeśli chodzi o łożyska toczne w tym modele w wersji 3D (CAD) jest strona firm SKF (www.skf.pl).

Silniki krokowe, kiedy je stosować?

Silniki krokowe wykonują obrót o określoną liczbę stopni pod wpływem impulsów elektrycznych podawanych w odpowiedniej kolejności na fazy uzwojenia. Częstotliwość impulsów przekłada się na prędkość obrotową, a kolejność ich podawania na kierunek obrotu.

Sterowanie pracą silnika krokowego jest nieco bardziej wymagające technicznie ale w zamian za to otrzymujemy możliwość kontroli pozycji w jakiej znajduję się wał silnika. Określenie pozycji kątowej możliwe jest podstawie ilości impulsów. Bardziej wyrafinowane sterowniki oferują zaawansowane zasilanie faz silnika (płynną zamianę prądu, nie skokową), przez co ruch silnika staje się bardziej płynny.  Gdy silnik nie jest przeciążony obliczona na podstawie impulsów pozycja jest miarodajna, gorzej wygląda sprawa w przypadku przeciążeń lub zbyt wysokiej częstotliwości impulsów, wówczas “prognozowana” pozycja kątowa może znacznie odbiegać od rzeczywistej.

Kiedy stosujemy silniki krokowe?

- gdy potrzebujemy mieć kontrolę nad pozycją, a więc kątem obrotu (pętla otwarta),
- gdy zależy nam na dużym momencie obrotowym i utrzymaniem ustalonej pozycji (moment trzymający),
- gdy nie zależy nam na dużych prędkościach obrotowych,
- gdy zależy nam na obniżeniu kosztów.

Dowiedz się więcej o silnikach krokowych (wymagana rejestracja na forum.mechatronika.eu).

Projektując urządzenie, który musi przemieszczać element wzdłuż pewnej osi często borykamy się z problemem jakiego rozwiązania technicznego użyć. Otóż są dwie podstawowe możliwość:

- budowa własnego rozwiązania na bazie: prowadnic liniowych lub łożysk liniowych, oraz przekazanie napędu poprzez śruby toczne lub paski zębate
- skorzystanie z gotowego rozwiązania jakim są moduły liniowe (linear modules), których przykładem jest moduł Festo opisany na łamach mechatronika.eu .

W przypadku wyboru metody trudniejszej ale bardziej elastycznej musi liczyć się z większymi kosztami. Tworzenie wszystkiego od podstaw jest znacznie droższe. Stoją przed nami dwa zasadnicze wybory, wybór sposobu prowadzenia i przeniesienia napędu, a raczej zamiany ruchu obrotowego na liniowy. Najpierw wybierzemy prowadzenie liniowe, są dwie opcje:

- prowadnice liniowe i wózkiWózki zapewniają przenoszenie dużych obciążeń oraz momentów działających na wózek, jednak prowadnice wymagają przykręcenia do podłoża na całej długości i nie powinny pracować jako elementy samonośne. Niewątpliwym plusem jest możliwość bezpośredniego montażu elementu stolika do wózka.

- wałki i łożyska linioweWałki mogą pracować jako elementy samonośne – oczywiście należy zweryfikować ich ugięcie na większych długościach, zastosowanie łożysk wymaga przeważnie frezowania obsadzeń lub ich kupno, w przypadku wózków tego problemu nie ma.

Po zweryfikowaniu obciążeń wybieramy odpowiednie wałki, prowadnice, wózki lub łożyska.

Kolejnym krokiem jest wybór sposobu przenoszenia napędu, a dokładniej zamiany ruchu obrotowego na liniowy.

- przekładnia śruba-nakrętkaZasada działania przekładni tocznej jest prosta. Uniemożliwiając nakrętce obrót przy jednoczesnym wprowadzeniu śruby w obrót powodujemy liniowe przemieszczenia się tejże nakrętki. Kiedy stosujemy tego typu rozwiązanie? Gdy potrzebujemy stosunkowo niskich prędkości obrotowych, precyzji ruchu lub samohamowności (po wyłączeniu napędu pozycja nie ulegnie zmianie). Oczywiście wszystko zależy od skoku śruby i typu śruby/nakrętki. Mały skok daje nam dużą precyzję ruchu, samohamowność ale niestety niskie prędkości liniowe. Zwiększając skok możemy utrzymać precyzję ruchu jednak tracimy zdolność do samohamowność, konieczne jest wówczas stosowanie hamulców. W przypadku konieczności utrzymania niskich kosztów, przy jednoczesnej niskiej precyzji ruchu (luzy nakrętki) możemy zastosować nakrętkę i śrubę z gwintem trapezowym, ale tylko w przypadku bardzo niskich prędkości obrotowych. Jeżeli jednak zależy nam na dokładności, precyzji i większych prędkościach to należy skorzystać ze śrub tocznych. Śruby toczne zapewniają “bezluzowe” przemieszczanie się nakrętki, ze względu na zastosowanie kulek wewnątrz samej nakrętki.

- pasek zębatyW przypadku zastosowania pasków zębatych możliwe jest uzyskanie bardzo dużych prędkości liniowych, jednak nie ma mowy o samohamowności. Konieczne jest stosowanie dodatkowych hamulców na napędzie lub wózku. Niewątpliwą zaletą jest zdecydowanie niższy koszt takiego rozwiązania kosztem precyzji. Rozwiązanie zamiany ruchu obrotowego na liniowy przy użyciu pasków zostało przedstawione na  rysunku (na bazie prowadnicy liniowej). Pasek zębaty plata prowadnicę liniową z wózkiem, rozciągnięty jest na dwóch kółkach zębatych. Wózek prowadnicy połączony jest na sztywno z paskiem zębatym ale tylko po jednej stronie. Wprowadzając jedno z kół zębatych w ruch, powodujemy przesuwanie się wózka znajdującego się na prowadnicy.

Mam nadzieję, że choć trochę przybliżyłem sprawy podstaw techniki liniowej. W opisie nie poruszona została kwestia napędu, generującego ruch obrotowy. Będzie to przedmiotem kolejnego wpisu.

Porozmawiaj o technice liniowej na forum – technika liniowa pytania.

Pobierz materiały związane z techniką liniową i dowiedz się więcej (wymagana rejestracja na forum.mechatronika.eu)

Nowość od Festo, moduły liniowe z napędem poprzez pasek zębaty.

Moduły liniowe napędzane paskiem zębatym stają się coraz bardziej popularne ze względu na niższe koszty produkcji oraz wysokie prędkości liniowe, jakie można uzyskać przy tego typu przełożeniu. Zachęcamy do zapoznania się z nowymi modułami Festo, które niewątpliwie cechują się wysoką jakością wykonania.

Podstawowe cechy nowych modułów FESTO:

• Nowe wielkości profili o optymalnych przekrojach poprzecznych zapewniają napędom dużą sztywność i obciążalność
• Parametry jak prędkość, przyśpieszenie i moment ustanawiają nowe standardy
• Oprócz parametrów technicznych napęd z paskiem zębaty charakteryzuje się doskonałym współczynnikiem cena/możliwości
• Dzięki dużej mocy EGC, często można zastosować mniejszą wielkość napędu
• Różne wielkości i warianty jak wózki z zgarniaczami zapewniają szeroki zakres zastosowań
• Możliwe jest stosowanie małych czujników zbliżeniowych montowanych w rowkach profilu napędu
• Szeroki zakres opcji dla łączenia z innymi napędami
• Obszerny asortyment osprzętu montażowego dla zestawów wieloosiowych

Dokumentacja modułu liniowego FESTO (PDF)