Attuatrice: Esplorazione della meccanica e del controllo dei sistemi di movimento

By Fouad Sabry

Esplora il mondo all'avanguardia della robotica con "Actuator", un volume fondamentale della serie Robotics Science di Fouad Sabry. Questo libro fornisce una comprensione approfondita degli attuatori, i componenti vitali che danno vita ai sistemi robotici. Che tu sia un professionista della robotica, uno studente universitario o laureato, o un appassionato desideroso di ampliare le tue conoscenze, questo libro è una risorsa essenziale per padroneggiare i principi di ingegneria alla base del movimento e del controllo robotici.

Attuatore-scopri i principi fondamentali alla base degli attuatori e il loro ruolo nella conversione dell'energia in movimento nei sistemi robotici.

Valvola-scopri come le valvole controllano il flusso di fluidi nei sistemi idraulici e pneumatici, consentendo un'attuazione precisa.

Motore lineare-scopri la meccanica dei motori lineari, che consentono un movimento fluido e diretto nella robotica senza la necessità di ingranaggi.

Avviamento (motore)-scopri come gli avviatori del motore svolgono un ruolo chiave nell'avvio del movimento, fondamentale per il funzionamento della robotica in ambienti autonomi.

Trasduttore-esamina come i trasduttori convertono l'energia da una forma all'altra, assicurando un'elaborazione dati accurata nei sistemi robotici.

Cremagliera e pignone-approfondisci il meccanismo a cremagliera e pignone che converte il moto rotatorio in moto lineare, essenziale per il movimento robotico.

Sterzo-scopri come i meccanismi di sterzo controllano la direzione dei sistemi robotici, assicurando stabilità e precisione durante il movimento.

Potenza fluida-esamina come i sistemi di potenza fluida, tra cui idraulica e pneumatica, vengono sfruttati per un movimento robotico efficiente.

Macchinari idraulici-comprendi il ruolo dei macchinari idraulici nel fornire forza ai robot per eseguire compiti pesanti con precisione.

Motore piezoelettrico-scopri la tecnologia alla base dei motori piezoelettrici, che utilizzano piccole vibrazioni per generare movimento ad alti livelli di precisione.

Servosterzo-scopri come i sistemi di servosterzo aiutano a controllare il movimento robotico, specialmente in ambienti complessi.

Motore pneumatico-esplora l'uso di motori pneumatici che alimentano i robot utilizzando aria compressa per movimenti rapidi e leggeri.

Attuatore lineare-comprendere il ruolo degli attuatori lineari nel consentire ai sistemi robotici di eseguire movimenti lineari precisi con un attrito minimo.

Trasmissione a vite senza fine-esaminare il meccanismo di trasmissione a vite senza fine e la sua capacità unica di fornire una coppia elevata nelle applicazioni robotiche.

Motore idraulico-immergersi nel funzionamento dei motori idraulici che forniscono un'enorme potenza per i sistemi robotici per impieghi gravosi.

Valvola di controllo-esplorare come le valvole di controllo regolano il movimento dei fluidi per ottimizzare le prestazioni dell'attuatore nei sistemi robotici.

Attuatore valvola-scoprire come gli attuatori valvola controllano l'apertura e la chiusura delle valvole, cruciali per il controllo del flusso di fluido nella robotica.

Servo valvola elettroidraulica-esaminare la sofisticata servo valvola elettroidraulica, un componente chiave nel controllo dei sistemi attuatore con precisione.

Sistema di imbardata-scoprire i sistemi di imbardata che controllano il movimento rotatorio attorno all'asse verticale, consentendo ai robot di navigare in spazi 3D.

Attuatore rotante-esplora il funzionamento degli attuatori rotanti, responsabili della rotazione di parti nei sistemi robotici con precisione.

Solenoide (ingegneria)-scopri il ruolo dei solenoidi nella generazione di un movimento lineare controllato nei sistemi robotici tramite

• Language: Italiano
• Publisher: Un Miliardo Di Ben Informato [Italian]
• Release date: Jan 21, 2025

Book preview

Capitolo 1 : Attuatore

L'apertura di una valvola è un esempio di come un attuatore può essere utilizzato per controllare e spostare altre parti di una macchina. È un motore, per dirla chiaramente.

Per azionare un attuatore sono necessari sia un segnale di comando che l'energia. L'energia del segnale di controllo, che potrebbe essere tensione o corrente elettrica, pressione da fluidi pneumatici o idraulici o persino potenza umana, è bassa. La sua fonte di energia primaria potrebbe essere l'elettricità, la pressione del fluido o la pressione dell'aria. Un attuatore è un dispositivo che prende energia da una fonte e la trasforma in movimento meccanico in risposta a un segnale di controllo. È una forma di automazione o controllo automatico in senso elettrico, idraulico e pneumatico.

Un attuatore è un dispositivo che riceve istruzioni da un sistema di controllo per eseguirle. Non importa se il controller è cablato (meccanico o elettronico) o basato su software (driver della stampante, sistema di controllo del robot), azionato dall'uomo o una combinazione dei tre.

I sistemi di attuazione pneumatica e idraulica hanno entrambi le loro origini nell'era della seconda guerra mondiale (1938). Xhiter Anckeleman, attingendo alla sua esperienza sia con i motori che con i sistemi frenanti, ha ideato questo metodo innovativo per rendere i freni più efficaci e ridurne l'usura.

Un attuatore morbido è un dispositivo di mutaforma che può essere attivato da forze meccaniche, termiche ed elettriche.

Un cilindro o motore fluido è il cuore dell'attuatore idraulico, che incanala la potenza del fluido per muovere le parti meccaniche. L'output del movimento meccanico può essere descritto come movimento lineare, rotatorio o oscillatorio. Un attuatore idraulico può produrre una grande quantità di forza perché i liquidi sono così difficili da comprimere. Il metodo ha lo svantaggio di un'accelerazione lenta.

Il cilindro idraulico è un cilindro con un centro cavo in cui il pistone può muoversi. Quando la pressione del fluido agisce su un solo lato del pistone, questa configurazione è nota come semplice effetto. Poiché il pistone può muoversi solo in una direzione, di solito viene impiegata una molla per fornire una corsa di ritorno. Quando la pressione viene applicata su entrambi i lati di un pistone, il differenziale di forza risultante spinge o tira il pistone nella direzione della forza maggiore. Questo fenomeno è noto come doppio effetto.

Gli attuatori pneumatici possono generare grandi forze da differenze di pressione trascurabili. I comandi principali del motore traggono vantaggio dall'energia pneumatica perché consente risposte istantanee durante l'avvio e lo spegnimento senza richiedere una batteria. Gli attuatori pneumatici non sono solo più convenienti, ma tendono anche ad essere più potenti delle loro controparti. Per controllare il flusso d'aria attraverso una valvola, queste forze vengono tipicamente applicate a un diaframma.

Il vantaggio principale degli attuatori pneumatici è l'elevata forza che possono generare nonostante le loro dimensioni compatte. L'inefficienza energetica, con perdite totali fino al 95%, è uno dei principali svantaggi della tecnologia perché richiede una rete di aria compressa composta da numerosi componenti come compressori, serbatoi, filtri, essiccatori, sottosistemi di trattamento dell'aria, valvole, tubi, ecc.

Dal 1960 a partire dal 1960 sono stati sviluppati diversi tipi di tecnologia degli attuatori:

La forza di rotazione di un motore rotativo elettrico viene trasformata in movimento lineare per mezzo di una cinghia (asse di trasmissione a cinghia con passo-passo o servo) o di una vite per produrre il movimento lineare desiderato (una vite a ricircolo di sfere o una vite di comando o meccanica planetaria)

I vantaggi principali degli attuatori elettromeccanici risiedono nei bassi requisiti di manutenzione, nel lungo ciclo di vita possibile e nell'elevata precisione rispetto agli attuatori pneumatici (potrebbero richiedere grasso). La forza raggiungibile è dell'ordine di 100 kN, che è piuttosto elevata.

La velocità massima, le grandi dimensioni e il peso elevato richiesti da questi attuatori sono i loro principali svantaggi. Sebbene tali attuatori trovino un uso diffuso nelle apparecchiature mediche e nei sistemi di produzione automatizzati.

Analogamente al modo in cui i motori diesel/idraulici sono tipicamente utilizzati nelle attrezzature pesanti, un attuatore elettroidraulico si basa su un motore elettrico come motore primo per fornire la coppia necessaria per azionare un accumulatore idraulico, che a sua volta trasmette la forza di azionamento.

Le valvole multigiro e le attrezzature elettriche per la costruzione e lo scavo sono solo due esempi dei tipi di macchinari che possono essere azionati dall'elettricità.

Un freno è in genere montato sopra il motore in un sistema di controllo della valvola per impedire alla pressione del fluido di aprire la valvola. In assenza di freno, l'attuatore verrà attivato, chiudendo la valvola fino a quando non verrà riaperta lentamente. Ciò fa sì che il motore e l'attuatore entrino in uno schema oscillante di (apertura, chiusura, apertura...).

A differenza degli attuatori elettromeccanici, i motori lineari funzionano secondo lo stesso principio dei motori rotativi elettrici; In effetti, un motore lineare può essere pensato come un motore rotativo srotolato. Generano una forza lineare lungo la loro lunghezza piuttosto che un movimento rotatorio. Alcuni prodotti alimentati da motori lineari hanno una durata di oltre cento milioni di cicli grazie alle ridotte perdite per attrito che producono.

È possibile classificare i motori lineari come motori lineari piatti (tradizionali), motori lineari a canale U o motori lineari tubolari.

Quando si ha a che fare con un carico leggero (fino a 30 kg), la tecnologia del motore lineare è la soluzione migliore grazie alla sua velocità, controllo e precisione