Napędy robotów przemysłowych są niezbędnym komponentem tego typu urządzeń. Można je podzielić na trzy główne typy – napędy elektryczne, hydrauliczne oraz pneumatyczne. Jak działają poszczególne rozwiązania w tym zakresie i jak wygląda ich zastosowanie?
Jakie jest zadanie napędu robota?
Napęd to kluczowa część wyposażenia każdego robota przemysłowego. Jego zadaniem jest wprowadzenie elementów roboczych urządzenia w ruch. Bez niego korzystanie z robota byłoby w zasadzie niemożliwe – z tego względu warto dowiedzieć się nieco więcej na ten temat. Odpowiednio dobrany napęd urządzenia pozwala na zachowanie właściwej precyzji i prędkości pracy, co przekłada się na zapewnienie wydajności w ramach procesów produkcyjnych, montażowych i technologicznych.
Jak dzieli się napędy robotów przemysłowych?
Głównym czynnikiem przy podziale rodzajów napędów robotów przemysłowych jest nośnik energii używanej do uruchomienia mechanizmów. Pod tym względem wyróżniamy przede wszystkim trzy grupy:
- napędy elektryczne – wykorzystują prąd elektryczny i stanowią obecnie najpopularniejsze rozwiązanie w przemyśle, ze względu na stosunkowo niskie koszty połączone z wysoką efektywnością;
- napędy hydrauliczne – działają z użyciem cieczy roboczej (płynu hydraulicznego), aktualnie często realizowane w formie napędów elektrohydraulicznych;
- napędy pneumatyczne – korzystają ze sprężonego powietrza.
Czasami klasyfikacja obejmuje również napędy hybrydowe, które składają się z osobnych jednostek różnego typu.
Czytaj również:
Od czego zależy wybór konkretnego rodzaju napędu?
Istnieje wiele czynników, które mogą wpłynąć na tę decyzję przy wdrażaniu robota w ramach procesu produkcyjnego firmy. Wśród najważniejszych kwestii warto wymienić:
- obciążenie urządzenia, które będzie określać wymaganą siłę napędu;
- parametry ruchów robota, obejmujące m.in. prędkość i precyzję;
- warunki, w których pracuje robot (niektóre napędy lepiej radzą sobie z zagrożeniami takimi jak ryzyko wybuchu czy pożaru, a inne – gorzej; ponadto należy zwrócić uwagę na temperaturę czy poziom wilgoci).
Elektryczne napędy robotów przemysłowych
Rozwiązania z tej kategorii stanowią obecnie zdecydowanie najszerzej stosowaną grupę napędów robotów przemysłowych. Do ich największych zalet należy zaliczyć bardzo wydajne przetwarzanie energii oraz stałe parametry pracy. Konstrukcje tego typu mogą mieć formę napędów prądu stałego z silnikami komutatorowymi, wysokomomentowymi lub bezszczotkowymi, a także napędów prądu przemiennego (z silnikiem synchronicznym lub asynchronicznym). Kolejne dostępne rozwiązanie to silnik krokowy.
Ważnym czynnikiem stojącym za popularnością takich napędów jest niski koszt produkcji energii. Parametry pracy są w większości stałe przez cały czas działania napędu; nie bez znaczenia jest też niewielki rozmiar, który pozwala na bezproblemowy montaż nawet w najmniejszych robotach. Co więcej, ze względu na charakterystykę działania silników elektrycznych nie emitują one hałasu ani zanieczyszczeń w trakcie pracy. Warto zwrócić uwagę także na dużą szybkość, precyzję oraz stosunkowo wysoki stopień bezpieczeństwa.
Nie można jednak pominąć pewnych wad – największą z nich jest wysoki koszt zakupu, choć często jest to inwestycja, która zwraca się wraz z dalszym użytkowaniem napędu i robota. Ich wykorzystanie wymaga również zastosowania przekładni odpowiadających za dostarczenie mocy do elementów wykonawczych robota. W efekcie konstrukcja urządzenia obejmuje kolejny ruchomy komponent, który może ulegać awariom. Napęd tego rodzaju nie może być wykorzystywany przy urządzeniach i procesach z wysokim ryzykiem wybuchu.
Napędy hydrauliczne (lub elektrohydrauliczne)
Typowa implementacja napędów robotów przemysłowych tego typu ma postać serwonapędu, czyli układów do precyzyjnego pozycjonowania osi. Do ich działania potrzebne są trzy elementy:
- układ serwozaworów, które odpowiadają za sterowanie przepływem cieczy;
- siłowniki hydrauliczne, sterujące przesuwaniem elementów robota;
- źródło cieczy roboczej – kluczową kwestią jest w tym przypadku ustabilizowanie ciśnienia, by praca robota mogła przebiegać z pełną sprawnością i precyzją.
Mimo sporych różnic w samej metodzie działania, napędy tego typu oferują równie zadowalające wyniki w kwestii prędkości i masy, co napędy elektryczne. Takie rozwiązania wyróżniają się też pod względem dynamiki ruchu – ze względu na użycie cieczy możliwe jest osiągnięcie stabilnej szybkości działania, precyzyjna kontrola i praca z pożądaną prędkością bez przekładni. Zmiany obciążenia i przeciążenia mają niewielki wpływ na pracę napędów hydraulicznych, a moc może być wzmocniona nawet 1000-krotnie. Kolejne plusy to świetna trwałość oraz możliwość połączenia układu z typowymi elementami hydraulicznymi.
Należy jednak podkreślić, że koszt energii jest zauważalnie większy niż przy użyciu napędów elektrycznych, podobnie jak cena poszczególnych elementów napędu. W efekcie eksploatacja takiego układu może być znacznie droższa. Zastosowanie cieczy w roli czynnika roboczego ogranicza także możliwości zastosowania w procesach, w których kontakt z cieczą jest niewskazany lub niebezpieczny. Warto także pamiętać, że płyn stosowany w takich napędach ma stosunkowo niskie wartości graniczne temperatury pracy – zazwyczaj nie więcej niż 150°C.
Napędy pneumatyczne
Napędy robotów przemysłowych pneumatyczne pracują z wykorzystaniem sprężonego powietrza. Gaz odpowiada za przenoszenie energii do siłowników sterujących, które z kolei wykonują ruchy robota. Moc takiego napędu jest jednak znacznie mniejsza niż w przypadku innych rozwiązań, przez co ich udźwig jest często dość ograniczony.
Mimo tego takie rozwiązanie ma również wiele zalet, które skupiają się głównie wokół prostej i niedrogiej konstrukcji. Dodatkowo napędy pneumatyczne mogą być wykorzystane w miejscach o wysokim zagrożeniu pożarem. Sprężone powietrze może jednak charakteryzować się zmianami prędkości, co utrudnia kontrolowanie procesów. Co więcej, napęd pneumatyczny to najgłośniejszy z podanych rodzajów.
Podsumowanie – jakie napędy robotów przemysłowych wybrać?
Choć największą popularnością cieszą się elektryczne napędy robotów przemysłowych, pozostałe rozwiązania również mają swoje miejsce. Kluczową kwestią przy wyborze są często warunki pracy urządzenia. W szczególności należy zwrócić uwagę na sytuacje, w których nie należy stosować poszczególnych rodzajów napędów:
- napędy elektryczne nie sprawdzą się w środowisku o wysokim zagrożeniu wybuchem;
- napędy hydrauliczne są narażone na wycieki cieczy, przez co nie powinny być wykorzystywane przy urządzeniach bez odporności na kontakt z cieczą;
- napędy pneumatyczne odznaczają się najmniejszymi ograniczeniami pod tym względem, przez co są bardzo użyteczne w różnych nietypowych scenariuszach – np. w miejscach o wysokim zagrożeniu pożarowym.
Warto zaznaczyć, że napędy hydrauliczne i pneumatyczne często mają formę napędów hybrydowych, w których wspierającą rolę odgrywa dodatkowy silnik elektryczny. W wielu robotach poszczególne komponenty odpowiadają za ruch różnych części robota – np. podstawy, ramion czy chwytaka.
Czytaj również:
