Az előző részben a fő elemeket mutattuk be, most a robotkarokon alkalmazott hajtásokkal kezdünk ismerkedni.

Ahány ízület, annyi hajtás

Ez szükségszerű összefüggés, hiszen pl. egy csuklópontot hajtás (és rögzítés) nélkül hagyva a pozícionálás lehetetlenné válik. A hajtások összehangolt vezérlésével (és/vagy szabályozásával) valósul meg a TCP adott pályán, adott sebességgel való mozgatása. A hajtások a karokat közvetlenül vagy mechanizmusokon keresztül működtetik. Lehetséges tehát egy forgó ízület hajtása lineáris munkahengerrel, vagy egy kinyúló kar mozgatása golyósorsón, fogaslécen, fogazott szíjon át.

A hajtások legjellemzőbb paraméterei a következők:
- Elmozdulás (löket) vagy elfordulás mértéke
- Húzó- ill. nyomóerő, vagy forgatónyomaték
- Sebesség, szögsebesség
- Gyorsulás, szöggyorsulás
- Beállási pontosság.

Az alkalmazott segédenergia szerint a hajtások a következők lehetnek:

Pneumatikus hajtások

Mind a mai napig működnek robotok, melyekben alkalmazzák a pneumatikus munkahengerekre ill. forgatóhengerekre épülő szervóhajtásokat. Igaz, e hengerek önmagukban pontos pozícionálásra nem képesek, de lineáris útmérővel ill. elfordulásmérővel kiegészítve olcsó, kis karbantartásigényű hajtások épültek belőlük. Munkahengereket a világon számtalan cég gyárt, szinte minden méretben, széles nyomatékskálán, kedvező áron beszerez- hetők. Mégis túlhaladott megoldásnak nevezhető, mivel a szervószabályozók már eltűnedeznek a piacról, s áruk sem alacsony...

Enkóderek: A mozgatókra építhető elmozdulásmérők (enkóderek) két nagy csoportra oszthatók: Abszolút- és inkrementális enkóderek. Az abszolút enkóderek a pillanatnyi pozíciót adják kimenetükön, az inkrementálisok csupán azt jelzik, hogy - erre vagy arra - az egység elmozdult egy osztásnyit. Az inkrementális enkóderek hátránya, hogy bekapcsoláskor nem ismert a helyzetük, ezért vissza kell őket vinni nullahelyzetbe. Az enkóderek pontossága a mikrométer töredéke lehet, amire pl. nagypontosságú CNC forgácsoláskor lehet szükség. Az enkódert minél közelebb kell felszerelni a mérni kívánt alkatrészhez, mert a közbeiktatott elemek (csapágy, áttétel, stb.) a pontosságot teljesen lerontják.
A pneumatikus robothajtások lelke a szervószabályozó, (képünkön a fekete előlapos doboz) ami az útmérő visszacsatolásával, 5/3-as útszelepeken keresztül állítja pozícióba a munkahengert. A szervószabályozó általában buszrendszerre (pl. Profibus DP) csatlakozik.

Hidraulikus hajtások

Jóval nagyobb üzemi nyomással (akár 200 bar) működnek a hidraulikus hajtások. Ezáltal nagyon nagy erők kifejtése válik lehetségessé, amit nagy teherbírású robotoknál, CNC forgácsológépeknél célszerű alkalmazni. A hidraulikus egységek működéséhez szükséges nagynyomású olajat a külön egységet képező hidraulikus tápegység (szivattyú) szolgáltatja.

További előnye a hidraulikus hajtásoknak, hogy jobban szabályozható a mozgatás sebessége, mint a pneumatikusaknál. Ebben a hidraulikus munkahengerekre épített szervószelepnek (baloldali képünk) van központi szerepe:
A szelep 4 vezetékes bemenetén 2 db elektromág- nest találunk. Az egyikre a beállítani kívánt pozíciónak megfelelő feszültség (alapjel) kerül, a másikra az útadó által szolgáltatott pozíció (ellenőrzőjel). A szelep a két jel különbségével arányos átömlő keresztmetszeten tolja ki, vagy húzza be a munkahenger rúdját. Kis hiba tehát lassú elmozdulást, nagy hiba nagy sebességet eredményez.
E szelep következtében egy arra méretezett hidraulikus hajtás képes egy 100Hz-es szinuszjelet is kirajzolni.

Villamos hajtások

Napjaink ipari robotjaiban a villamos hajtások az uralkodóak. Bár szervórendszert sokféle motorral meg lehet valósítani, a robottechnika igényei miatt két típus terjedt el igazán: A tárcsás DC motor és a léptetőmotor. Nézzük, mik azok az igények, amik ezt eredményezték!

- Kis súly: Mivel a motorok a karokkal együtt mozognak, nem mellékes a tömegük. Kisebb súlyú motort könnyebb gyorsítani, lassítani, megtartani.
- Nagy nyomaték: Hogy a kar a teljes terheléstartományban azonos dinamikával legyen kezelhető, a nagy nyomaték fontos. A pozícionálást is könnyíti, ha van elég erő erő a motorban.
- Jó hűtés: Mivel sok indulást, fékezést kell a motornak teljesíteni, gyakran nagy az áramfelvétel. A termelődő hőt gyorsan le kell adni.
- Széles fordulatszám-tartomány: A motorok kimenetén nagyon ritkán (szinte soha nem) található állítható áttételű hajtómű, mégpedig tömegcsökkentési okból. Mivel a kar mozgatási sebessége tág határok között programozható, a motornak széles fordulatszámtartományban kell stabil nyomatékot szolgáltatnia.

A DC robotmotor

A sokféle lehetséges kialakítás közül a tárcsamotor (disc motor) a leggyakoribb az ipari robotokon. Ezeknél a forgórész egy műanyag vagy kerámia alapú tárcsa, amelyre a forgórész tekercselés (rézlemezből készül) fel van ragasztva. A rézlemez felülete nagy, így gyorsan hűl. Ennek induláskor van nagy jelentősége, hiszen az indítóáram sokkal nagyobb az üzeminél.
A disc motorok fordulatszám-szabályozását hagyományos módon, az armatúraárammal végezhetjük. A nyomaték ezeknél a motoroknál a fordulatszám növelésekor lineárisan csökken. (Konstans armatúraáramnál.)

A léptetőmotor

A robotikai alkalmazhatóság szempontjából a léptetőmotorok (steppers) számos előnnyel rendelkeznek, ezért ezekről érdemes részletesebben szólni:
A léptetőmotor olyan, többfázisú, sokpólusú villamos motor, melynél a tekercseket adott sorrendben gerjesztve, a tengely kis szögelfordulást végez, és ott rögzítve megáll. Ezt nevezzük lépésnek. Ha a motort gyorsan léptetjük, szinte sima forgómozgást kapunk. Egy körfordulatot akár 1000 lépésre is oszthatunk. A léptetőmotorok három fő típusa az állandómágneses-, a reluktancia-, és a hibrid léptetőmotor.


A megoldás előnyei:
- Nem szükséges enkóder, hiszen a működtetés diszkrét lépésekben történik.
- Nagyon kicsi fordulatszámok is használhatók.
- Nem kell rögzítőfék az ízületbe, a motor ezt a feladatot is ellátja.
- Nincs szénkefe, így kisebb a karbantartásigény.

Az állandómágneses léptetőmotorok forgórészében állandómágneseket talá- lunk. Ezek ugranak a legközelebbi, megfelelő mágneses pólust adó állórész-foghoz. Az állórészben két tekercs helyezkedik el, középkiveze- téssel. Ezt az elrendezést unipolárisnak nevezzük.

A működési elv a jobboldali ábrán követhető. Figyeljük meg, hogy az állórész mágneses mezeje szembeforog a forgórésszel! Az unipoláris tekercselés mellett találkozhatunk még a bipoláris és bifiláris tekercseléssel is. Az állandómágneses léptetőmotorok kis méretben versenyképesek, ilyen robotalkalmazásokban találkozhatunk velük.

A reluktanciamotoroknál a forgó- részben nincsenek állandómágne- sek, az állórész gerjesztésekor a forgórész úgy áll be, hogy a mágneses ellenállás a legkisebb legyen. Figyeljük meg, hogy az álló- és forgórész fogszáma különböző!
A reluktanciamotorok hatásfoka nem éppen kiváló, ezért nem az ipari alkalmazás az erősségük.

A hibrid léptetomotor nagy nyomatékkal, pontos beállással, jó pozíciótartással érte el, hogy az ipari robotokban ezt alkalmazzák leggyakrabban. A hibrid léptetőmotor egy lemezelt, fogazott lágyvas állórészből, diamágneses tengelyből, a tengelyre húzott gyűrű alakú állandómágnesből és erre húzott, fogazott lágyvas forgórészből áll.
Ha nagy nyomatékra van szükség, több ilyen motort tesznek fel közös tengelyre. A motor készül 2-, 3-, 4- és ötfázisú kivitelben. A nagyobb fázisszám simább járást eredményez, de mind a motor, mind a meghajtó elektronika drágább. Képünkön egy hibrid léptetőmotor látható, a fenekére szerelt 2000 lépéses abszolút enkóderrel.