Robotica Industriale Lezione 4: I motori, muscoli dei robot Prima di andare avanti: I motori appartengono alla classe degli attuatori: Dispositivi che, rispondendo a stimoli (elettrici) applicati al loro ingresso, producono modificazioni fisiche di se stessi e/o dello spazio circostante dipendenti dagli stimoli secondo una legge nota. Un bellissimo tutorial: http://www.acfr.usyd.edu.au/teaching/1styear/mech1751/material/lectures/actuators.pdf 2 1
Requisiti dei motori: Tipo di movimento Lineare Rotatorio Controllabilità In velocità In posizione Energia: Elettrica Idraulica Pneumatica Caratteristiche elettromeccaniche Potenza Peso Dimensioni Inerzia Velocità 3 Movimento lineare: Pistoni idraulici Pistoni pneumatici Solenoidi Motori elettrici lineari (rarissimi) Leghe a memoria di forma (SMA) Bio-motori (muscoli artificiali) Altri (motori a guida sinusoidale IBM, etc.) 4 2
Pistoni idraulici: Alta potenza specifica Alto costo Olio in pressione (tubi) Valvole proporzionali Inadatti in alcuni ambienti 5 Importanza della potenza specifica: 6 3
Pistoni pneumatici e solenoidi: Semplicità Basso costo Discreta potenza specifica Non controllabili (on-off) 7 Movimento rotatorio: Motori idraulici (a pistoni e a palette) Motori elettrici A corrente continua Brushless Stepper 8 4
Motori idraulici rotativi: Vantaggi e svantaggi come i cilindri idraulici Usati solo su macchine molto grosse 9 Motori elettrici a corrente continua: Semplicità Costo Prestazioni discrete Vasta gamma Velocità dipendente dalla corrente applicata Velocità ± dipendente dalla tensione applicata Rotazione veloce Prestazioni non uniformi Presenza di spazzole e collettore (manutenzione) 10 5
Le curve fondamentali di un motore DC 11 Altre curve 12 6
Motori elettrici a corrente alternata (brushless): Prestazioni buone Prestazioni uniformi Assenza di spazzole e collettore (zero manutenzione) Costo Complessità del sistema di controllo 13 Motori elettrici a passo: Dedicheremo loro un capitolo a parte Per ora ci basta sapere che sono rotativi, e che girano abbastanza piano. 14 7
Altri tipi di motori Per un po di tempo, hanno avuto grande successo i motori 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. 15 Il quinto problema: Il movimento dei motori non va quasi mai bene così com è. Occorre cambiarne la velocità, e talvolta anche il tipo. Occorrono organi di trasmissione del movimento 16 8
Cambiare il tipo di movimento: Da A Lineare Rotatorio Lineare Leveraggi Cavi, cinghie o catene Biella - manovella Cremagliera-pignone Catene Rotatorio Vite Pignone - Cremagliera Biella - manovella Cinghie dentate Leveraggi Ingranaggi Viti senza fine Cinghie dentate 17 Da movimento lineare a lineare: Leveraggi Cavi, cinghie o catene 18 9
Da movimento lineare a rotatorio: Biella - manovella Catena Cremagliera-pignone 19 Da movimento rotatorio a lineare: Vite Cinghia dentata Biella - manovella 20 10
Da movimento rotatorio a rotatorio: Leveraggi Ingranaggi Cinghia dentata Vite senza fine 21 Da movimento rotatorio a rotatorio: Leveraggi Ingranaggi Cinghia dentata Vite senza fine 22 11
Ancora da rotatorio a rotatorio: Giunto cardanico Giunti omocinetici vari 23 Il famoso harmonic drive: 24 12
Caratteristiche delle trasmissioni: Alcune trasmissioni permettono di cambiare la velocità di movimento e in ragione inversa la forza esercitata (ingranaggi), altre no Alcune trasmissioni sono reversibili, altre no Alcune trasmissioni non possono non avere gioco 25 Trasmissioni irreversibili: Creano molti problemi di controllo Non occorrono freni Motore Freno elettromagnetico 26 13
Il gioco: P out P out P in P in Senza gioco Con gioco 27 Il gioco Gli ingranaggi non possono non avere gioco 28 14
Come si elimina il gioco Pre-caricamento per gravità Pre-caricamento a molla Regolazione fine P 29 15