Робототехника. 
Пневматические системы автоматики

На базе пневматических приводов могут создаваться стационарные и мобильные роботы с широкими функциональными возможностями.

Пример стационарного пневматического робота приведен на рис. 8.17.

Рис. 8.17. Стационарный пневматический робот.

Робот имеет четыре степени подвижности, обеспечиваемые горизонтальным и вертикальным силовыми цилиндрами, а также приводом поворота захватного устройства и приводом пальцев.

Мобильные пневматические роботы позволяют реализовывать шагающий тип перемещения. Схема варианта выполнения такого робота для автоматизации разминирования показана на рис. 8.18.

Транспортный модуль состоит из продольных и поперечных пневматических цилиндров, корпуса которых соединены симметрично. Каждый транспортный цилиндр имеет два педипулятора, которые установлены на торцах штоков цилиндра.

Педипулятор состоит из подъемного цилиндра с ходом, позволяющим преодолеть заданные размеры препятствий, и опоры с зубчатой рабочей поверхностью для улучшения сцепления с поверхностью при перемещении по склонам. Блок обнаружения мин состоит из металлодетектора, инфракрасного датчика и химического сенсора. Этот блок установлен на передней части по ходу робота.

Датчик положения продольного движения помещен на корпусе продольного цилиндра. Датчик положения поперечного движения и блока обнаружения находится, соответственно, на корпусе поперечного цилиндра.

Рис. 8.18. Схема мобильного робота:

• 1,2- продольные пневматические цилиндры; 3, 4 — поперечные пневматические цилиндры; 5 — подъемные цилиндры; 6 — педипуяяторы; 7 — металлодетектор; 8 — инфракрасный датчик; 9 — химический сенсор; 10 — датчик положения продольного движения; 11- датчик положения поперечного движения; 12 — блок клапанов; 13 — блок вращения;
• 14 — электронный компас; 15 — бортовой компьютер

Блок клапанов располагается с обеих сторон робота, что обеспечивает минимальную длину бортовых питающих линий. Они подают на управляющие клапана сжатый воздух от узла питания, связанного с главной питающей линией.

Общий вид робота с датчиками обнаружения мин показан на рис. 8.19.

Узел питания обеспечивает вращение робота относительно главной питающей линии без создания противодействующего момента за счет скользящего пневматического уплотнения. Бортовой компьютер и электронный компас установлены на верхней части платформы.

Робот имеет два режима управления. Первый режим является транспортным. В этом случае продольные цилиндры перемещают свои псдипуляторы, которые находятся в верхнем положении, с максимальной скоростью, используя всю длину рабочего хода.

Рис. 8.19. Мобильный пневматический робот

Во время этого движения робот опирается на поверхность перемещения посредством педипуляторов поперечного цилиндра. На следующем шаге эту роль выполняют педипуляторы продольных цилиндров и так далее. Робот имеет возможность изменять направление движения на требуемый угол. Вращение робота выполняется посредством одновременного движения продольных цилиндров в противоположных направлениях при контакте их педипуляторов с поверхностью движения. Вторым режимом управления является режим обнаружения мин. В этом режиме блок обнаружения сканирует зону перед роботом. Траектория сканирования реализуется посредством поперечных и продольных цилиндров, которые приводятся в действие с номинальной скоростью, соответствующей параметрам блока обнаружения.

Создание роботов вертикального перемещения является сравнительно новым направлением в разработке мобильных роботов. Эти роботы способны перемещаться и выполнять технологические операции на поверхностях с произвольным углом наклона, что определяет эффективность их использования на больших высотах в строительстве, в радиоактивных зонах при обслуживании атомных реакторов и в других экстремальных ситуациях.

Пример конструкции пневматического робота вертикального перемещения показан на рис. 8.20.

Робот состоит из модуля продольного движения и модуля вращательного движения. Эти модули связаны между собой по оси вращения. Модуль продольного движения состоит из двух пневматических цилиндров.

Рис. 8.20. Схема робота вертикального перемещения:

• 1 — модуль продольного движения; 2 — модуль вращательного движения;
• 3 — консоль: 4, 5 — вакуумные захватные устройства,
• 6,7 — подъемные цилиндры; 8 — траектория поворота

Педипуляторы продольного движения установлены на торцах штоков цилиндров. Они имеют вакуумные захватные устройства, которые обладают возможностью перемещения относительно корпуса робота посредством подъемных цилиндров.

Модуль вращения содержит пневматический привод вращения, жестко связанный с педипуляторами, имеющими ту же комбинацию захватных устройств и подъемных цилиндров, что и модуль продольного движения. Робот имеет девять степеней свободы.

Движение робота осуществляется посредством пошаговой вакуумной фиксации модуля продольного движения и модуля вращения к поверхности движения и поочередным перемещением штоков цилиндров и их корпусов в направлении движения с возможностью поворота с помощью привода вращения на требуемый угол. Модули продольного движения и вращательного движения оснащены подъемными цилиндрами 5. Штоки подъемных цилиндров имеют соединение с концентрическими захватными устройствами и герметизирующими захватными устройствами, упругое в направлении действия цилиндров. Такое соединение дает возможность всей рабочей поверхности захватных устройств войти в контакт с неровной поверхностью движения.

Система управления обеспечиваег алгоритм движения робота, позволяющий уплотнять неровности под захватными устройствами. Указанный алгоритм приведен на рис. 8.21.

Рис. 8.21. Алгоритм движения робота с уплотнением неровностей

Если захватные устройства модуля вращательного движения робота зафиксированы на поверхности движения (рис. 8.21,а), то они могут создавать усилия прижатия захватных устройств модуля продольного движения посредством своего подъемного цилиндра (рис. 8.21,6), уплотняя неровности величиной R. После того как неровности под захватными устройствами модуля продольного движения уплотнены, эти устройства могут быть зафиксированы на поверхности движения, а захватные устройства модуля вращательного движения освобождены (рис. 8.21,в), и так далее. Качество уплотнения контролируется посредством вакуумных датчиков для каждого захватного устройства.

Общий вид робота при движении по внешней стене здания показан на рис. 8.22.

Рис. 8.22. Движение робота по стене

При большой величине неплотностей поверхности перемещения используют конструкции с вентиляторными вакуумными генераторами, способными эвакуировать значительные объемы воздуха из вакуумируемой области. Пример такой конструкции приведен на рис. 8.23.

Рис 8.23. Схема робота с вентиляторным вакуумным генератором:

I — корпус; 2 — уплотнение; 3 — электропривод; 4 — колеса;

5 — вакуумный генератор; V — вакуумируемыи объем

При вакуумировании объема К с помощью вентиляторного вакуу много генератора передвижение по вертикальной поверхности обеспечивается колесами, управляемыми от электропривода.

Этот робот способен передвигаться со значительной скоростью, однако его несущая способность меньше, чем у шагающих роботов.