Pneumatická zařízení mechatronických systémů

Mobilní stroje, roboty a různé mechatronické systémy mají schopnost pohybovat nebo měnit polohu svých dílů díky aktuátorům. Směr pohybu té či oné části systému se nazývá stupeň volnosti a čím více stupňů volnosti má akční člen, tím větší je pohyblivost stroje, robota nebo akčního členu.

V závislosti na typu pohonu je dosaženo více či méně kvalitativní realizace vzájemného působení strojních částí a také efektivity a flexibility jeho provozu. Výběr typu pohonu je obtížný úkol, o kterém ve fázi návrhu systému rozhodují robotičtí inženýři a technologové.

Jeden z oblíbených typů používaných pohonů v mechatronických systémech — pneumatický pohon… Zde se jako pracovní médium používá plyn, obvykle stlačený vzduch, jehož energie pohání mechanismus. Proto jsou pneumatické pohony levné, spolehlivé, snadno se instalují a obsluhují a jsou požárně bezpečné.Odpadají náklady na nákup a likvidaci pracovní tekutiny (vzduchu).

Existují však některé nevýhody, například možné snížení pracovního tlaku v důsledku netěsnosti v důsledku špatné těsnosti potrubí, což vede ke ztrátám výkonu a rychlosti a také ke komplikacím při polohování. Přesto jsou dnes pneumatické motory, pneumatické válce a pneumatické pneumatické motory v robotech a mobilních strojích široce používány.

Podívejme se na typické zařízení pneumatický pohon… Pneumatický pohon jako takový nutně zahrnuje kompresor a vzduchový motor. V této kombinaci může systém převádět mechanické charakteristiky pohonu podle požadavků na zatížení.

Pneumatické pohony translačního pohybu jsou dvoupolohové, kdy se pohyb pracovního tělesa provádí mezi dvěma koncovými polohami, a také vícepolohové, kdy se pohyb provádí v různých polohách.

Pneumatické pohony mohou být podle principu činnosti jednočinné (kdy pružina zajišťuje návrat do výchozí polohy) nebo dvojčinné (vracení, stejně jako pracovní pohyb, je vytvářeno stlačeným vzduchem). Pneumatické lineární pohony se dělí hlavně na dva typy: pístové a membránové.

U pneumatického pístového pohonu se píst pohybuje ve válci působením stlačeného vzduchu nebo pružiny (zpětný zdvih u jednočinného pohonu zajišťuje pružina).U pneumatického membránového pohonu má komora rozdělená membránou na dvě dutiny na jedné straně stlačený vzduch, který membránu tlačí, a na druhé straně je k membráně připevněna tyč, která přijímá podélnou sílu od membrány. Pneumatický pohon se tedy úspěšně používá v systémech cyklického řízení, například v manipulátorech s horizontálním pohybem vřetene.

Funkčně lze pneumatický pohon rozdělit do čtyř jednotek: jednotka přípravy vzduchu, jednotka rozvodu stlačeného vzduchu, motor pohonu a systém přenosu stlačeného vzduchu k pohonům.

V klimatizační jednotce se vzduch suší a čistí od prachu. Rozvodný blok dle programu otevírá nebo uzavírá (pomocí ventilů) přívod stlačeného vzduchu do dutiny hnacích motorů.

Ventily jsou obvykle ovládány elektromagnety nebo také pneumaticky (pokud je prostředí výbušné). Výkonný blok motoru jsou ve skutečnosti válce s písty, které se otáčejí nebo se pohybují v přímce – pneumatické válce lišící se danými výtlaky, silami a rychlostmi.

Každý motor má svůj vlastní pracovní cyklus a sled cyklů je striktně určen technologickým procesem a řízen odpovídajícím programem řídicí systémy robotů… Systém pro přenos stlačeného vzduchu do různých zařízení využívá pneumatické pohony s různými sekcemi podle aktuální úlohy.

V principu vypadá přenos a přeměna energie v pneumatickém pohonu takto.Primární motor pohání kompresor, který stlačuje vzduch. Stlačený vzduch je pak přiváděn přes ovládací zařízení k pneumatickému motoru, kde se jeho energie přeměňuje na energii mechanickou (pohyb pístu, tyče). Poté je pracovní plyn vypuštěn do prostředí, to znamená, že se nevrací zpět do kompresoru.

Výhody pneumatických pohonů lze jen stěží přeceňovat. Vzduch je ve srovnání s kapalinami stlačitelnější, méně hustý a viskózní, tekutější. Viskozita vzduchu se zvyšuje s tlakem a teplotou.

Ale protože vzduch vždy obsahuje malé množství vodní páry a nemá žádné mazací vlastnosti, existuje riziko škodlivého vlivu kondenzace na pracovní plochy komor. Pneumatické pohony proto potřebují úpravu, to znamená, že jsou jim předem dány takové vlastnosti, aby se prodloužila životnost pohonu, ve kterém se používá jako pracovní prostředí.