22Авг

Принцип работы ротора: Принципы работы, плюсы и минусы роторного двигателя — особенности роторно-поршневого ДВС — журнал За рулем

Содержание

Роторный двигатель - устройство, особенности и принцип работы

Когда автомобили с поршневыми двигателями внутреннего сгорания уже широко распространились по всему миру, некоторые инженеры попытались разработать роторные двигатели, такие же эффективные и мощные. Существенных успехов добились специалисты из Германии, что неудивительно, ведь именно в этой стране изобрели автомобиль.

Немного истории

В 1957 году свет увидел первый роторно-поршневой двигатель. Впоследствии он был назван именем одного из разработчиков — Феликса Ванкеля. Второй человек, Вальтер Фройде, участвующий в процессе изобретения, незаслуженно попал в тень соавтора. Оба инженера были представителями немецкой компании NSU, производившей авто и мототехнику.

Годом позднее выпустили первый автомобиль с РПД. К сожалению, даже главных конструкторов модель новой машины не удовлетворила. Дви́гатель доработали, и в конце 60-х годов на свет появился седан, получивший звание «Авто года». Это был Ro-80 той же компании NSU. До 100 км он разгонялся всего за 12,8 с, развивал скорость до 180 км/ч, а весил немногим больше тонны. По тем временам это были грандиозные показатели. Лицензию на производство роторных моторов стали сразу же приобретать одна автомобильная компания за другой.

Неизвестно, как сложилась бы судьба изобретения Ванкеля, если бы в 1973 году не начался энергетический кризис, и цены на нефть резко повысились. Роторный двигатель внутреннего сгорания съедал слишком много топлива, поэтому от его применения начали отказываться.

В конце 90-х авто с моторами Ванкеля выпускали только Россия и Япония. Российские автомобили ВАЗ, оснащенные РПД, малоизвестны, а вот японским моделям удалось добиться мировой популярности.

В настоящее время автомобили с роторными двигателями производит лишь компания Mazda. Японским специалистам удалось усовершенствовать автомобильный мотор до такой степени, что он стал потреблять в 2 раза меньше масла и на 40% меньше топлива. Токсичность выхлопов также сократилась, и двигатель теперь соответствует европейским экологическим стандартам. Новым витком в развитии РПД стало применение водорода в качестве топлива.

Основы устройства роторного двигателя

Чтобы понять, как работает роторный двигатель, надо разобраться с его устройством. Две важные детали РПД — ротор и статор. Ротор, установленный на валу, вращается вокруг неподвижной шестерни — статора. Соединение с шестерней происходит посредством зубчатого колеса. Делают ротор из легированной стали и помещают в цилиндрический корпус.

Ротор двигателя в поперечном срезе имеет треугольную форму, его грани выпуклые, а три вершины постоянно контактируют с внутренней поверхностью корпуса. Таким образом, пространство цилиндра разделяется на три камеры. В результате вращения объем камер меняется. В определенный момент, из-за особенностей формы профиля корпуса, камер становится четыре.

  • На первом этапе в одну из камер через отверстие (впускное окно) запускается топливо.
  • Далее объем камеры с топливом уменьшается, впускное окно полностью закрывается и начинается сжатие топлива.
  • На следующем этапе образуется четыре камеры, срабатывают свечи (их две), происходит возгорание топлива, и совершается полезная работа мотора.
  • При дальнейшем вращении ротора открывается выпускное окно, в которое выходят продукты горения (выхлопные газы).

Как только выпускное окно закрывается, открывается впускное отверстие и цикл повторяется.

Один рабочий цикл совершается за один полный оборот вала. Чтобы поршневой двигатель совершил такую же работу, он должен быть двухцилиндровым.

Для обеспечения герметичности на вершинах ротора устанавливают уплотнительные пластины. К цилиндру их придавливают пружины и центробежная сила, добавляется также давление газа.

Чтобы лучше понять, как устроен роторный двигатель, и что это такое вообще, необходимо изучить схему. На ней представлено поперечное сечение агрегата и процессы, происходящие при движении ротора. Схема роторного мотора показывает, какие этапы проходит ротор, играющий роль поршня.

Типы роторных двигателей

Древнейшие роторные двигатели — это водяные мельницы, в которых колесо вращается от действия воды и передает энергию валу. Устройство современно роторного двигателя, работающего на топливе, значительно сложнее. В нем камера может быть:

  • герметично закрыта;
  • постоянно контактировать с внешней средой.

Первый тип устройств применяют на средствах передвижения, а второй в газовых турбинах. Двигатели с закрытой камерой в свою очередь разделяются на несколько видов. Классификация роторных моторов следующая.

  1. Ротор вращается попеременно то в одну, то в другую сторону, его движение неравномерно.
  2. Вращение происходит в одну сторону, но скорость меняется, движение пульсирующее.
  3. Двигатели с уплотнительными заслонками, сделанными в виде лопастей.
  4. Равномерно вращающийся ротор с заслонками, которые движутся вместе с ротором и выполняют функцию уплотнителя.
  5. Двигатели с ротором, совершающим планетарное движение.

Существует также еще два вида типа роторных двигателей, в которых главный элемент равномерно вращается. Они отличаются организацией рабочей камеры и конструкцией уплотнителей. Двигатель Ванкеля относится к пятому пункту из представленного выше списка.

Преимущества РПД

Рассмотрев устройство роторного двигателя и принцип работы, можно понять, что он полностью отличается от поршневого. Роторный двигатель внутреннего сгорания более компактный, состоит из меньшего количества деталей, а его удельная мощность больше, чем у поршневого мотора.

РПД легче уравновесить, чтобы свести вибрации к минимуму. Это позволяет устанавливать его на легкий транспорт, например, микроавтомобили.

Количество деталей меньше, чем у поршневого двигателя почти в 2 раза. Размеры тоже значительно меньше, и такое преимущество упрощает развесовку по осям, позволяет добиться большей устойчивости на дороге.

Традиционный поршневой двигатель совершает полезную работу только за два оборота вала, а в роторном двигателе полезная работа совершается за один оборот ротора. Это является причиной быстрого разгона автомобилей с РПД.

Высокий расход топлива РПД

Устройство и принцип работы роторного двигателя на удивление просты, понятны и остроумны. Почему же он не получил распространения подобно поршневому ДВС? Не последнее место здесь занимает экономичность.

Роторный двигатель внутреннего сгорания потребляет слишком много топлива. При объеме всего 1,3 литра на каждые 100 км уходит почти 20 литров бензина. По этой причине запускать массовое производство автомобилей с РПД решились не многие компании.

В свете последних событий на Ближнем Востоке, когда за ресурсы ведется ожесточенная война, а цены на нефть и газ остаются по-прежнему довольно высокими, ограниченное применение РПД вполне понятно.

Другие важные недостатки

Следующим недостатком роторно-поршневого двигателя является быстрый износ уплотнителей, расположенных по ребрам ротора. Износ этот происходит по причине быстрого вращения, и как следствие, трения ребер о стенки камеры.

В дополнение к этому усложняется система смазки ребер. Компания Мазда сделала форсунки, которые впрыскивают масло в камеру сгорания. В связи с этим требования к качеству масла повысились. Постоянной обильной смазки также требует главный вал, вокруг которого происходит движение.

Техническое решение вопросов смазки требовало особого подхода, и справиться с задачей смогли только японские инженеры после долгих лет экспериментов.

Температура выхлопных газов у РПД выше, чем у поршневого двигателя. Это связано с относительно малой длиной рабочего хода грани ротора. Процесс горения едва успевает закончиться, как грань уже переместилась настолько, что открывается выпускное окно. В результате в выхлопную трубу выходят газы, которые полностью не передали давление ротору, и температура их высока. В атмосферу также попадает небольшая часть недогоревшей топливной смеси, что отрицательно сказывается на окружающей среде.

В роторном двигателе сложно обеспечить герметичность камеры сгорания. В процессе работы стенки статора неравномерно разогреваются и расширяются. В результате возможны утечки газа. Особенно нагревается та часть, в которой происходит сгорание. Чтобы справить с этой проблемой, различные части делают из разных сплавов. Это в свою очередь усложняет и удорожает процесс производства двигателей.

На стоимость производства роторно-поршневых двигателей Ванкеля не лучшим образом влияет сложная форма камеры. На самом деле у цилиндра не овальное сечение, как иногда говорят. Сечение имеет форму эпитрохоида и требует высокоточного исполнения.

Итак, становится понятно, что у роторного двигателя есть плюсы и минусы. Их можно свести в следующую таблицу.

Достоинства

Недостатки

Хорошая сбалансированность Высокий расход топлива, особенно на малых оборотах
Минимальные вибрации Нарушение герметичности из-за перегрева
Быстрый разгон Требует частой замены масла (каждые 5 тысяч км)
Компактные размеры Быстрый износ уплотнителей
Высокая мощность Дороговизна производства некоторых деталей
Небольшое количество основных деталей Повышенный уровень выброса CO2

Из-за быстрого износа деталей ресурс роторного двигателя составляет около 65 тыс.

 км. Для сравнения ресурс традиционного двигателя внутреннего сгорания в 2, а то и в 3 раза больше. Обслуживание роторно-поршневых двигателей требует большей ответственности, поэтому они привлекают внимание преимущественно профессионалов. Частично инженерам удалось устранить недостатки автомобилей с РПД, но некоторые из них все же остались.

Роторно-поршневые двигатели Мазды

В то время как другие мировые производители отказались от производства роторных двигателей, корпорация Mazda продолжила работу над ними. Ее специалисты усовершенствовали конструкцию и получили мощный мотор, способный конкурировать с лучшими европейскими агрегатами.

Работать с роторно-поршневым двигателем японцы начали еще в 1963 году. Они выпустили несколько моделей автобусов, грузовиков и легковых авто.

С 1978 по 2003 год компания производила знаменитый спорткар RX-7. Его приемником стала модель RX-8, получившая более 30 наград на международных моторных выставках.

На RX-8 был установлен двигатель Renesis (Rotary Engine Genesis).

В разной комплектации автомобиль продавался по всему миру. Самые мощные модели (250 л. с., 8,5 тыс. оборотов в минуту) продавали в Северной Америке и Японии. В 2007 годы в Токио на автосалоне представили концепт кар с мотором Renesis II мощность 300 л. с.

В 2009 году автомобили Мазда с роторным мотором были запрещены в Европе, поскольку выброс углекислого газа превышал существующие на тот момент нормы. В 2102 году массовое производство японских автомобилей с роторными двигателями было прекращено. На данный момент РПД от компании Mazda устанавливают только на спортивные гоночные автомобили.

устройство, принцип работы, преимущества и недостатки

Роторный двигатель (РПД или роторно-поршневой двигатель), в отличие от традиционного поршневого ДВС, проще в плане конструкции. Также данный тип силовой установки имеет более высокий КПД. Соответственно, даже при небольшом рабочем объеме «отдача» от такого мотора достаточно высокая. 

При этом РПД не получил широкого распространения в автомобильной индустрии. К сожалению, даже с учетом всех преимуществ, агрегат также имеет целый ряд недостатков. Далее мы рассмотрим, как устроен и работает роторный мотор, а также его сильные и слабые стороны.

Содержание статьи

Роторный двигатель: устройство и принцип работы РПД

Итак, роторный двигатель, который также называют двигатель Ванкеля в честь его создателя, представляет собой достаточно обособленный тип ДВС. При этом данный вид двигателей устанавливался на разные авто (например, роторный двигатель ВАЗ, роторный двигатель Мазда и т.д.), однако в большей степени популяризировали агрегат именно Mazda благодаря спорткару Мазда RX‑8 с роторным двигателем 13B-MSP.

Если коротко, в обычном поршневом моторе энергию от сгорания топлива в цилиндрах преобразует в возвратно-поступательное движение громоздкая поршневая группа, после чего происходит дальнейшее преобразование во вращательное движение (вращение коленвала).

В свою очередь, в роторном моторе нет ЦПГ, преобразование энергии происходит фактически «напрямую», то есть практически без потерь. Само собой, на Мазда роторный двигатель стал достаточно мощным «сердцем» с выдающимися характеристиками.

Примечательно то, что бензиновый атмосферный роторный мотор с рабочим объемом всего лишь 1.3 литра (13B-MSP) с 2  роторами в виде секций выдавал 192 лошадиных силы. В то же время его форсированная версия позволяла снять уже 231 «лошадку».

  • Если рассматривать конструкцию, двигатель получил 5 корпусов, в результате чего были образованы 2 камеры. Указанные камеры, подобно цилиндрам, предназначены для сгорания топливно-воздушной смеси. Энергия сгорания топлива вращает роторы, которые закреплены на эксцентриковом валу, который напоминает коленвал обычного ДВС.

При этом движение ротора сложное, так как ротор не вращается, а фактически «обкатывается» своей внутренней шестерней вокруг стационарной шестерни, которая прикреплена в центре одной из боковых стенок камеры. Сам эксцентриковый вал проходит через все корпуса и стационарные шестерни. Вращение ротора, точнее, его вращательное движение происходит так, что на 1 его оборот приходится 3 оборота эксцентрикового вала.

Еще примечательно то, что хотя в роторном моторе также есть циклы впуска, сжатия, рабочего такта и выпуска, механизм ГРМ максимально упрощен. Отсутствует привод газораспределительного механизма, нет распределительных валов, а также и самих клапанов.

Все необходимые функции реализованы счет впускных и выпускных окон,  которые выполнены в боковых стенках. На деле, ротор во время вращения открывает, а также закрывает эти окна. Чтобы было понятно, давайте рассмотрим принцип работы роторного двигателя на примере агрегата с одной секцией.

  • Итак, боковые стороны ротора вместе со стенками корпусов формируют рабочую полость. Кода ротор двигателя находится в начальном положении, по объему полость небольшая (это начало такта впуска). Далее, вращаясь, ротор, открывает впускные окна, в результате в камеру попадает рабочая топливная смесь. Когда полость достигает максимального объема, ротор перекроет впускные окна, после чего начнется такт сжатия (полость начнет уменьшаться).

В момент, когда объем полости снова минимален, за счет искры от свечи произойдет воспламенение смеси и начнется рабочий такт. Далее энергия сгорания топлива вращает ротор, после чего ротор перейдет в положение, при котором открываются выпускные окна (осуществляется выпуск отработавших газов). После выпуска весь цикл повторяется.

Другие полости будут работать точно так же. С учетом того, что полостей 3, за один оборот ротора произойдет 3 рабочих такта. Более того, эксцентриковый вал вращается быстрее ротора в 3 раза. Результат — по одному рабочему такту на один оборот вала мотора с одной секцией. Вполне очевидно, что поршневой четырехтактный ДВС с одним цилиндром имеет соотношение в 2 раза ниже по сравнению с роторным.

Получается, если сопоставить число рабочих тактов на оборот вала, тогда двухсекционный 13B-MSP напоминает обычный поршневой мотор на 4 цилиндра, однако при объеме 1. 3 л двигатель такой же мощный, как и поршневой агрегат с объемом чуть более 2.5 литров. Еще добавим, что роторный мотор  имеет намного более высокую детонационную стойкость, что позволяет превратить этот мотор в двигатель на водороде.

Конструктивные особенности роторного мотора

Хотя роторный мотор конструктивно имеет меньше деталей, его принцип работы несколько сложнее. Также в устройстве роторного двигателя применены элементы из разных материалов (чугун, алюминий). Еще имеются особые покрытия (например, хром).

Статоры (корпусы роторов) имеют металлические вставки из особой стали, интегрированные в алюминиевый корпус. На деле, статор больше похож на цилиндр с хонингованной гильзой. В свою очередь, боковые корпусы выполнены из чугуна, в них сделаны впускные и выпускные окна. На крайних статорах крепятся шестерни.

Сам ротор является поршнем и шатуном, сделан из облегченного чугуна. Н каждой стороне ротора есть камера сгорания и уплотнители для сохранения герметичности. Во внутренней части ротора стоит роторный подшипник, напоминающий вкладыш коленвала.

  • На обычном поршне традиционного ДВС поршень имеет 3 кольца – пара компрессионных и маслосъемное кольцо. В свою очередь, ротор имеет апексы (уплотнители вершин ротора). Апексы играют роль компрессионных колец. Указанные элементы прижимаются к стенке статора пружиной, а также они прижаты за счет центробежной силы.

Функцию второго пояса компрессионных колец выполняют боковые, а также угловые уплотнения. Они тоже прижимаются пружинами. Эти боковые уплотнители выполнены из металлокерамики, в то же время  угловые уплотнители чугунные. Дополнительно имеются  уплотнения для изоляции, чтобы отработавшие газы не попадали во впускные окна через зазоры, которые образуются между самим ротором и боковым корпусом соответственно.

Еще с двух сторон ротора имеются особые масляные уплотнения (по аналогии с маслосъемными кольцами), которые удерживают масло, поступающее во внутреннюю полость ротора для охлаждения.

Кстати, система смазки роторного ДВС сложная, включает в себя радиатор охлаждения масла, а также целую группу из нескольких типов масляных форсунок. Форсунки интегрированы в эксцентриковый вал для охлаждения роторов, также они установлены в статоры.

Еще масло подается и в рабочую полость, смешиваясь с горючей смесью и выгорая вместе с топливным зарядом. На деле, роторный мотор весьма требователен к качеству масла. Если заливать неподходящую смазку, агрегат коксуется, возникает детонация и т.д.

Также добавим, что система питания простая, есть несколько форсунок (пара форсунок перед впускными окнами, а также во впускном коллекторе). Что касается зажигания, использованы две свечи на один ротор. Это сделано по причине того, что камеры сгорания сами по себе получились длинными. В результате, чтобы добиться равномерного и полноценного сгорания смеси,  используют две свечи, причем их электроды отличаются. При замене свечей важно обращать на это внимание.

Недостатки роторного двигателя

На старте продаж роторная Мазда пользовалась активным спросом, так как автомобиль привлекал автолюбителей своим  необычным и мощным двигателем (особенно форсированные версии с мощностью около 500 л. с.). Однако немного позже владельцы уже на относительно небольших пробегах столкнулись с первыми проблемами и минусами данного типа ДВС.    

Основные недостатки — большой расход топлива и относительно низкий ресурс роторного двигателя 13B-MSP. В идеальных условиях силовая установка данного типа способна выходить около 100 тыс. км пробега. Что касается реальной эксплуатации, часто моторы приходили в негодность уже к 50-60 тыс. км. пробега.

Обычно первыми выходят из строя уплотнения ротора. Причина вполне очевидна, так как уплотнения находятся под высокими нагрузками и сильно нагреваются. Также дает о себе знать и детонация, износ подшипников эксцентрикового вала, роторов и т.д.

  • Примечательно то, что первыми сдаются апексы (уплотнения на торцах), тогда как боковые уплотнители ходят намного дольше. В результате износа апексов, а также их установочных мест на роторе, в двигателе падает компрессия, углы уплотнителей могут отваливаться, повреждая поверхности статора.

Также следует отметить быстрый выход из строя коренных вкладышей эксцентрикового вала. С учетом того, что вал осуществляет вращение в 3 раза быстрее роторов, роторы несколько смещаются по отношению к стенкам статора, причем вершины роторов должны всегда быть удалены на одно расстояние от стенок.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое гибридный двигатель автомобиля. Из этой статьи вы узнаете, как устроен и работает двигатель гибрид, а также что нужно знать о гибридном двигателе перед покупкой автомобиля с силовой установкой данного типа.

В результате, когда углы апексов выпадают, на поверхности статора неизбежно появляются задиры. При этом диагностика роторного двигателя сильно затруднена, так как, в отличие от обычного мотора, роторный двигатель не стучит в случае износа вкладышей.

Параллельно отметим, что на версиях данного мотора с наддувом работа агрегата на обедненной смеси приводит к перегреву апекса. Далее пружина, прижимающая апекс, просто гнет его и компрессия сильно снижается. Еще форсированные (роторные двигатели с наддувом) отличаются неравномерным нагревом корпуса.

В верхней части ДВС, где происходят такты впуска и сжатия, более холодные. В то же время нижняя часть, где протекает процесс сгорания смеси и выпуска раскаленных газов, нагревается намного сильнее. Результат – деформация корпуса форсированных версий.

  • Также отметим, что отдельно проявились и проблемы системы смазки. На практике, масляные форсунки в статоре часто загрязняются и перестают работать. При этом промыть клапаны форсунок не получается, то есть нужна замена. Если же вовремя проблема не была установлена, масляное голодание становится причиной сильного износа целого ряда элементов роторного двигателя.

При этом во всех случаях и независимо от причины, статор на практике восстановить практически не представляется возможным, а также следует отметить отсутствие ремонтных запчастей. Это значит, что если статор поврежден, восстановить двигатель очень сложно и дорого. То же самое касается и ротора. Если пазы под апексы повреждены, отремонтировать деталь практически невозможно.

Все это означает, что мотор фактически «одноразовый» и качественно его отремонтировать нет возможности. Единственный выход – покупка и установка нового двигателя, так как контрактные варианты в большинстве случаев тоже будут изношены и долго не прослужат. Само собой, купить роторный двигатель без пробега можно, но цена роторного двигателя будет высокой.   

Советы и рекомендации

Прежде всего, роторный двигатель необходимо «кормить» только качественным высокооктановым бензином (не ниже АИ-98). Только качественное топливо позволяет избежать детонации, а также замедляет процесс накопления нагара на электродах свечей зажигания.

Еще следует помнить, что этот мотор предельно чувствителен не только к качеству, но и типу масла. Например, не рекомендуется лить синтетику, так как быстро скапливается нагар на апексах, компрессия падает. Заливать в такой мотор следует исключительно рекомендуемое самим производителем масло или подходящую по всем допускам «минералку».

Также замену масла нужно производить часто, масло в роторном моторе меняют каждые 4-5 тыс. км.  Еще важно своевременно менять воздушный фильтр двигателя, так как его загрязнение может привести к закоксовке масляных форсунок системы смазки. Что касается свечей зажигания, лучше производить их замену каждые 10-15 тыс. км.

  • Как правило, основным признаком проблем роторного мотора является потеря компрессии, которая проявляется в затрудненном холодном пуске. Далее неполадки прогрессируют, мотор начинает плохо заводиться как на «холодную», так и на «горячую». Обычно в таком случае очевиден износ апексов, скопление отложений на электродах свечей зажигания и т.д.

В подобной ситуации необходимо срочно отправляться на диагностику к специалистам по ремонту ДВС данного типа. На практике, хотя ремонт сложный и дорогой, в последнее время  в СНГ появилось  несколько центров, специализирующихся на дефектовке и ремонте роторного двигателя  с гарантией.

Как правило, в рамках ремонта выполняется замена статоров, уплотнений роторов, самих роторов и т. д. Конечно, ремонт не дешевый, но однозначно более доступный по сравнению с покупкой нового силового агрегата.

Напоследок отметим, как и поршневой двигатель, роторный мотор нуждается в прогреве перед поездкой. При этом пока мотор не выйдет на рабочие температуры, нагружать агрегат не следует. При таком подходе, а также в сочетании с качественным бензином и маслом, а также своевременном обслуживании, есть все шансы, что роторный двигатель Mazda RX-8 пройдет без ремонта около 80 или даже 100 тыс. км.

Подведем итоги

С учетом приведенной выше информации становится понятно, почему роторный двигатель не получил широкого распространения даже с учетом целого ряда преимуществ. Прежде всего, небольшой ресурс,  необходимость частого и затратного облуживания, а также сложность ремонта РПД являются серьезными недостатками силовых установок данного типа.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель на водороде. Из этой статьи вы узнаете, какие особенности имеет водородный двигатель, а также какие перспективы имеет двигатель на водороде.

По этой причине следует отдельно изучить все нюансы, рассмотренные выше, особенно если к покупке рассматривается автомобиль с роторным двигателем. Например, Мазда RX-8 на вторичном рынке может показаться  отличным вариантом, так как данные авто продаются по привлекательной цене на фоне конкурентов с аналогичными характеристиками.

Однако на практике такой автомобиль может требовать замены или серьезного и дорогостоящего ремонта силового агрегата. Более того, даже если с двигателем все в порядке, не стоит рассчитывать на большой ресурс, а также потенциальным владельцам следует готовиться к более высоким расходам на плановое обслуживание роторного двигателя по сравнению с форсированными поршневыми ДВС (как атмосферными, так и с наддувом).  

описание, устройство и принцип работы

Не все знатоки автомобилестроения знают, что в разное время в разных странах мира, включая СССР, на авто ставились необычные роторные двигатели внутреннего сгорания. Этот уникальный агрегат имеет свою большую историю и, возможно, хорошие перспективы на применение в будущем.

Что представляет собой роторный двигатель Ванкеля

Это простой по техническому решению силовой агрегат. Вместо нескольких поршней с кольцами и шатунами, он имеет один треугольный ротор, посаженный на вал. При этом вал не коленчатый, а эксцентриковый. Камеры сгорания расположены равномерно поочередно по всему кругу вращения ротора.

Роторный двигатель

В роторном ДВС в 2 с лишним раза меньше деталей в сравнении с поршневым вариантом. Нет головки блока цилиндров с системой клапанов в её привычном виде и самой поршневой группы. Значительно меньше вес и габариты.

В настоящее время известно 5 разных типов роторных ДВС. Между собой они имеют существенные конструктивные отличия. Но главный принцип един для всех типов – ротор на эксцентриковом вале вместо поршней на кривошипно-шатунном механизме.

История создания роторного двигателя

Силовые агрегаты с ротором вместо поршневой группы получили устойчивое название «двигатель Ванкеля», по фамилии изобретателя. На самом деле в мире было разработано несколько типов роторных моторов, отличных от изобретения Ванкеля. Но первым в этой области еще в 1920-ых годах начал работать именно немецкий инженер Фридрих Ванкель.

Для двигателя требовались узлы и детали, производство которых возможно только с применением высоких технологий металлообработки, точнейшей подгонки, с чем в то время были определенные трудности. Поэтому быстро запустить изделие в серию сразу не получилось. К тому же началась Вторая мировая война, когда требовались не экспериментальные, а серийные проверенные изделия.

Работы над двигателем были завершены уже во Франции, куда попало оборудования из побежденной Германии, в 1957 году, в компании NSU под руководством инженера Вальтера Фройде.

Применение двигателя Ванкеля на Западе и в СССР

Первый роторный двигатель мощностью 57 л.с. был установлен в 1957 году на спорткар фирмы NSU «Спайдер». Спорткар развивал невероятные для того времени и такой мощности ДВС скорость – 150км/час.

Автомобиль NSU Spider

С 1963 года роторные двигатели стали использовать на серийных автомобилях для населения. Несколько лет их ставили на «Мерседесы», «Шевроле» и «Ситроены». Но двигатель показал ряд существенных недостатков. В результате производители вернулись к использованию классических, проверенных поршневых ДВС.

Настойчивее остальных оказались японские автопроизводители. Они использовали роторные ДВС на некоторых моделях «Мазда». Устранялись слабые места, увеличивался моторесурс до капремонта, снижалось потребление топлива. Однако по ряду причин и японцы вернулись к классическим ДВС . Последняя Мазда RX Spirit R с роторным двигателем сошла с конвейера в 2012 году.

В СССР первый роторный двигатель отечественного производства ставился в 1974 году на легендарную «копейку» – ВАЗ 2101.

Для его создания было организовано специальное конструкторское бюро. Прообразом служил двигатель Ванкеля. Было изготовлено около 50 опытных образцов с маркировкой ВАЗ 311. ВАЗы с ними не продавались населению, а поступили в распоряжение сотрудников ГАИ и КГБ в качестве служебных машин.

Поначалу «копейки» с этим силовым агрегатом вызывали восхищение своей мощью, динамикой разгона, низким шумом и плавностью хода. Но уже через год на ходу осталась только одна машина. Двигатели остальных вышли из строя. Основной причиной поломок стала ненадежность уплотнений, обеспечивающих герметизацию камер сгорания во время вспышки топлива.

Работы над отечественным роторным ДВС продолжались, и были созданы мощные двухсекционные ВАЗ 411 и 413 мощностью 120 и 140 л.с. “Жигули” с этими двигателями снова попали на службу в силовые структуры.

Данное достижение советского автопрома не афишировалось. В народе лишь ходили слухи о том, что сотрудники КГБ ездят на скоростных авто с невероятными секретными двигателями.

Затем были разработаны роторные двигатели ВАЗ 414 и 415. Это были более совершенные универсальные агрегаты. Их можно было ставить как на вазовские «восьмерки» и «девятки», так и на не менее популярные в то время «Москвичи» и «Волги».

Последняя разработка ВАЗ 415 так и не была использована. Ее предшественник, ВАЗ 414 с 1992 года ставился на популярной модели авто ВАЗ 2109 («Спутник», «Самара»).

«Девятки» с этими двигателями обладали необычными характеристиками. Разгон до 100 км/ч за 8 секунд, возможность длительной работы на предельно высоких оборотах. ВАЗ 414 потреблял меньше топлива (14-15 л на 100 км), чем предыдущие роторные ДВС (18-20 л на 100 км). Но все равно больше, чем поршневой мотор.

Однако и на ВАЗе роторные ДВС не смогли конкурировать с традиционными, и вскоре их использование было прекращено.

Работы над усовершенствованием роторных ДВС ведутся в мотоциклетной отрасли. В начале 1980-ых был создан мотоцикл Norton с двигателем Ванкеля, который показал невероятные результаты. Сегодня компания выпускает байки с таким двигателем объемом 588 куб.см. Ведутся работы над новым мотором с объемом 700 куб.см.

Автомобилей в такими двигателями сегодня не выпускают. Не исключено, что автопроизводители могут вести конструкторские работы в этом направлении без афиширования, втайне от конкурентов.

Устройство и принцип работы роторного двигателя

Принцип работы и устройство роторного ДВС одновременно схож с работой обычного поршневого двигателя и электродвигателя. Так же, как поршневой ДВС роторный вариант имеет камеры сгорания, системы впрыска топлива, выхлопа и зажигания. Сходство конструкции с электродвигателем в том, что ротор получает энергию при вращении внутри корпуса. (Кроме роторного ДВС с возвратно-поступательным движением вала).

Электродвигатель получает кинетическую энергию за счет перемещения электромагнитного поля. Роторный ДВС – за счет воспламенения топливно-воздушной смеси и резкого роста давления в камерах сгорания, так же, как и поршневые ДВС.

На сегодня известны 5 типов роторных моторов:

  1. С возвратно-поступательным движением вала. В таких типах ДВС ротор и вал не делают полных оборотов вокруг оси.
  2. Классический двигатель Ванкеля с планетарным вращением вала.
  3. Двигатели, в которых камеры сгорания расположены по спирали.
  4. Двигатели с равномерным вращением вала с камерами сгорания, расположенными по спирали без уплотнительных элементов.
  5. Двигатели с пульсирующим вращением.

Как и поршневые ДВС, роторные варианты имеют 4 рабочих такта:

  1. Впрыск топливно-возду

Роторные двигатели: принцип работы, ресурс и особенности

Роторный двигатель (РПД или роторно-поршневой двигатель), в отличие от традиционного поршневого ДВС, проще в плане конструкции. Также данный тип силовой установки имеет более высокий КПД. Соответственно, даже при небольшом рабочем объеме «отдача» от такого мотора достаточно высокая. 

При этом РПД не получил широкого распространения в автомобильной индустрии. К сожалению, даже с учетом всех преимуществ, агрегат также имеет целый ряд недостатков. Далее мы рассмотрим, как устроен и работает роторный мотор, а также его сильные и слабые стороны.

Роторный двигатель: устройство и принцип работы РПД

Содержание статьи:

Итак, роторный двигатель, который также называют двигатель Ванкеля в честь его создателя, представляет собой достаточно обособленный тип ДВС. При этом данный вид двигателей устанавливался на разные авто (например, роторный двигатель ВАЗ, роторный двигатель Мазда и т.д.), однако в большей степени популяризировали агрегат именно Mazda благодаря спорткару Мазда RX‑8 с роторным двигателем 13B-MSP.

Если коротко, в обычном поршневом моторе энергию от сгорания топлива в цилиндрах преобразует в возвратно-поступательное движение громоздкая поршневая группа, после чего происходит дальнейшее преобразование во вращательное движение (вращение коленвала).

В свою очередь, в роторном моторе нет ЦПГ, преобразование энергии происходит фактически «напрямую», то есть практически без потерь. Само собой, на Мазда роторный двигатель стал достаточно мощным «сердцем» с выдающимися характеристиками.

Примечательно то, что бензиновый атмосферный роторный мотор с рабочим объемом всего лишь 1.3 литра (13B-MSP) с 2  роторами в виде секций выдавал 192 лошадиных силы. В то же время его форсированная версия позволяла снять уже 231 «лошадку».

  • Если рассматривать конструкцию, двигатель получил 5 корпусов, в результате чего были образованы 2 камеры. Указанные камеры, подобно цилиндрам, предназначены для сгорания топливно-воздушной смеси. Энергия сгорания топлива вращает роторы, которые закреплены на эксцентриковом валу, который напоминает коленвал обычного ДВС.

При этом движение ротора сложное, так как ротор не вращается, а фактически «обкатывается» своей внутренней шестерней вокруг стационарной шестерни, которая прикреплена в центре одной из боковых стенок камеры. Сам эксцентриковый вал проходит через все корпуса и стационарные шестерни. Вращение ротора, точнее, его вращательное движение происходит так, что на 1 его оборот приходится 3 оборота эксцентрикового вала.

Еще примечательно то, что хотя в роторном моторе также есть циклы впуска, сжатия, рабочего такта и выпуска, механизм ГРМ максимально упрощен. Отсутствует привод газораспределительного механизма, нет распределительных валов, а также и самих клапанов.

Все необходимые функции реализованы счет впускных и выпускных окон,  которые выполнены в боковых стенках. На деле, ротор во время вращения открывает, а также закрывает эти окна. Чтобы было понятно, давайте рассмотрим принцип работы роторного двигателя на примере агрегата с одной секцией.

  • Итак, боковые стороны ротора вместе со стенками корпусов формируют рабочую полость. Кода ротор двигателя находится в начальном положении, по объему полость небольшая (это начало такта впуска). Далее, вращаясь, ротор, открывает впускные окна, в результате в камеру попадает рабочая топливная смесь. Когда полость достигает максимального объема, ротор перекроет впускные окна, после чего начнется такт сжатия (полость начнет уменьшаться).

В момент, когда объем полости снова минимален, за счет искры от свечи произойдет воспламенение смеси и начнется рабочий такт. Далее энергия сгорания топлива вращает ротор, после чего ротор перейдет в положение, при котором открываются выпускные окна (осуществляется выпуск отработавших газов). После выпуска весь цикл повторяется.

Другие полости будут работать точно так же. С учетом того, что полостей 3, за один оборот ротора произойдет 3 рабочих такта. Более того, эксцентриковый вал вращается быстрее ротора в 3 раза. Результат — по одному рабочему такту на один оборот вала мотора с одной секцией. Вполне очевидно, что поршневой четырехтактный ДВС с одним цилиндром имеет соотношение в 2 раза ниже по сравнению с роторным.

Получается, если сопоставить число рабочих тактов на оборот вала, тогда двухсекционный 13B-MSP напоминает обычный поршневой мотор на 4 цилиндра, однако при объеме 1. 3 л двигатель такой же мощный, как и поршневой агрегат с объемом чуть более 2.5 литров. Еще добавим, что роторный мотор  имеет намного более высокую детонационную стойкость, что позволяет превратить этот мотор в двигатель на водороде.

Конструктивные особенности роторного мотора

Хотя роторный мотор конструктивно имеет меньше деталей, его принцип работы несколько сложнее. Также в устройстве роторного двигателя применены элементы из разных материалов (чугун, алюминий). Еще имеются особые покрытия (например, хром).

Статоры (корпусы роторов) имеют металлические вставки из особой стали, интегрированные в алюминиевый корпус. На деле, статор больше похож на цилиндр с хонингованной гильзой. В свою очередь, боковые корпусы выполнены из чугуна, в них сделаны впускные и выпускные окна. На крайних статорах крепятся шестерни.

Сам ротор является поршнем и шатуном, сделан из облегченного чугуна. Н каждой стороне ротора есть камера сгорания и уплотнители для сохранения герметичности. Во внутренней части ротора стоит роторный подшипник, напоминающий вкладыш коленвала.

  • На обычном поршне традиционного ДВС поршень имеет 3 кольца – пара компрессионных и маслосъемное кольцо. В свою очередь, ротор имеет апексы (уплотнители вершин ротора). Апексы играют роль компрессионных колец. Указанные элементы прижимаются к стенке статора пружиной, а также они прижаты за счет центробежной силы.

Функцию второго пояса компрессионных колец выполняют боковые, а также угловые уплотнения. Они тоже прижимаются пружинами. Эти боковые уплотнители выполнены из металлокерамики, в то же время  угловые уплотнители чугунные. Дополнительно имеются  уплотнения для изоляции, чтобы отработавшие газы не попадали во впускные окна через зазоры, которые образуются между самим ротором и боковым корпусом соответственно.

Еще с двух сторон ротора имеются особые масляные уплотнения (по аналогии с маслосъемными кольцами), которые удерживают масло, поступающее во внутреннюю полость ротора для охлаждения.

Кстати, система смазки роторного ДВС сложная, включает в себя радиатор охлаждения масла, а также целую группу из нескольких типов масляных форсунок. Форсунки интегрированы в эксцентриковый вал для охлаждения роторов, также они установлены в статоры.

Еще масло подается и в рабочую полость, смешиваясь с горючей смесью и выгорая вместе с топливным зарядом. На деле, роторный мотор весьма требователен к качеству масла. Если заливать неподходящую смазку, агрегат коксуется, возникает детонация и т.д.

Также добавим, что система питания простая, есть несколько форсунок (пара форсунок перед впускными окнами, а также во впускном коллекторе). Что касается зажигания, использованы две свечи на один ротор. Это сделано по причине того, что камеры сгорания сами по себе получились длинными. В результате, чтобы добиться равномерного и полноценного сгорания смеси,  используют две свечи, причем их электроды отличаются. При замене свечей важно обращать на это внимание.

Недостатки роторного двигателя

Сейчас читают

На старте продаж роторная Мазда пользовалась активным спросом, так как автомобиль привлекал автолюбителей своим  необычным и мощным двигателем (особенно форсированные версии с мощностью около 500 л. с.). Однако немного позже владельцы уже на относительно небольших пробегах столкнулись с первыми проблемами и минусами данного типа ДВС.    

Основные недостатки — большой расход топлива и относительно низкий ресурс роторного двигателя 13B-MSP. В идеальных условиях силовая установка данного типа способна выходить около 100 тыс. км пробега. Что касается реальной эксплуатации, часто моторы приходили в негодность уже к 50-60 тыс. км. пробега.

Обычно первыми выходят из строя уплотнения ротора. Причина вполне очевидна, так как уплотнения находятся под высокими нагрузками и сильно нагреваются. Также дает о себе знать и детонация, износ подшипников эксцентрикового вала, роторов и т.д.

  • Примечательно то, что первыми сдаются апексы (уплотнения на торцах), тогда как боковые уплотнители ходят намного дольше. В результате износа апексов, а также их установочных мест на роторе, в двигателе падает компрессия, углы уплотнителей могут отваливаться, повреждая поверхности статора.

Также следует отметить быстрый выход из строя коренных вкладышей эксцентрикового вала. С учетом того, что вал осуществляет вращение в 3 раза быстрее роторов, роторы несколько смещаются по отношению к стенкам статора, причем вершины роторов должны всегда быть удалены на одно расстояние от стенок.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое гибридный двигатель автомобиля. Из этой статьи вы узнаете, как устроен и работает двигатель гибрид, а также что нужно знать о гибридном двигателе перед покупкой автомобиля с силовой установкой данного типа.

В результате, когда углы апексов выпадают, на поверхности статора неизбежно появляются задиры. При этом диагностика роторного двигателя сильно затруднена, так как, в отличие от обычного мотора, роторный двигатель не стучит в случае износа вкладышей.

Параллельно отметим, что на версиях данного мотора с наддувом работа агрегата на обедненной смеси приводит к перегреву апекса. Далее пружина, прижимающая апекс, просто гнет его и компрессия сильно снижается. Еще форсированные (роторные двигатели с наддувом) отличаются неравномерным нагревом корпуса.

В верхней части ДВС, где происходят такты впуска и сжатия, более холодные. В то же время нижняя часть, где протекает процесс сгорания смеси и выпуска раскаленных газов, нагревается намного сильнее. Результат – деформация корпуса форсированных версий.

  • Также отметим, что отдельно проявились и проблемы системы смазки. На практике, масляные форсунки в статоре часто загрязняются и перестают работать. При этом промыть клапаны форсунок не получается, то есть нужна замена. Если же вовремя проблема не была установлена, масляное голодание становится причиной сильного износа целого ряда элементов роторного двигателя.

При этом во всех случаях и независимо от причины, статор на практике восстановить практически не представляется возможным, а также следует отметить отсутствие ремонтных запчастей. Это значит, что если статор поврежден, восстановить двигатель очень сложно и дорого. То же самое касается и ротора. Если пазы под апексы повреждены, отремонтировать деталь практически невозможно.

Все это означает, что мотор фактически «одноразовый» и качественно его отремонтировать нет возможности. Единственный выход – покупка и установка нового двигателя, так как контрактные варианты в большинстве случаев тоже будут изношены и долго не прослужат. Само собой, купить роторный двигатель без пробега можно, но цена роторного двигателя будет высокой.   

Советы и рекомендации

Прежде всего, роторный двигатель необходимо «кормить» только качественным высокооктановым бензином (не ниже АИ-98). Только качественное топливо позволяет избежать детонации, а также замедляет процесс накопления нагара на электродах свечей зажигания.

Еще следует помнить, что этот мотор предельно чувствителен не только к качеству, но и типу масла. Например, не рекомендуется лить синтетику, так как быстро скапливается нагар на апексах, компрессия падает. Заливать в такой мотор следует исключительно рекомендуемое самим производителем масло или подходящую по всем допускам «минералку».

Также замену масла нужно производить часто, масло в роторном моторе меняют каждые 4-5 тыс. км.  Еще важно своевременно менять воздушный фильтр двигателя, так как его загрязнение может привести к закоксовке масляных форсунок системы смазки. Что касается свечей зажигания, лучше производить их замену каждые 10-15 тыс. км.

  • Как правило, основным признаком проблем роторного мотора является потеря компрессии, которая проявляется в затрудненном холодном пуске. Далее неполадки прогрессируют, мотор начинает плохо заводиться как на «холодную», так и на «горячую». Обычно в таком случае очевиден износ апексов, скопление отложений на электродах свечей зажигания и т.д.

В подобной ситуации необходимо срочно отправляться на диагностику к специалистам по ремонту ДВС данного типа. На практике, хотя ремонт сложный и дорогой, в последнее время  в СНГ появилось  несколько центров, специализирующихся на дефектовке и ремонте роторного двигателя  с гарантией.

Как правило, в рамках ремонта выполняется замена статоров, уплотнений роторов, самих роторов и т. д. Конечно, ремонт не дешевый, но однозначно более доступный по сравнению с покупкой нового силового агрегата.

Напоследок отметим, как и поршневой двигатель, роторный мотор нуждается в прогреве перед поездкой. При этом пока мотор не выйдет на рабочие температуры, нагружать агрегат не следует. При таком подходе, а также в сочетании с качественным бензином и маслом, а также своевременном обслуживании, есть все шансы, что роторный двигатель Mazda RX-8 пройдет без ремонта около 80 или даже 100 тыс. км.

Подведем итоги

С учетом приведенной выше информации становится понятно, почему роторный двигатель не получил широкого распространения даже с учетом целого ряда преимуществ. Прежде всего, небольшой ресурс,  необходимость частого и затратного облуживания, а также сложность ремонта РПД являются серьезными недостатками силовых установок данного типа.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое двигатель на водороде. Из этой статьи вы узнаете, какие особенности имеет водородный двигатель, а также какие перспективы имеет двигатель на водороде.

По этой причине следует отдельно изучить все нюансы, рассмотренные выше, особенно если к покупке рассматривается автомобиль с роторным двигателем. Например, Мазда RX-8 на вторичном рынке может показаться  отличным вариантом, так как данные авто продаются по привлекательной цене на фоне конкурентов с аналогичными характеристиками.

Однако на практике такой автомобиль может требовать замены или серьезного и дорогостоящего ремонта силового агрегата. Более того, даже если с двигателем все в порядке, не стоит рассчитывать на большой ресурс, а также потенциальным владельцам следует готовиться к более высоким расходам на плановое обслуживание роторного двигателя по сравнению с форсированными поршневыми ДВС (как атмосферными, так и с наддувом).  

Источник

Роторно — поршневой двигатель (двигатель Ванкеля)

Роторно-поршневой двигатель или двигатель Ванкеля представляет собой мотор, где главным рабочим элементом осуществляются планетарные круговые движения. Это принципиально другой вид двигателя, отличный от поршневых собратьев в семействе ДВС.

В конструкции такого агрегата используется ротор (поршень) с тремя гранями, внешне образующим треугольник Рело, осуществляющий круговые движения в цилиндре особого профиля. Чаще всего поверхность цилиндра исполнена по эпитрохоиде (плоской кривой, полученной точкой, которая жестко связана с окружностью, осуществляющей движение по внешней стороне другой окружности). На практике можно встретить цилиндр и ротор иных форм.

Составные элементы и принцип работы

Устройство двигателя типа РПД предельно проста и компактна. На ось агрегата устанавливается ротор, который крепко соединяется с шестерней. Последняя сцепляется со статором. Ротор, имеющий три грани, двигается по эпитрохоидальной цилиндрической плоскости. В результате чего сменяющиеся объемы рабочих камер цилиндра отсекаются с помощью трех клапанов. Уплотнительные пластины (торцевого и радиального типа) прижимаются к цилиндру под действием газа и за счет действия центростремительных сил и ленточных пружин. Получаются 3 изолированные камеры разные по объемным размерам. Здесь осуществляются процессы сжимания поступившей смеси горючего и воздуха, расширения газов, оказывающих давление на рабочую поверхность ротора и очищающих камеру сгорания от газов. На эксцентриковую ось передается круговое движение ротора. Сама ось находится на подшипниках и передает момент вращения на механизмы трансмиссии. В этих моторах осуществляется одновременная работа двух механических пар. Одна, которая состоит из шестерен, регулирует движение самого ротора. Другая — преобразует вращающиеся движение поршня во вращающиеся движения эксцентриковой оси.

Детали Роторно-поршневого двигателя

   Принцип работы двигателя Ванкеля

На примере двигателей, установленных на автомобилях ВАЗ, можно назвать следующие технические характеристики:
— 1,308 см3 – рабочий объем камеры РПД;
— 103 кВт/6000 мин-1 – номинальная мощность;
— 130 кг масса двигателя;
— 125000 км – ресурс двигателя до первого полного его ремонта.

Смесеобразование

В теории в РПД применяют несколько разновидностей смесеобразования: внешнее и внутреннее, на основе жидких, твердых, газообразных видов топлива.
Касательно твердых видов топлива стоит отметить, что их первоначально газифицируют в газогенераторах, так как они приводят к повышенному золообразованию в цилиндрах. Поэтому большее распространение на практике получили газообразные и жидкие топлива.
Сам механизм образования смеси в двигателях Ванкеля будет зависеть от вида применяемого топлива.
При использовании газообразного топлива его смешение с воздухом происходит в специальном отсеке на входе в двигатель. Горючая смесь в цилиндры поступает в готовом виде.

Из жидкого топлива смесь приготавливается следующим образом:

  1. Воздух смешивается с жидким топливом перед поступлением в цилиндры, куда поступает горючая смесь.
  2. В цилиндры двигателя жидкое топливо и воздух поступают по отдельности, и уже внутри цилиндра происходит их смешивание. Рабочая смесь получается при соприкосновении их с остаточными газами.

Соответственно, топливно-воздушная смесь может готовиться вне цилиндров или внутри их. От этого идет разделение двигателей с внутренним или внешним образованием смеси.

Особенности РПД

Преимущества

Преимущества двигателей роторно-поршневого типа по сравнению со стандартными бензиновыми двигателями:

— Низкие показатели уровня вибрации.
В моторах типа РПД отсутствует преобразование возвратно-поступательного движения во вращательное, что позволяет агрегату выдержать высокие обороты с меньшими вибрациями.

— Хорошие динамические характеристики.
Благодаря своему устройству такой мотор, установленный в машине, позволяет ее разогнать выше 100 км/ч на высоких оборотах без избыточной нагрузки.

— Хорошие показатели удельной мощности при малой массе.
Из-за отсутствия в конструкции двигателя коленчатого вала и шатунов достигается небольшая масса движущихся частей в РПД.

— В двигателях такого типа практически отсутствует система смазки.
Непосредственно в топливо добавляется масло. Топливно-воздушная смесь сама осуществляет смазывание пар трения.

— Мотор роторно-поршневого типа имеет небольшие габаритные размеры.
Установленный роторно-поршневой мотор позволяет максимально использовать полезное пространство моторного отсека автомобиля, равномерно распределить нагрузку на оси автомашины и лучше рассчитать расположение элементов коробки передач и узлов. Например, четырехтактный двигатель такой же мощности будет в два раза больше роторного двигателя.

Недостатки двигателя Ванкеля

— Качество моторного масла.
При эксплуатации такого типа двигателей необходимо уделять должное внимание к качественному составу масла, применяемого в двигателях Ванкеля. Ротор и находящаяся внутри камера двигателя имеют большую площадь соприкосновения, соответственно, износ двигателя происходит быстрее, а также такой двигатель постоянно перегревается. Нерегулярная смена масла наносит огромный урон двигателю. Износ мотора возрастает в разы из-за наличия абразивных частиц в отработанном масле.

— Качество свечей зажигания.
Эксплуатантам таких двигателей приходится быть особо требовательным к качественному составу свечей. В камере сгорания из-за ее небольшого объема, протяженной формы и высокой температуры затруднен процесс зажигания смеси. Следствием является повышенная рабочая температура и периодическая детонация камеры сгорания.

— Материалы уплотнительных элементов.
Существенной недоработкой мотора типа РПД можно назвать ненадежную организацию уплотнений промежутков между камерой, где сгорает топливо, и ротором. Устройство ротора такого мотора достаточно сложное, поэтому уплотнения требуются и по граням ротора, и по боковой поверхности, имеющей соприкосновение с крышками двигателя. Поверхности, которые подвергаются трению, необходимо постоянно смазывать, что выливается в повышенный расход масла. Практика показывает, что мотор типа РПД может потребить от 400 гр до 1 кг масла на каждые 1000 км. Снижаются экологичные показатели работы двигателя, так как горючее сгорает вместе с маслом, в результате в окружающую среду выбрасывается большое количество вредных веществ.

Из-за своих недоработок такие моторы не получили широкого распространения в автомобилестроении и в изготовлении мотоциклов. Но на базе РПД изготавливаются компрессоры и насосы. Авиамоделисты часто используют такие двигатели для конструирования своих моделей. Из-за невысоких требований к экономичности и надежности конструкторы не применяют сложную систему уплотнений в таких моторах, что значительно снижает его себестоимость. Простота его конструкции позволяет без проблем встроить в авиамодель.

КПД роторно-поршневой конструкции

Не смотря на ряд недоработок, проведенные исследования показали, что общий КПД двигателя Ванкеля довольно-таки высокий по современным меркам. Его значение составляет 40 – 45%. Для сравнения, у поршневых двигателей внутреннего сгорания КПД составляет 25%, у современных турбодизелей – около 40%. Самый высокий КПД у поршневых дизельных двигателей составляет 50%. До настоящего времени ученые продолжают работу по изысканию резервов для повышения КПД двигателей.

Итоговый КПД работы мотора состоит из трех основных частей:

  1. Топливная эффективность (показатель, характеризующий рациональное использование горючего в моторе).

Исследования в этой области показывают, что только 75% горючего сгорает в полном объеме. Есть мнение, что данная проблема решается путем разделения процессов сгорания и расширения газов. Необходимо предусмотреть обустройство специальных камер при оптимальных условиях. Горение должно происходить в замкнутом объеме, при условии нарастания температурных показателей и давления, расширительный процесс должен происходить при невысоких показателях температур.

  1. КПД механический (характеризует работу, результатом которой стало образование переданного потребителю крутящего момента главной оси).

Порядка 10% работы мотора расходуется на приведение в движение вспомогательных узлов и механизмов. Исправить данную недоработку можно путем внесения изменений в устройство двигателя: когда главный движущийся рабочий элемент не прикасается к неподвижному корпусу. Постоянное плечо крутящего момента должно присутствовать на всем пути следования основного рабочего элемента.

  1. Термическая эффективность (показатель, отражающий количество тепловой энергии, образованной от сжигания горючего, преобразующейся в полезную работу).

На практике 65% полученной тепловой энергии улетучивается с отработанными газами во внешнюю среду. Ряд исследований показал, что можно добиться повышения показателей термической эффективности в том случае, когда конструкция мотора позволяла бы осуществлять сгорание горючего в теплоизолированной камере, чтобы с самого начала достигались максимальные показатели температуры, а в конце эта температура понижалась до минимальных значений путем включения паровой фазы.

Современное состояние роторно-поршневого двигателя

На пути массового применения двигателя встали значительные технические трудности:
— отработка качественного рабочего процесса в камере неблагоприятной формы;
— обеспечение герметичности уплотнения рабочих объемов;
— проектировка и создания конструкции корпусных деталей, которые надежно прослужат весь жизненный цикл работы двигателя без коробления при неравномерном нагрева этих деталей.
В результате огромной проделанной научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы этим фирмам удалось решить почти все наиболее сложные технические задачи на пути создания РПД и выйти на этап их промышленного производства.

Первый массовый автомобиль NSU Spider с РПД начала выпускать фирма NSU Motorenwerke. Вследствие частых переборок двигателей из-за выше сказанных технических проблем на раннем этапе развития конструкции двигателя Ванкеля, взятые NSU гарантийные обязательства привели ее к финансовому краху и банкротству и последовавшему слиянию с Audi в 1969 году.
Между 1964 и 1967 годом произведено 2375 автомобилей. В 1967 году Spider был снят с производства и заменён на NSU Ro80 с роторным двигателем второго поколения; за десять лет производства Ro80 выпущено 37398 машин.

Наиболее успешно с данными проблемами справились инженеры фирмы Mazda. Она и остается единственным массовым производителем машин с роторно-поршневыми двигателями. Доработанный мотор серийно начался ставить на автомобиль Mazda RX-7 с 1978 года. С 2003 преемственность приняла модель Mazda RX-8, она и является на данный момент массовой и единственной версией автомобиля с двигателем Ванкеля.

Российские РПД

Первое упоминание о роторном двигателе в Советском Союзе относится к 60-м годам. Исследовательские работы по роторно-поршневым двигателям начались в 1961 году, соответствующим постановлением Минавтопрома и Минсельхозмаша СССР. Промышленное же изучение с дальнейшем выводом на производство данной конструкции началось в 1974 году на ВАЗе. специально для этого было создано Специальное конструкторское бюро роторно-поршневых двигателей (СКБ РПД). Поскольку лицензию купить не было возможности, был разобран и скопирован серийный «ванкель» от NSU Ro80. На этой основе разработали и собрали двигатель Ваз-311, а произошло это знаменательное событие в 1976 году. На ВАЗе разрабатывали целую линейку РПД от 40 до 200 сильных двигателей. Доработка конструкции тянулась почти шесть лет. Удалось решить целый ряд технических проблем связанные с работоспособностью газовых и маслосъемных уплотнений, подшипников, отладить эффективный рабочий процесс в камере неблагоприятной формы. Свой первый серийный автомобиль ВАЗ с роторным двигателем под капотом представил публике в 1982 году, это был Ваз-21018. Машина внешне и конструктивно была как и все модели данной линейки, за одним исключением, а именно, под капотом стоял односекционный роторный двигатель мощностью 70 л.с. Длительность разработки не помешала случиться конфузу: на всех 50 опытных машинах при эксплуатации возникли поломки мотора, заставившие завод установить на его место обычный поршневой.

Ваз 21018 с Роторно-поршневым двигателем

Установив, что причиной неполадок являлись вибрации механизмов и ненадёжность уплотнений, конструкторы предприняли спасти проект. Уже в 83-ем появились двухсекционные Ваз-411 и Ваз-413 (мощностью, соответственно, 120 и 140 л.с.). Несмотря на низкую экономичность и малый ресурс, сфера применения роторного двигателя всё-таки нашлась – ГАИ, КГБ и МВД требовались мощные и незаметные машины. Оснащённые роторными двигателями «Жигули» и «Волги» легко догоняли иномарки.

С 80-ых годов 20 века СКБ был увлечён новой темой – применение роторных двигателей в смежной отрасли — авиационной. Отход от основной отрасли применения РПД привело к тому, что для переднеприводных машин роторный двигатель Ваз-414 создаётся лишь к 1992 году, да ещё три года доводится. В 1995 году Ваз-415 был представлен к сертификации. В отличие от предшественников он универсален, и может устанавливаться под капотом как заднеприводных («классика» и ГАЗ), так и переднеприводных машин (ВАЗ, Москвич). Двухсекционный «Ванкель» имеет рабочий объём 1308 см3 и развивает мощность 135 л.с. при 6000об/мин. «Девяносто девятую» он ускоряет до сотни за 9 секунд.

Роторно-поршневой двигатель ВАЗ-414

На данный момент проект по разработке и внедрения отечественного РПД заморожен.

Ниже представлено видео устройства и работы двигателя Ванкеля.

Что такое роторно-поршневой двигатель. Принцип работы, особенности, преимущества и недостатки

Сегодня мы узнаем, что называется роторно-поршневым двигателем автомобиля, каков его принцип работы и в чем заключается отличие мотора от классической силовой установки

ЧТО ТАКОЕ РОТОРНО-ПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВАНКЕЛЯ. ПРИНЦИП РАБОТЫ, ОСОБЕННОСТИ, ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ


Добрый день, сегодня мы узнаем, что называется роторно-поршневым двигателем автомобиля, известным в народе, как силовая установка Ванкеля, каков его принцип работы и в чем заключается отличие мотора от классических типов. Кроме того, расскажем про то, какими преимуществами с недостатками обладает роторно-поршневой двигатель, насколько ремонтопригоден мотор, а также выгодна ли в эксплуатации и обслуживания данная силовая установка. В заключении поговорим о том, на какие современные автомобили устанавливают мотор с роторно-поршневым типом действия, а также, из каких основных и вспомогательных компонентов состоит двигатель.


Итак, что называется автомобильным роторно-поршневым двигателем Ванкеля? Роторно-поршневой силовой установкой или сокращенно РПД Ванкеля называется двигатель внутреннего сгорания, в котором энергия сгорающих газов преобразуется в механическую при помощи специального ротора, совершающего вращательное или вращательно-возвратное движение относительно главного корпуса. Конструкция двигателя была разработана в 1957 году инженерами Вальтером Фройде и Феликсом Ванкелем. Силовая установка официально была запущена в массовое производство в 1959 году.

 

ЧТО ТАКОЕ ХОНИНГОВАНИЕ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ

 

 

Роторно-поршневой двигатель обладает рядом конструктивных и функциональных особенностей. В такой силовой установке вместо стандартного поршня применяется трехгранный ротор, который с виду напоминает треугольник с закругленными концами. Данный своеобразный поршень имеет официальное название треугольник Рело, который вращается внутри цилиндра специального размера и формы выполненной по типу кривой плоскости, которая жестко связана с окружностью, катящейся по внешней стороне другой окружности. Справочно заметим, что двигатель Ванкеля, когда то считался мотором будущего, благодаря введению множества новаций при его разработке и производстве

1. Особенности, конструкция, преимущества и недостатки роторно-поршневого двигателя

Благодаря уникальной особенности главного поршня, который похож на трехгранный ротор у двигателя отсутствуют преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное. Эти моменты способствуют тому, что силовая установка способна выдерживать намного более высокие обороты в сравнении с классическим типом двигателя. Самой главной особенностью мотора Ванкеля является то, что обладая небольшим объемом камеры сгорания, двигатель выдает высокие показатели мощности. Что касается габаритов конструкции, то она опять же в сравнении с традиционным мотором, она в несколько раз меньше и содержит малое количество компонентов. Благодаря небольшому размеру двигателя оптимизируется расположение трансмиссии и следовательно улучшается развесовка узлов, что позволяет получить чуткую управляемость, а также помогает сделать автомобиль более просторным, как для водителя, так для пассажиров.


Как и любой другой двигатель, роторно-поршневой обладает своими плюсами и минусами, которые ему характерны. 

К преимуществам такой силовой установки относят:


Небольшие габариты и малый вес;

Небольшое количество компонентов и деталей, даже в сравнении с 2-ух тактным поршневым мотором;

Мощность в 2 раза больше при тех же размерах, чем у классического двигателя;

Плавное функционирование, благодаря отсутствию возвратно-поступательных движений;

Использование топлива с низким октановым числом.

К недостаткам такой силовой установки относят:


– Процедура по сгоранию топлива в камере цилиндра происходит не эффективно, что ведет к повышенному расходу топлива и высокой токсичности при выработке выхлопных газов;

Высокий расход моторного масла, в связи со специфической конструкцией компонентов рассчитанной на прогар смазки;

– Нет возможности производить силовые установки на площадях, которые предназначены для выпуска классических двигателей;


– Для налаживания массового выпуска моторов такого типа требуется переоснащение огромного числа оборудования и оснастки, что просто невыгодно, а следовательно нецелесообразно.


Кроме того, не стоит забывать, что роторно-поршневые моторы очень склонны к перегреву, в связи с тем, что камера сгорания обладает линзовидной формой, то есть при небольшом объеме у нее довольно большая площадь. В процессе горения топливно-воздушной смеси, главные потери энергии происходят через излучение, интенсивность, которого пропорционально 1/4 степени от общего показателя температуры. Если данный нюанс рассматривать с точки зрения снижения удельной поверхности за счет потерь теплоты, то идеальной формой камеры сгорания должна быть сфера, то есть шар. Таким образом, образованная в процессе сгорания мощная энергия не только бесполезно выходит из камеры, то и ведет к тому, что происходит перегрев рабочей области цилиндра.
Однако, если взглянуть на конструкцию и строение роторно-поршневого двигателя, то он просто удивляет своей простотой. В принципе из основных компонентов, в мото

Принципы робототехники - веб-сайт EPSRC

Регулирующие роботы в реальном мире

В сентябре 2010 года эксперты из мира технологий, промышленности, искусства, права и социальных наук встретились на совместном семинаре EPSRC и AHRC Robotics Retreat, чтобы обсудить робототехнику, ее приложения в реальном мире и огромные перспективы, которые она предлагает для приносить пользу обществу.

Роботы покинули исследовательскую лабораторию и теперь используются по всему миру, дома и в промышленности. Мы ожидаем, что в краткосрочной, среднесрочной и долгосрочной перспективе роботы повлияют на нашу жизнь дома, наш опыт работы в учреждениях, нашу национальную и глобальную экономику и, возможно, нашу глобальную безопасность.

Тем не менее, реальность робототехники все еще относительно мало известна общественности, где преобладают научная фантастика и изображения роботов в СМИ. Одна из целей встречи заключалась в том, чтобы изучить, какие шаги следует предпринять, чтобы гарантировать, что исследования робототехники будут привлекать общественность, чтобы эта технология была интегрирована в наше общество с максимальной выгодой для всех его граждан. Как и в случае со всеми технологическими инновациями, мы должны стремиться к тому, чтобы роботы вводились с самого начала таким образом, чтобы это могло вызвать общественное доверие и уверенность; максимизировать выгоды для общества и коммерции; и проактивно предотвращать любые возможные непредвиденные последствия.

Учитывая их известность, невозможно рассматривать управление робототехникой, не принимая во внимание три знаменитых закона робототехники Азимова. (Законы Азимова гласят, что роботу не разрешается делать что-либо, что могло бы повредить человеку; что робот всегда должен подчиняться человеку; и что робот должен защищаться, если это не противоречит первым двум правилам.)

Хотя они представляют собой полезную отправную точку для обсуждения, правила Азимова - вымышленные устройства.Они не были написаны для использования в реальной жизни, и это было бы непрактично, не в последнюю очередь потому, что они просто не работают на практике. (Например, как робот может знать все возможные способы причинения вреда человеку? Как робот может понимать и подчиняться всем человеческим приказам, когда даже люди не понимают, что означают инструкции?)

Истории

Азимова также показали, что даже в мире интеллектуальных роботов всегда можно обойти его законы и найти лазейки. Но, наконец, что наиболее важно, законы Азимова неуместны, потому что они пытаются настаивать на том, чтобы роботы вели себя определенным образом, как если бы они были людьми, когда в реальной жизни именно люди проектируют и используют роботов, которые должны быть фактическими субъектами. любого закона.

Когда мы рассматриваем этические последствия наличия роботов в нашем обществе, становится очевидным, что ответственность за самих роботов не лежит. Роботы - это просто инструменты разного рода, хотя и очень особенные, и ответственность за их хорошее поведение всегда лежит на людях.

Соответственно, правила для настоящих роботов в реальной жизни должны быть преобразованы в правила, информирующие тех, кто проектирует, продает и использует роботов, о том, как им следует действовать. Делегаты собрания разработали такой набор «правил» с целью спровоцировать более широкое и открытое обсуждение вопросов.Они подчеркивают общие принципы, вызывающие озабоченность, выраженные Группой, с намерением сообщить разработчикам и пользователям роботов в конкретных ситуациях. Эти новые правила для робототехники (не роботов) изложены ниже.

Пять этических правил для робототехники задуманы как живой документ. Они не предназначены для использования в качестве жестких законов, а скорее для информационного обеспечения дебатов и для использования в будущем. Очевидно, что эти вопросы были тщательно продуманы, и этот документ не стремится подорвать какую-либо из этих работ, но служит координационным центром для полезного обсуждения.

Делегаты семинара:

  • Профессор Маргарет Боден, Университет Сассекса
  • Д-р Джоанна Брайсон, Батский университет
  • Профессор Дарвин Колдуэлл, Итальянский технологический институт
  • Профессор Керстин Даутенхан, Университет Хартфордшира
  • Профессор Лилиан Эдвардс, Стратклайдский университет
  • Д-р Сара Кембер, ювелиры Лондонского университета
  • Д-р Пол Ньюман, Оксфордский университет
  • Джефф Пегман, RU Robots Ltd
  • Профессор Том Родден, Ноттингемский университет
  • Профессор Том Сорелл, Бирмингемский университет
  • Профессор Мик Уоллис, Университет Лидса
  • Д-р Блей Уитби, Университет Сассекса
  • Профессор Алан Уинфилд, UWE Bristol
  • Вивьен Парри (стул)

Принципы для проектировщиков, строителей и пользователей роботов

Примечание: Правила представлены в полулегальной версии; более свободная, но более простая для выражения версия, которая отражает смысл для неспециализированной аудитории и содержит комментарии по решаемым вопросам и почему это правило важно.

Юридический общая аудитория Комментарий
1 Роботы - это универсальные инструменты. Роботы не должны разрабатываться исключительно или в первую очередь для того, чтобы убивать или причинять вред людям, кроме как в интересах национальной безопасности. Роботы не должны проектироваться как оружие, за исключением соображений национальной безопасности. Инструменты можно использовать более чем один раз. Мы позволяем разрабатывать оружие, которое фермеры используют для уничтожения вредителей и паразитов, но убивать с его помощью людей (вне войны) явно неправильно.Ножами можно намазать маслом или нанести удар людям. В большинстве обществ ни оружие, ни ножи не запрещены, но при необходимости могут быть введены меры контроля (например, законы об оружии) для обеспечения общественной безопасности. Роботы также имеют множество применений. Хотя творческий конечный пользователь, вероятно, мог бы использовать любого робота для насильственных целей, как и с тупым орудием, мы говорим, что роботы никогда не должны быть разработаны исключительно или даже в основном для использования в качестве оружия со смертельным или другим наступательным потенциалом. Этот закон, в случае его принятия, ограничит коммерческие возможности роботов, но мы рассматриваем его как важный принцип для признания их безопасными в гражданском обществе.
2 Ответственные агенты - это люди, а не роботы. Роботы должны быть сконструированы; используется, насколько это практически возможно, в соответствии с существующими законами и основными правами и свободами, включая конфиденциальность. Роботы должны разрабатываться и эксплуатироваться в соответствии с действующим законодательством, в том числе в отношении конфиденциальности. Мы, , можем, , убедиться, что действия роботов соответствуют законам , которые установили люди.

Здесь есть два важных момента.Во-первых, конечно, никто не собирается специально создавать робота, нарушающего закон. Но дизайнеры не юристы, и им нужно напоминать, что создание роботов, которые максимально хорошо выполняют свои задачи, иногда нужно будет уравновешивать с защитными законами и общепринятыми стандартами прав человека. Конфиденциальность - это особенно сложный вопрос, поэтому он упоминается. Например, робот, используемый для ухода за уязвимым человеком, вполне может быть полезен для сбора информации об этом человеке 24/7 и передачи ее в больницы для медицинских целей.Но выгода от этого должна быть сбалансирована с правом этого человека на неприкосновенность частной жизни и контроль своей собственной жизни, например отказ от лечения. Собранные данные должны храниться только в течение ограниченного времени; опять же, закон устанавливает определенные гарантии. Разработчики роботов должны подумать о том, как можно соблюдать подобные законы в процессе проектирования (например, путем предоставления выключателей).

Во-вторых, этот закон разработан, чтобы прояснить, что роботы - это просто инструменты, предназначенные для достижения целей и желаний, которые определяют людей .Пользователи и владельцы несут ответственность, а также дизайнеры и производители. Иногда дизайнеры должны думать наперед, потому что роботы могут иметь способность учиться и адаптировать свое поведение. Но пользователи также могут заставлять роботов делать то, чего не предвидели их дизайнеры. Иногда работа владельца - контролировать пользователя (например, если родитель купил робота, чтобы играть с ребенком). Но если окажется, что действия робота нарушают закон, ответственность, юридическая и моральная, всегда будет лежать на одном или нескольких людях, а не на роботе (мы рассматриваем, как узнать, кто несет ответственность в соответствии с законом 5, ниже ).

3 Роботы - это продукты. Они должны разрабатываться с использованием процессов, обеспечивающих их безопасность. Роботы - это продукты: как и другие продукты, они должны быть безопасными и надежными. Роботы - это не люди. Это технологии, которые их владельцы, безусловно, могут захотеть защитить (точно так же, как у нас есть сигнализация для наших домов и автомобилей, и охранники для наших заводов), но мы всегда будем ценить безопасность человека выше безопасности машин.Нашей основной целью здесь было убедиться, что безопасность роботов в обществе будет гарантирована, чтобы люди могли доверять им и доверять им.

Это не новая проблема в технологии. У нас уже есть правила и процессы, которые гарантируют, например, покупка и использование бытовой техники и детских игрушек безопасны. Для этого существуют хорошо проработанные существующие режимы безопасности потребителей: промышленные воздушные знаки, британские и международные стандарты, методики тестирования программного обеспечения для выявления ошибок и т. д.Мы также знаем, что общественность знает, что программное обеспечение и компьютеры могут быть «взломаны» посторонними, и также необходимо разработать процессы, показывающие, что роботы максимально защищены от таких атак. Мы считаем, что такие правила, стандарты и тесты должны быть публично приняты или разработаны для индустрии робототехники как можно скорее, чтобы убедить общественность в том, что были приняты все меры безопасности до того, как робот будет выпущен на рынок. Такой процесс также прояснит для промышленности, что именно они должны делать.

Это все еще оставляет дискуссию о том, в какой степени тем, кто владеет или эксплуатирует роботов, следует разрешить защищать их, например, от воровство или вандализм, например, с помощью электрошока. Группа решила удалить фразу, которая давала производителям или владельцам право включать в роботов возможность «самообороны». Другими словами, мы не думаем, что робот должен когда-либо быть «вооружен», чтобы защитить себя. На самом деле это выходит за рамки существующего закона, где общий вопрос будет заключаться в том, совершил ли владелец устройства преступное деяние, такое как нападение, без уважительной причины.

4 Роботы - это произведенные артефакты. Они не должны вводиться в заблуждение с целью эксплуатации уязвимых пользователей; вместо этого их машинная природа должна быть прозрачной. Роботы - это искусственные артефакты: иллюзию эмоций и намерений нельзя использовать для эксплуатации уязвимых пользователей. Одно из самых больших обещаний робототехники заключается в том, что игрушки-роботы могут доставлять удовольствие, комфорт и даже форму общения людям, которые не могут заботиться о домашних животных из-за правил их дома, физических возможностей, времени или денег.Однако, как только пользователь привяжется к такой игрушке, производители могут заявить, что у робота есть потребности или желания, которые могут несправедливо стоить владельцам или их семьям больше денег. Юридическая версия этого правила была разработана, чтобы сказать, что, хотя для робота допустимо, а иногда и желательно, чтобы он иногда производил впечатление настоящего интеллекта, любой, кто владеет роботом или взаимодействует с ним, должен иметь возможность узнать, что это такое на самом деле и возможно, для чего он действительно был создан.Робот-интеллект является искусственным, и мы думали, что лучший способ защитить потребителей - это напомнить им об этом, гарантируя им способ «приподнять занавес» (используя метафору из «Волшебника страны Оз»).

Это был самый трудный для четкого выражения закон, и мы потратили много времени на обсуждение использованной формулировки. Чтобы добиться этого на практике, нужно еще подумать. Должны ли все роботы иметь видимые штрих-коды или что-то подобное? Должен ли пользователь или владелец (например, родитель, который покупает робота для ребенка) всегда иметь возможность искать в базе данных или регистрироваться, где указаны функции робота? См. Также правило 5 ниже.

5 Следует указать лицо, несущее юридическую ответственность за робота. Должна быть возможность выяснить, кто отвечает за любого робота. В этом правиле мы пытаемся предоставить практическую основу для того, от чего уже неявно зависят все вышеперечисленные правила: робот никогда ни за что не несет юридической ответственности. Это инструмент. Если он выйдет из строя и нанесет ущерб, виноват человек. Однако выяснить, кто является ответственным лицом, может быть непросто.В Великобритании реестр ответственных за автомобиль («зарегистрированный хранитель») ведется DVLA; напротив, никому не нужно регистрироваться в качестве официального владельца собаки или кошки. Мы чувствовали, что первая модель больше подходит для роботов, поскольку будет интерес не только в том, чтобы остановить робота, действия которого причиняют вред, но и пострадавшие люди могут также пожелать получить финансовую компенсацию от ответственного лица.

Ответственность может быть решена несколькими способами. Например, одним из способов продвижения вперед может быть лицензия и регистрация (как в случае с автомобилями), в которой указывается, кто несет ответственность за любого робота.Это может относиться ко всем или работать только там, где это право собственности неочевидно (например, для робота, который может перемещаться вне дома или работать в государственном учреждении, таком как школа или больница). В качестве альтернативы, каждый робот может быть выпущен с доступной для поиска онлайн-лицензией, в которой записывается имя разработчика / производителя и ответственного человека, который его приобрел (такая лицензия также может указывать детали, о которых мы говорили в правиле 4 выше). Очевидно, что требуются дополнительные обсуждения и консультации.

Важно, чтобы юридическая ответственность по-прежнему могла быть разделена или передана. E.г. и разработчик, и пользователь могут иметь общую ошибку, когда робот выходит из строя во время использования из-за сочетания конструктивных проблем и модификаций пользователя. В таких обстоятельствах уже существуют правовые нормы для распределения ответственности (хотя мы, возможно, пожелаем уточнить их или потребовать страхование). Но регистр всегда давал возможность пострадавшему человеку начать с выяснения того, кто, исходя из основных принципов, несет ответственность за рассматриваемого робота.

Семь сообщений высокого уровня

В дополнение к вышеупомянутым принципам группа также разработала всеобъемлющий набор сообщений, направленных на поощрение ответственности в исследовательском и промышленном сообществе робототехники и, таким образом, на завоевание доверия к своей работе.Дух ответственных инноваций по большей части уже присутствует, но мы сочли целесообразным сделать это явным. Следующий комментарий объясняет принципы.

Принцип Комментарий
1 Мы считаем, что роботы могут оказать огромное положительное влияние на общество. Мы хотим поощрять ответственные исследования роботов.
2 Плохая практика вредит всем нам. Легко упустить из виду работу людей, которые кажутся решительно настроенными быть экстремистами или безответственными, но, делая это, мы легко можем поставить нас в положение, в котором сейчас находятся ученые GM, когда ничто из того, что они говорят в прессе, не имеет никаких последствий. Нам необходимо взаимодействовать с общественностью и брать на себя ответственность за наш общественный имидж.
3 Решение очевидных общественных проблем поможет нам всем добиться прогресса. Предыдущее примечание относится также к проблемам, высказанным широкой публикой и писателями-фантастами, а не только нашими коллегами.
4 Важно продемонстрировать, что мы, как робототехники, придерживаемся наилучших стандартов практики. как указано выше
5 Чтобы понять контекст и последствия нашего исследования, мы должны работать с экспертами из других дисциплин, включая: социальные науки, право, философию и искусство. Мы должны понимать, как другие воспринимают нашу работу, каковы могут быть правовые и социальные последствия нашей работы.Мы должны выяснить, как лучше всего интегрировать наших роботов в социальные, правовые и культурные рамки нашего общества. Нам нужно выяснить, как вести разговор о реальных возможностях нашего исследования с людьми из разных культур, которые будут смотреть на нашу работу, имея за собой широкий спектр предположений, мифов и повествований.
6 Мы должны учитывать этику прозрачности: есть ли пределы тому, что должно быть открыто? Этот момент был проиллюстрирован интересным обсуждением программного обеспечения с открытым исходным кодом и операционных систем в контексте, когда системы, которые могут использовать это программное обеспечение, обладают дополнительными возможностями, которыми обладают роботы.Что вы получите, когда дадите роботов «скрипт-детишкам»? Мы все очень поддерживали движение за открытый исходный код, но мы думаем, что нам нужна помощь в размышлениях об этой конкретной проблеме и более широких проблемах, связанных с открытой наукой в ​​целом.
7 Когда мы видим ошибочные сообщения в прессе, мы обязуемся найти время, чтобы связаться с журналистами. Многие люди разочаровываются, когда видят в прессе возмутительные заявления. Но на самом деле научные репортеры не хотят, чтобы их выставляли дураками, и в целом такие утверждения могут быть исправлены, а источники дискредитированы тихим и простым словом репортерам в подписи автора.Подобная кампания уже однажды успешно проводилась в конце 1990-х годов.

Принцип работы, типы и применения

В электрических системах, которые мы используем в промышленности, на электростанциях или в быту, двигатели и генераторы стали обычным явлением. В связи со спросом на высокоэффективные и менее энергопотребляющие системы наблюдается изобретение новых моделей этих электрических устройств. Основным расчетным фактором для надежной работы двигателей и генераторов является коэффициент мощности .Это отношение приложенной мощности к требуемой мощности. Обычно общее количество электроэнергии, потребляемой предприятиями и предприятиями, рассчитывается на основе коэффициента мощности. Таким образом, коэффициент мощности всегда следует поддерживать равным единице. Но из-за роста реактивной мощности в этих устройствах коэффициент мощности уменьшается. Чтобы поддерживать коэффициент мощности равным единице, вводятся многие методы. Концепция синхронного двигателя - одна из них.

Что такое синхронный двигатель?

Определение синхронного двигателя гласит: «Двигатель переменного тока, в котором в установившемся режиме вращение вала синхронизируется с частотой приложенного тока».Синхронный двигатель работает как двигатель переменного тока, но здесь общее количество оборотов, совершаемых валом, равно целому числу, кратному частоте приложенного тока.


Синхронный двигатель

Синхронный двигатель не использует индукционный ток для работы. В этих двигателях, в отличие от асинхронных, на stato r присутствуют многофазные электромагниты переменного тока, которые создают вращающееся магнитное поле. Здесь ротор представляет собой постоянный магнит, который синхронизируется с вращающимся магнитным полем и вращается синхронно с частотой приложенного к нему тока.

Конструкция синхронного двигателя

Статор и ротор являются основными компонентами синхронного двигателя. Здесь на корпусе статора имеется оберточная пластина, к которой крепятся шпонки и периферийные ребра. Опоры, рамы используются для поддержки машины. Для возбуждения обмоток возбуждения постоянным током используются контактные кольца и щетки.

Цилиндрические и круглые роторы используются для 6 полюсов. Роторы с явными полюсами используются, когда требуется большее количество полюсов. Конструкция синхронного двигателя и синхронного генератора аналогична.

Принцип работы синхронного двигателя

Работа синхронных двигателей зависит от взаимодействия магнитного поля статора с магнитным полем ротора. Статор содержит 3 фазные обмотки и питается от 3 фаз. Таким образом, обмотка статора создает трехфазное вращающееся магнитное поле. На ротор подается постоянный ток.

Ротор входит во вращающееся магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, и вращается синхронно. Теперь скорость двигателя зависит от частоты подаваемого тока.

Скорость синхронного двигателя регулируется частотой приложенного тока. Скорость синхронного двигателя может быть вычислена как

Ns = 60f / P = 120f / p

где f = частота переменного тока (Гц)
p = общее количество полюсов на фазу
P = общее количество пар полюсов на фазу.

Если применяется нагрузка, превышающая пробивную, двигатель десинхронизируется. Трехфазная обмотка статора дает преимущество определения направления вращения.В случае однофазной обмотки невозможно определить направление вращения, и двигатель может запускаться в любом из направлений. Чтобы контролировать направление вращения этих синхронных двигателей, необходимы пусковые устройства.

Способы пуска синхронного двигателя

Момент инерции ротора останавливает крупногабаритные синхронные двигатели от самозапуска. Из-за этой инерции ротора ротор не может синхронизироваться с магнитным полем статора в момент подачи питания.Таким образом, требуется некоторый дополнительный механизм, чтобы помочь ротору синхронизироваться.

В большие двигатели входят индукционные обмотки, которые создают достаточный крутящий момент, необходимый для ускорения. Для очень больших моторов для разгона ненагруженной машины используется пони-мотор. Изменяя частоту тока статора, двигатели с электронным управлением могут разгоняться даже с нулевой скорости.

Для очень маленьких двигателей, когда момент инерции ротора и механическая нагрузка желательно малы, они могут запускаться без каких-либо методов запуска.

Типы синхронных двигателей

В зависимости от метода намагничивания ротора существует два типа синхронных двигателей -

  • без возбуждения.
  • Постоянный ток Возбужден.

Двигатель без возбуждения

В этих двигателях ротор намагничен внешним полем статора. Ротор содержит постоянное магнитное поле. Для изготовления ротора используется сталь с высокими удерживающими свойствами, такая как кобальтовая сталь. Они классифицируются как двигатели с постоянным магнитом, реактивные и гистерезисные.

  • В синхронных двигателях с постоянными магнитами постоянный магнит используется вместе со сталью для конструкции ротора. У них постоянное магнитное поле в роторе, поэтому индукционную обмотку нельзя использовать для запуска. Применяются в качестве безредукторных двигателей лифтов.
Синхронный двигатель с постоянным магнитом
  • В реактивном двигателе ротор выполнен из стального литья с выступающими полюсами. Чтобы свести к минимуму пульсации крутящего момента, полюса ротора меньше полюсов статора. Содержит обмотку с короткозамкнутым ротором для обеспечения пускового момента ротора.Используется в измерительных приборах.
  • Двигатели с гистерезисом - это самозапускающиеся двигатели. Здесь ротор представляет собой гладкий цилиндр, изготовленный из магнитотвердой кобальтовой стали с высокой коэрцитивной силой. Эти двигатели дороги и используются там, где требуется точная постоянная скорость. Обычно используются как серводвигатели.

Двигатель с возбуждением постоянным током

Здесь ротор возбуждается постоянным током, подаваемым непосредственно через контактные кольца. Также используются индукция переменного тока и выпрямители. Обычно они имеют большие размеры, например, более 1 лошадиных сил и т. Д.

Двигатель с возбуждением от постоянного тока

Применения синхронных двигателей

Обычно синхронные двигатели используются в приложениях, где требуется точная и постоянная скорость. Эти двигатели с низким энергопотреблением включают в себя позиционирующие машины. Они также применяются в приводах роботов. В шаровых мельницах, часах, проигрывателях пластинок также используются синхронные двигатели. Кроме того, эти двигатели также используются в качестве серводвигателей и синхронизаторов.

Эти двигатели доступны в диапазоне от дробных подковообразных до мощных промышленных размеров.Хотя эти двигатели используются в промышленных масштабах большой мощности, они выполняют две важные функции. Один из них является эффективным средством преобразования энергии переменного тока в механическую энергию, а другой - коррекцией коэффициента мощности. С каким применением серводвигателя вы сталкивались?

Ваш первый робот: Введение в операционную систему роботов [2/5]

, автор - Кайл Фаззари, 21 января 2018 г.

Это вторая публикация в блоге из этой серии о создании вашего первого робота с ROS и Ubuntu Core.В предыдущем посте мы рассмотрели все оборудование, необходимое для работы с этой серией, и представили Ubuntu Core, операционную систему для устройств IoT. Мы установили его на Raspberry Pi и использовали его для просмотра рабочих листов CamJam. В этом посте я познакомлю вас с операционной системой роботов (ROS), и мы будем использовать ее для перемещения нашего робота. В оставшейся части серии мы будем использовать ROS. Помните, что это тоже сериал видео, не стесняйтесь смотреть видеоверсию этого поста:

Что такое операционная система робота?

Проще говоря, ROS - это набор библиотек и инструментов с открытым исходным кодом, предназначенных для упрощения разработки роботов.Он также предоставляет инфраструктуру для соединения различных компонентов робота. Например, если вам довелось просмотреть все рабочие листы CamJam (особенно №9), вы написали единственный скрипт Python, который отвечает за множество вещей: управление двигателями, считывание с линейного детектора, считывание с ультразвукового датчик и т. д. Что, если мы добавим беспроводной контроллер? Этот сценарий быстро усложняется, и если вы захотите поменять один компонент на другой, вам придется переписать все; я.е. эти логически разные компоненты тесно связаны между собой, поскольку находятся в одном скрипте.

ROS предоставляет коммуникационную инфраструктуру, которая позволяет вам извлекать различную логику в их собственные модули и заставлять их взаимодействовать друг с другом стандартным способом, как показано на рисунке выше. Например, если вы хотите переключить ультразвуковые датчики и переписать «дистанционный» модуль, вы можете сделать это, не касаясь каких-либо других модулей, при условии, что новый дистанционный модуль говорил так же, как старый.

Все это станет более понятным, когда мы погрузимся в дело, так что давайте начнем, ладно?

Шаг 1. Установите ROS на Raspberry Pi

.

На момент написания этой статьи ROS имеет три поддерживаемых в настоящее время версии: Indigo Igloo, Kinetic Kame и Lunar Loggerhead. Ubuntu Core серии 16 (которую мы используем) - это Ubuntu Xenial, которая ограничивает наши возможности кинетической и лунной. Lunar технически новее и ярче, но, как и Ubuntu, ROS имеет выпуски долгосрочной поддержки (LTS), которые поддерживаются в течение длительного периода времени, а Kinetic - их самый последний LTS.Поэтому здесь мы будем использовать кинетику.

SSH в свой Pi и войдите в свою классическую оболочку:

 $ sudo classic 

Давайте следовать руководству по установке ROS Kinetic. ROS поддерживает собственный репозиторий пакетов Debian, который нам нужно добавить в нашу систему:

 $ sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $ (lsb_release -sc) main"> /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list' 

Затем нам нужно добавить ключи этого репозитория в список ключей, которые мы будем принимать (это подтверждает, что пакеты в этом репозитории действительно поступают из ROS):

 $ sudo apt-key adv --keyserver hkp: // ha.pool.sks-keyservers.net:80 --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654 

Теперь мы повторно проиндексируем все настроенные нами репозитории, поскольку мы только что добавили один:

 $ sudo apt update 

Теперь установим ROS. Как вы увидите в руководстве по установке, доступно множество метапакетов (пакеты, которые существуют исключительно для втягивания других пакетов). Давайте установим самый маленький, простой, ros-kinetic-ros-base , который займет около 700 МБ. Мы также установим g ++, компилятор C ++ (он все еще необходим, хотя мы пишем Python):

 $ sudo apt install g ++ ros-kinetic-ros-base 

На этом этапе ROS успешно установлена, но ни один из ее инструментов недоступен для запуска.Это потому, что ROS устанавливает себя в то, что она называет «рабочей областью», и предоставляет сценарий оболочки, который активирует это рабочее пространство. Мы можем убедиться, что активировали это рабочее пространство при входе в систему, добавив его в файл .bashrc в нашем домашнем каталоге:

 $ echo "источник /opt/ros/kinetic/setup.bash" >> ~ / .bashrc
$ source ~ / .bashrc 

Теперь вы можете запустить roscore без проблем:

 $ roscore
<снип>
РЕЗЮМЕ
========
ПАРАМЕТРЫ
* / rosdistro: кинетический
* / rosversion: 1.12.12
УЗЛЫ
автоматический запуск нового мастера
процесс [master]: запущен с pid [4987]
ROS_MASTER_URI = http: //localhost.localdomain: 11311 /
установка / run_id на 1db9f4c6-e044-11e7-9931-b827eba43643
процесс [rosout-1]: запущен с pid [5000]
запущена основная служба [/ rosout] 

Продолжайте и выйдите из этого, нажав CTRL + C.

Шаг 2. Познакомьтесь с ROS

Одна из причин, по которой мне так нравится ROS (и, я думаю, одна из причин, почему она так популярна), - это фантастическая вводная документация.У них есть феноменальный набор руководств, которые помогут вам от абсолютно ничего не знать до более или менее комфортного состояния всей системы. Каждый из них легко усваивается за несколько минут. Поскольку они настолько хороши, вместо того, чтобы пытаться дублировать их тяжелую работу здесь, вам следует просто начать с самого начала и пройти их, по крайней мере, до тех пор, пока не завершите # 13, «Изучение простого издателя и подписчика» . Обратите внимание, что существует два параллельных учебных курса: один использует C ++, а другой - Python.В этой серии статей мы будем использовать Python, поэтому вам не нужно беспокоиться о C ++, если они вас не интересуют.

Шаг 3: Настройка Python 2

Теперь, когда мы немного познакомились с ROS, пришло время заставить нашего робота двигаться с ее помощью. Однако сначала нам нужно кое-что сделать. Вернувшись к рабочему листу CamJam №1, они упоминают следующее:

«Когда Raspberry Pi был впервые выпущен, некоторые важные библиотеки Python были доступны только для Python 2.7. Однако почти все библиотеки и все те, которые используются в этих таблицах, доступны для Python 3.2. Было решено, что весь код для этого EduKit будет разработан для Python 3.2 ».

~ Рабочий лист CamJam № 1

Это все прекрасно, и я согласен с этим, но, к сожалению, привязки Python для ROS официально поддерживаются только на Python 2, поэтому с этого момента нам нужно использовать Python 2 вместо Python 3. Не волнуйтесь, все код из рабочих листов должен по-прежнему работать, но это означает, что нам нужно установить версию RPi для Python 2.GPIO (сейчас у нас только версия Python 3):

 $ sudo apt установить python-dev python-pip python-setuptools
$ pip установить RPi.GPIO 

Шаг 4: Создайте пакет ROS для нашего робота

Хорошо, повеселимся! Мы собираемся переписать код, который мы написали для CamJam Worksheet # 7, используя ROS. Мы добавим к нему некоторую обработку сообщений, чтобы с помощью ROS мы могли приказать роботу двигаться вперед, повернуть налево, повернуть направо и т. Д.

Первый шаг - создать новое рабочее пространство.Вы узнали, как это сделать, в первом руководстве по ROS. Я называю свой «edukit_bot_ws», если вы называете свой как-то еще, не забудьте изменить направление соответственно:

 $ mkdir -p ~ / edukit_bot_ws / src
$ cd ~ / edukit_bot_ws / src
$ catkin_init_workspace 

Теперь давайте создадим новый пакет в этой рабочей области. Я назову свой «edukit_bot», и он имеет три зависимости: rospy (привязки Python для ROS), std_msgs (стандартные сообщения ROS, например числа, строки и т. Д.)) и python-rpi.gpio (RPi.GPIO, который мы используем для доступа к GPIO):

 $ cd ~ / edukit_bot_ws / src
$ catkin_create_pkg edukit_bot rospy std_msgs -s python-rpi.gpio 

Шаг 5: Запишите узел ROS

Пора написать код. Сначала создайте новый сценарий Python в каталоге src / пакета ROS:

 $ сенсорный ~ / edukit_bot_ws / src / edukit_bot / src / driver_node 

В рабочих таблицах CamJam это не обсуждается, но если мы сделаем скрипт исполняемым, мы сможем запустить его напрямую, а не вызывать его как python path / to / script.py . Давай сделаем это:

 $ chmod a + x ~ / edukit_bot_ws / src / edukit_bot / src / driver_node 

Откройте этот скрипт в текстовом редакторе и сделайте его похожим на это (обратите внимание, что весь пакет, используемый в этом посте, доступен для справки):

 #! / Usr / bin / env python

импортный rospy
from std_msgs.msg import String

импортировать RPi.GPIO как GPIO

# Установить режимы GPIO
GPIO.setmode (GPIO.BCM)
GPIO.setwarnings (Ложь)

# Установить переменные для контактов мотора GPIO
pinMotorAForwards = 10
pinMotorABackwards = 9
pinMotorBForwards = 8
pinMotorBBackwards = 7

# Сколько раз включать и выключать штифт каждую секунду
Частота = 20
# Как долго штифт остается в каждом цикле, в процентах (здесь 30%)
DutyCycle = 30
# Установка рабочего цикла на 0 означает, что двигатели не будут вращаться.
Стоп = 0

# Установите режим вывода GPIO на вывод
GPIO.настройка (pinMotorAForwards, GPIO.OUT)
GPIO.setup (pinMotorABackwards, GPIO.OUT)
GPIO.setup (pinMotorBForwards, GPIO.OUT)
GPIO.setup (pinMotorBBackwards, GPIO.OUT)

# Установите GPIO на программную ШИМ на 'Frequency' Hertz
pwmMotorAForwards = GPIO.PWM (pinMotorAForwards, Частота)
pwmMotorABackwards = GPIO.PWM (pinMotorABackwards, Частота)
pwmMotorBForwards = GPIO.PWM (pinMotorBForwards, Частота)
pwmMotorBBackwards = GPIO.PWM (pinMotorBBackwards, Частота)

# Запустите программный ШИМ с рабочим циклом 0 (т.е.е. не двигается)
pwmMotorAForwards.start (Стоп)
pwmMotorABackwards.start (Стоп)
pwmMotorBForwards.start (Стоп)
pwmMotorBBackwards.start (Стоп)

# Выключите все моторы
def StopMotors ():
    pwmMotorAForwards.ChangeDutyCycle (Стоп)
    pwmMotorABackwards.ChangeDutyCycle (Стоп)
    pwmMotorBForwards.ChangeDutyCycle (Стоп)
    pwmMotorBBackwards.ChangeDutyCycle (Стоп)

# Поверните оба мотора вперед.
def Forwards ():
    pwmMotorAForwards.ChangeDutyCycle (DutyCycle)
    pwmMotorABackwards.ChangeDutyCycle (Стоп)
    pwmMotorBForwards.ChangeDutyCycle (Дежурный цикл)
    pwmMotorBBackwards.ChangeDutyCycle (Стоп)

# Поверните оба мотора назад
def Назад ():
    pwmMotorAForwards.ChangeDutyCycle (Стоп)
    pwmMotorABackwards.ChangeDutyCycle (DutyCycle)
    pwmMotorBForwards.ChangeDutyCycle (Стоп)
    pwmMotorBBackwards.ChangeDutyCycle (DutyCycle)

# Поверните налево
def Left ():
    pwmMotorAForwards.ChangeDutyCycle (Стоп)
    pwmMotorABackwards.ChangeDutyCycle (DutyCycle)
    pwmMotorBForwards.ChangeDutyCycle (DutyCycle)
    pwmMotorBBackwards.ChangeDutyCycle (Стоп)

# Поверни направо
def Right ():
    pwmMotorAForwards.ChangeDutyCycle (Дежурный цикл)
    pwmMotorABackwards.ChangeDutyCycle (Стоп)
    pwmMotorBForwards.ChangeDutyCycle (Стоп)
    pwmMotorBBackwards.ChangeDutyCycle (DutyCycle)

# Обработчик сообщений
def CommandCallback (commandMessage):
    команда = commandMessage.data
    если команда == 'вперед':
        print ('Движение вперед')
        Нападающие ()
    Команда elif == 'назад':
        print ('Движение назад')
        Назад ()
    Команда elif == 'left':
        print ('Поворачивая налево')
        Слева()
    команда elif == 'right':
        print ('Поворачивая направо')
        Правильно()
    Команда elif == 'стоп':
        print ('Остановка')
        StopMotors ()
    еще:
        print ('Неизвестная команда, вместо этого остановка')
        StopMotors ()

rospy.init_node ('драйвер')

rospy.Subscriber ('команда', String, CommandCallback)

rospy.spin ()
print ('Выключение: остановка моторов')
StopMotors ()
GPIO.cleanup () 

Многие из них должны показаться знакомыми, но давайте разберем их на части.

 #! / Usr / bin / env python

импортный rospy
from std_msgs.msg import String 

Самая первая строка этого файла называется shebang. Поскольку мы отметили этот файл как исполняемый сам по себе, это определяет интерпретатор, который будет выполнять эту программу.В данном случае мы говорим ему, что ему нужна команда python .

Затем мы импортируем rospy , который включает привязки ROS Python, и импортируем сообщение String из ROS std_msgs . Мы будем использовать оба из них немного позже в программе.

 импортировать RPi.GPIO как GPIO

# Установить режимы GPIO
GPIO.setmode (GPIO.BCM)
GPIO.setwarnings (Ложь)

# 

# Поверни направо
def Right ():
    pwmMotorAForwards.ChangeDutyCycle (Дежурный цикл)
    pwmMotorABackwards.ChangeDutyCycle (Стоп)
    pwmMotorBForwards.ChangeDutyCycle (Стоп)
    pwmMotorBBackwards.ChangeDutyCycle (DutyCycle) 

Весь этот раздел был практически дословно взят из рабочего листа CamJam №7. Там это объяснено, поэтому я не буду повторять здесь объяснение.

 # Обработчик сообщений
def CommandCallback (commandMessage):
    команда = commandMessage.data
    если команда == 'вперед':
        print ('Движение вперед')
        Нападающие ()
    Команда elif == 'назад':
        print ('Движение назад')
        Назад ()
    Команда elif == 'left':
        print ('Поворачивая налево')
        Слева()
    команда elif == 'right':
        print ('Поворачивая направо')
        Правильно()
    Команда elif == 'стоп':
        print ('Остановка')
        StopMotors ()
    еще:
        print ('Неизвестная команда, вместо этого остановка')
        StopMotors () 

Вот новая часть, относящаяся к ROS.Функция CommandCallback создана для обработки сообщения String . Он просто просматривает данные (т.е. саму строку), содержащиеся в сообщении, и предпринимает соответствующие действия. Например, если строка представляет собой слово «вперед», он перемещает робота вперед, вызывая функцию Вперед , созданную на листе. Точно так же, если слово «влево», робот поворачивает влево, вызывая функцию Left . Если команда не является одним из распознанных слов, функция делает самое безопасное, что может: останавливается.

 rospy.init_node ('драйвер')

rospy.Subscriber ('команда', String, CommandCallback)

rospy.spin ()
print ('Выключение: остановка моторов')
StopMotors ()
GPIO.cleanup () 

Вот основная часть программы. Прежде всего, мы инициализируем узел и даем ему имя («драйвер»). Это начинает связь с мастером ROS. Затем мы подписываемся на тему с именем «команда» и указываем, что ожидаем, что эта тема будет сообщением String . Затем мы предоставляем нашу функцию CommandCallback , чтобы запросить ее вызов при поступлении новых сообщений по этой теме.

Затем мы вызываем rospy.spin () , который блокирует и ожидает поступления сообщений. После того, как узел попросит выйти (скажем, с помощью CTRL + C), эта функция завершится, и в этот момент мы гарантируем, что двигатели остановлены. Мы не хотим, чтобы робот убегал от нас!

Мы закончили с нашим рабочим пространством, поэтому давайте создадим его:

 $ cd ~ / edukit_bot_ws
$ catkin_make 

Шаг 6. Переместите робота с помощью ROS

.

На этом этапе у нас есть узел ROS, который будет управлять нашим роботом в соответствии с запросом в «командном» сообщении.Однако он использует GPIO, для чего по-прежнему требуется sudo . Вместо того, чтобы пытаться заставить нашу рабочую область работать с помощью sudo , давайте временно изменим разрешения GPIO, чтобы нам не требовалось sudo (это будет сброшено после перезагрузки):

 $ sudo chmod a + rw / dev / gpiomem 

/ dev / gpiomem - это устройство, представляющее память, выделенную для GPIO (то есть не другую, более важную / опасную память). В результате эта операция относительно безопасна, особенно по сравнению с тем же, что и для e.г. / dev / mem .

Хорошо, давайте проверим! Для этого вам нужно открыть три терминала, каждый из которых использует классическую оболочку (помните, запустите sudo classic , чтобы войти в классическую оболочку). Сначала нам понадобится мастер ROS, так как без него издатели и подписчики не могут найти друг друга. Итак, в одном терминале запускаем мастер ROS:

 $ roscore 

В другом терминале убедитесь, что вы активировали нашу недавно созданную рабочую область и запустите наш узел «драйвер»:

 $ cd ~ / edukit_bot_ws
$ source devel / setup.ш
$ rosrun edukit_bot driver_node 

Наконец, в третьем терминале мы начнем давать команды, чтобы робот двигался. Прежде всего, обратите внимание на темы, у которых есть издатели или подписчики:

 $ ростопический список
/ команда
/ rosout
/ rosout_agg 

Обратите внимание на тему / command . Это тема, которую слушает наш узел «драйвер» из-за настроенного нами подписчика . Он ожидает сообщения String , поэтому давайте отправим ему команду, скажем, для движения вперед:

 $ rostopic pub -1 / command std_msgs / Строка "вперед"
публикация и фиксация сообщения для 3.0 секунд 

Вы должны заметить, что узел «водитель» говорит, что он движется вперед, а затем колеса вашего робота должны начать вращаться вперед! Попробуйте отправить любую из строк, которые мы обработали в CommandCallback («влево», «назад» и т. Д.), И команды, которые, как вы знаете, недействительны, чтобы гарантировать безопасную остановку.

Поздравляем, вы быстро изучаете ROS! В следующем посте из этой серии мы освободимся от рабочих листов CamJam и начнем самостоятельно. Мы представим беспроводной контроллер и начнем работать над созданием дистанционного управления нашим роботом с помощью ROS.

Эта статья первоначально появилась в блоге Кайла Фаззари.

Введение в ROS (операционная система роботов)

Операционная система для роботов или просто ROS - это платформа, которая используется сотнями компаний и технических специалистов в различных областях по всему миру в области робототехники и автоматизации. Он обеспечивает безболезненную отправную точку для непрофессионалов в области программирования роботов.


Итак, прежде всего Что такое робот?
Робот - это любая система, которая может воспринимать окружающую среду, которая является его окружением, принимать решения на основе состояния окружающей среды и может выполнять сгенерированные инструкции.

ОС и ROS?
Операционная система - это программное обеспечение, обеспечивающее интерфейс между приложениями и оборудованием. Он занимается распределением ресурсов, таких как память, время процессора и т. Д., С использованием алгоритмов планирования и ведет учет полномочий различных пользователей, обеспечивая таким образом уровень безопасности. Он почти всегда имеет низкоуровневую программу, называемую ядром , , которая помогает взаимодействовать с оборудованием и является, по сути, наиболее важной частью любой операционной системы.

ROS - это не операционная система, а мета-операционная система, что означает, что она предполагает наличие базовой операционной системы, которая поможет ей в выполнении своих задач.


ROS и соответствующая операционная система -


ROS зависит от базовой операционной системы. ROS требует от операционной системы большой функциональности. Вдобавок к этому ROS должны быть бесплатно доступны для большой части населения, иначе большая часть населения не сможет получить к ней доступ.Популярность ROS во многом обусловлена ​​ее открытым характером и легкой доступностью для массового населения. Ему также нужна операционная система с открытым исходным кодом, поэтому операционная система и ROS могут быть изменены в соответствии с требованиями приложения. Проприетарные операционные системы
, такие как Windows 10 и Mac OS X, могут накладывать определенные ограничения на то, как мы можем их использовать. Это может привести к жесткости процесса разработки, что не будет идеальным для такого отраслевого стандарта, как ROS. Следовательно, большинство людей предпочитают запускать ROS в Linux, особенно в Debian и Ubuntu, поскольку ROS очень хорошо поддерживает операционные системы на основе Debian, особенно Ubuntu.Это не означает, что ROS нельзя запускать с Mac OS X или Windows 10, если на то пошло. Но поддержка ограничена, и люди могут оказаться в сложной ситуации без небольшой помощи со стороны сообщества.

Между ROS и ОС существует такая близость, что становится почти необходимым знать больше об операционной системе для работы с ROS. Использование Linux в качестве новичка может быть проблемой. Один из них обязательно столкнется с проблемами с Linux, особенно при работе с ROS, и хорошее знание Linux поможет предотвратить / исправить эти проблемы.

  • A Мета-операционная система обладает огромным набором функциональных возможностей, настолько большим, что его нельзя классифицировать как платформу или кластер библиотек, но не настолько, чтобы его можно было также отнести к категории операционной системы. Он обеспечивает функциональные возможности как операционных систем, так и фреймворков, но не в полной мере, поэтому его нельзя классифицировать ни как, например, он не предоставляет основные функции, которые должна обеспечивать операционная система, но предоставляет API.
  • RViz - это инструмент трехмерной визуализации для ROS.Это один из самых популярных инструментов для визуализации. Он принимает тему в качестве входных данных и визуализирует ее в зависимости от типа публикуемого сообщения. Это позволяет нам увидеть окружающую среду с точки зрения робота.

После того, как весь код будет готов и запущен, нам нужно протестировать его, чтобы при необходимости внести изменения. Выполнение этого на реальном роботе будет дорогостоящим и может привести к потере времени на настройку робота каждый раз. Поэтому для этого мы используем роботизированное моделирование.Самый популярный тренажер для работы с ROS - Gazebo . У него хорошая поддержка сообщества, это открытый исходный код, и на нем проще развертывать роботов.

ROS предназначалась для особых случаев использования. С тех пор многое изменилось, мы стали свидетелями возрождения исследований в области искусственного интеллекта и увеличения количества вариантов использования. Робототехника становится все более популярной среди масс, и хотя ROS очень хорошо справляется с этими задачами (хотя и не была создана), она требует большого количества хаков.

Вниманию читателя! Не прекращайте учиться сейчас. Получите все важные концепции теории CS для собеседований SDE с помощью курса CS Theory Course по приемлемой для студентов цене и станьте готовым к работе в отрасли.

Принцип работы турбомолекулярного насоса

4.9.1.1 Принцип действия турбомолекулярного насоса

Насосный эффект устройства, состоящего из ротора и лопасти статора основаны на передаче импульсов от быстро вращающиеся лопасти к перекачиваемым молекулам газа.Молекулы, которые сталкиваются с лезвиями, адсорбируются там и снова оставляют лезвия через определенный промежуток времени. В этом процессе добавляется скорость лезвия. к тепловой молекулярной скорости. Для обеспечения того, чтобы составляющая скорости что передается лопастями, не теряется из-за столкновений с другие молекулы, в насосе должен преобладать молекулярный поток, т.е. е. длина свободного пробега должна быть больше, чем расстояние между лопастями

В случае кинетических насосов противодавление возникает, когда перекачка газа; это вызывает обратный поток.Скорость откачки обозначается $ S_0 $. Объемный расход уменьшается с увеличением давления и достигает значения 0 при максимальной степени сжатия $ K_0 $.

Рисунок 4.22: Принцип работы турбомолекулярный насос

Степень сжатия

Степень сжатия, которую обозначают $ K_0 $, можно оценить по Геде [25]. Следующее относится к визуально плотной структуре лезвия (рис. 4.22):

\ [K_0 = \ mbox {exp} \ left (\ frac {1} {g} \ cdot \ frac {1} {\ mbox {sin} \ alpha} \ cdot \ frac {v} {\ bar {c}} \ right) \]

Formula 4-8: Степень сжатия турбонасоса

$
$ \ bar {c} Средняя скорость молекул [м · с -1 ]
$ v $ Окружная скорость [м · с -1 ]

Геометрические соотношения взяты из рисунка 4.22. Фактор $ g $ равен от 1 до 3 [26]. Из уравнения видно, что $ K_0 $ растет экспоненциально. со скоростью лезвия $ v $, а также с $ \ sqrt {M} $, потому что

$ \ bar {c} = \ sqrt {\ frac {8 \ cdot R \ cdot T} {\ pi \ cdot M}} $ (Формула 1-10)

Следовательно, степень сжатия азота, например, значительно выше, чем у водорода.

Объемный расход (скорость откачки)

Скорость откачки $ S_0 $ пропорциональна входной площади $ A $ и средняя окружная скорость лопастей $ v $, i.е. скорость вращения. С учетом угла лезвия $ \ alpha $ получаем:

\ [S_0 = \ frac {1} {2} \ cdot A \ cdot v \ cdot \ mbox {sin} \ alpha \ cdot \ mbox {cos} \ alpha = \ frac {1} {4} \ cdot A \ cdot v \ cdot \ mbox {sin} 2 \ alpha \]

Формула 4-9: Скорость откачки турбонасоса

С учетом входной проводимости фланца

$ C_ {Ef} = \ frac {\ bar {c}} {4} \ cdot A $ (Формула 1-24)

, а также оптимальный угол лезвия 45 °, дает приблизительная эффективная скорость откачки S eff турбонасоса для тяжелых газы (молекулярная масса> 20) в соответствии со следующими формула:

\ [S_ {eff} = \ frac {S_0 \ cdot L_ {Ef}} {S_0 + L_ {Ef}} = \ frac {A \ cdot v} {4 \ cdot \ left (\ frac {v} {\ bar {c}} + 1 \ right)} \]

Formula 4-10: Эффективная скорость откачки турбонасоса

Деление эффективной скорости откачки на поверхность входа лопасти самого верхнего диска и взяв область, заблокированную лезвием толщина учитывается с множителем $ d_f \ приблизительно $ 0.9, дает удельная скорость откачки турбонасоса, например, для азота (кривая на рисунке 4.23):

\ [S_A = \ frac {S_ {eff}} {A} = \ frac {d_f \ cdot v} {4 \ cdot \ left (\ frac {v} {\ bar {c}} + 1 \ right)} \]

Formula 4-11: Удельная скорость откачки

По оси Y на рисунке 4.23 удельная скорость откачки отложена в л · с -1 · см -2 и среднее лезвие скорость $ v = \ pi \ cdot f \ cdot (R_a + R_i) $ отложена по оси X.2) \ cdot \ pi $, получает скорость откачки насоса и позволяет сравнить его с информацией каталога.

Рисунок 4.23: Удельные скорости откачки турбонасоса

Точки на рисунке 4.23 определены Пфайффером. Вакуум на основе измеренных значений указанных насосов. Точки намного выше построенной кривой физически невозможны.

Рисунок 4.24: Скорость откачки в зависимости от относительной молекулярная масса

Рисунок 4.25: Скорость откачки в зависимости от входа давление

Определенные таким образом скорости откачки еще ничего не говорят о значениях для легких газов, например для водорода. Если турбонасос предназначен для низкое предельное давление, используются ступени насоса с различным углом наклона лопастей и градация оптимизирована для максимальной скорости откачки для водород. Таким образом получаются насосы с достаточной степенью сжатия для как водород (примерно 1000), так и азот, что должно быть 10 9 из-за высокого парциального давления азота в воздухе.В этом случае чистых турбомолекулярных насосы, хлебопекарная-вакуумные давления примерно 10 -2 мбар требуется из-за их молекулярных течь.

Рисунок 4.26: Принцип работы столика Holweck

Глоссарий терминов по робототехнике | Определения и примеры робототехники

Термины, определения и примеры робототехники

Функция графического 3D-дисплея
Функция трехмерного графического отображения (далее именуемая функцией трехмерного отображения) заключается в том, что трехмерная модель робота отображается в окне подвесного программирования, и может быть подтверждено текущее значение робота.Используя многооконную функцию, позиция обучения задания, отображаемая в содержании задания, также может быть подтверждена в окне 3D-дисплея. Когда функция функциональной безопасности активна, также может отображаться диапазон функциональной безопасности.


Абсолютные данные (данные ABSO)
Абсолютные данные (данные ABSO) - это поправочный коэффициент для данных, который устанавливает указанное нулевое значение, когда робот находится в заданном исходном положении (положение калибровки).

Точность
Точность - это измерение отклонения между характеристикой команды и достигнутой характеристикой (R15.05-2), или точность, с которой может быть достигнуто вычисленное или вычисленное положение робота. Точность обычно хуже, чем повторяемость руки. Точность не является постоянной по всему рабочему пространству из-за влияния кинематики звена.

Активный совместимый робот
Активно совместимый робот - это робот, в котором изменение движения во время выполнения задачи инициируется системой управления. Модификация индуцированного движения незначительна, но достаточна для облегчения выполнения желаемой задачи.

Фактическая позиция
Положение или расположение точки управления инструментом. Обратите внимание, что это не будет точно таким же, как позиция запроса, из-за множества невыявленных ошибок, таких как отклонение линии связи, нерегулярность передачи, допуски в длине линии и т. Д.

Привод
Силовой механизм, используемый для движения или поддержания положения робота (например, двигатель, который преобразует электрическую энергию, чтобы вызвать движение робота) (R15.07). Привод реагирует на сигнал, полученный от системы управления.

Плечо
Взаимосвязанный набор звеньев и механических соединений, включающий робот-манипулятор, который поддерживает и / или перемещает запястье и руку или конечный эффектор в пространстве. Сама рука не имеет рабочего органа.
См. Манипулятор, Рабочий орган и Запястье.

Шарнирно-сочлененный манипулятор
Манипулятор с рукой, разделенной на секции (звенья) одним или несколькими суставами.Каждое из сочленений представляет собой степень свободы в системе манипулятора и допускает поступательное и вращательное движение.

Шарнирное соединение
Описывает сочлененное устройство, например сочлененный манипулятор. Шарниры обеспечивают вращение вокруг вертикальной оси и подъем из горизонтальной плоскости. Это позволяет роботу проникать в замкнутые пространства.

Робот-сборщик
Робот, специально разработанный для соединения, подгонки или иным способом сборки различных деталей или компонентов в готовые изделия.В основном используется для захвата деталей и стыковки или подгонки их друг к другу, например, при производстве на конвейере.

Функция автоматического измерения
Для оптимального движения робота необходимо указать массовые характеристики рабочего органа. Эти свойства могут быть получены из CAD-модели инструмента. Функция автоматического измерения является альтернативой модели САПР и использует саму руку робота для измерения свойств инструмента. С помощью этой функции пользователь может регистрировать нагрузку на инструмент, положение центра тяжести инструмента и момент инерции в центре тяжести.

Автоматический режим
См. Режим воспроизведения.

Ось
Направление, используемое для задания движения робота в линейном или вращательном режиме. (ISO 8373)

Взаимодействие осей
Область пересечения осей - это функция, которая определяет текущее положение каждой оси и выводит сигнал в зависимости от того, находится ли текущее положение в пределах предварительно определенного диапазона.


База
Устойчивая платформа, к которой крепится промышленный робот-манипулятор.

Базовая система координат
Базовая система координат (иногда называемая мировой системой координат) определяет общую опорную точку для ячейки или приложения. Это полезно при использовании нескольких роботов или устройств, поскольку позиции, определенные в базовых координатах, будут одинаковыми для всех роботов и устройств. (см. рисунок справа)

Базовая ссылка
Стационарная базовая конструкция манипулятора робота, поддерживающая первый сустав.

Приработка
Burn-In - это процедура тестирования робота, при которой все компоненты робота работают непрерывно в течение длительного периода времени.Это делается для проверки движения и программирования движения робота на ранних этапах, чтобы избежать сбоев в работе после развертывания.


Система автоматизированного проектирования (CAD)
Компьютерное проектирование (САПР). Приложения компьютерной графики, предназначенные для проектирования объектов (или частей), которые должны быть изготовлены. Компьютер используется в качестве инструмента для проектирования схем и создания чертежей, которые позволяют точно производить объект. Система CAD позволяет создавать трехмерные чертежи основных фигур, точно определять размеры и размещение компонентов, строить линии заданной длины, ширины или угла, а также удовлетворять различные геометрические формы.Эта система также позволяет проектировщику испытывать моделируемую деталь при различных напряжениях, нагрузках и т. Д.

Карусель
Вращающаяся платформа, которая доставляет объекты роботу и служит системой очереди объектов. Эта карусель доставляет объекты или детали на станцию ​​загрузки / выгрузки робота.

Декартовы координаты
Декартовы координаты - это тип системы координат, в которой положение точки в двухмерном пространстве определяется парой числовых чисел, которые дополнительно определяют расстояние до фиксированных осей, перпендикулярных друг другу.Проще говоря, график XY представляет собой двумерную декартову систему координат. Когда точка задана в трехмерном пространстве (график XYZ), она составляет трехмерную декартову систему координат. Положение TCP робота указывается в декартовой системе координат.

Декартов манипулятор
Декартов манипулятор - это манипулятор робота с призматическими шарнирами, который позволяет перемещаться по одной или нескольким из трех осей в системе координат X, Y, Z.

Декартова топология
Топология, в которой используются призматические соединения, обычно расположенные перпендикулярно друг другу.

Робот в декартовых координатах
Робот с декартовыми координатами - это робот, чьи степени свободы манипулятора определяются декартовыми координатами. Здесь описываются движения восток-запад, север-юг и вверх-вниз, а также вращательные движения для изменения ориентации.

Категория 3 (Cat3)
Категория 3 (Cat 3) означает, что связанные с безопасностью части системы управления будут спроектированы таким образом, чтобы:

  • Единичные неисправности не препятствуют правильной работе функции безопасности.

  • Одиночные неисправности будут обнаружены при следующем запросе функции безопасности или до него.

  • Когда происходит единичный отказ, безопасное состояние должно поддерживаться до тех пор, пока обнаруженный отказ не будет исправлен.

  • Обнаружены все разумно предсказуемые неисправности.

Центробежная сила
Когда тело вращается вокруг оси, отличной от оси, расположенной в центре его масс, оно оказывает внешнюю радиальную силу, называемую центробежной силой, на ось, которая удерживает его от движения по прямой касательной линии.Чтобы компенсировать эту силу, робот должен приложить противоположный крутящий момент в суставе вращения.

Круглый тип движения
Расчетный путь, который выполняет робот, имеет круглую форму.

Зажим
Конечный эффектор, который служит пневматической рукой, контролирующей захват и отпускание объекта. Тактильные датчики и датчики силы обратной связи используются для управления силой, приложенной зажимом к объекту. См. "Концевой эффектор".

Зажим
Максимально допустимая сила, действующая на область тела в результате столкновения робота, когда период контакта приводит к пластической деформации мягких тканей человека.

Сила зажима
При контакте может быть зажат части тела (частей).

Замкнутый
Управление осуществляется роботом-манипулятором посредством обратной связи. Когда манипулятор находится в действии, его датчики постоянно передают информацию контроллеру робота, который используется для дальнейшего направления манипулятора в рамках данной задачи. Многие датчики используются для передачи информации о размещении манипулятора, скорости, крутящем моменте, приложенных силах, а также о размещении целевого движущегося объекта и т. Д.См. Отзыв.

Коллаборативный робот
Термин, используемый для описания роботизированной системы, предназначенной для работы в одном или нескольких из четырех совместных режимов.

Командный интерпретатор

Модуль или набор модулей, определяющий значение полученной команды. Команда разбивается на части (разбирается) и обрабатывается.

Командная позиция
Положение конечной точки движения робота, которого пытается достичь контроллер.

Соответствие
Смещение манипулятора в ответ на силу или крутящий момент. Высокая податливость означает, что манипулятор немного перемещается при нагрузке. Это называется пористым или упругим. В стрессовой ситуации низкая комплаентность будет жесткой системой.

Соответствующий робот
Робот, который выполняет задачи в отношении внешних сил, изменяя свои движения таким образом, чтобы эти силы минимизировались. Указанное или разрешенное движение достигается за счет поперечного (горизонтального), осевого (вертикального) или вращательного податливости.

Конфигурация
Расположение ссылок, созданное определенным набором совместных позиций на роботе. Обратите внимание, что может быть несколько конфигураций, приводящих к одному и тому же положению конечной точки.

Контактный датчик
Устройство, которое обнаруживает присутствие объекта или измеряет величину приложенной силы или крутящего момента, приложенного к объекту при физическом контакте с ним. Контактное зондирование можно использовать для определения местоположения, идентичности и ориентации деталей.

Непрерывный путь
Описывает процесс, в котором робот контролирует весь пройденный путь, в отличие от метода обхода от точки к точке. Это используется, когда траектория рабочего органа наиболее важна для обеспечения плавного движения, например, при окраске распылением и т. Д. См. «От точки к точке».

Алгоритм управления
Монитор, используемый для обнаружения отклонений траектории, в котором датчики обнаруживают такие отклонения, и приложения крутящего момента вычисляются для приводов.

Команда управления
Команда, подаваемая роботу с помощью устройства ввода от человека к машине. См. Кулон (Обучение). Эта команда принимается системой контроллера робота и интерпретируется. Затем соответствующая команда подается на исполнительные механизмы робота, которые позволяют ему реагировать на начальную команду. Часто команда должна интерпретироваться с использованием логических единиц и определенных алгоритмов. См. «Устройство ввода и цикл команд».

Устройство управления
Любая часть оборудования управления, обеспечивающая средства для вмешательства человека в управление роботом или роботизированной системой, например кнопка аварийного останова, кнопка запуска или селекторный переключатель.(R15.06)

Режим управления
Средства, с помощью которых инструкции передаются роботу.

Управляемость
Свойство системы, с помощью которого входной сигнал может переводить систему из начального состояния в желаемое состояние по предсказуемому пути в течение заранее определенного периода времени.

Контроллер
Устройство обработки информации, входными данными которого являются как желаемое, так и измеренное положение, скорость или другие соответствующие переменные в процессе, а выходными данными являются управляющие сигналы для управляющего двигателя или исполнительного механизма.(R15.02)

Система контроллера
Механизм управления роботом обычно представляет собой компьютер определенного типа, который используется для хранения данных (как робота, так и рабочей среды), а также хранения и выполнения программ, управляющих роботом. Система Контроллера содержит программы, данные, алгоритмы; логический анализ и различные другие операции обработки, которые позволяют ему выполнять. См. Робот.

Система координат или рамка
Система координат (или рамка) определяет исходное положение и ориентацию, с которой можно измерить положение робота.Все положения робота определены со ссылкой на систему координат. Роботы Yaskawa используют следующие системы координат:

Центральный процессор (ЦП)
Центральный процессор (ЦП) - это основная печатная плата и процессор системы контроллера.

Кубическая зона помех
Эта область представляет собой прямоугольный параллелепипед, параллельный базовой координате, координате робота или координате пользователя. Контроллер YRC1000 определяет, находится ли текущее положение ЦТП манипулятора внутри или за пределами этой области, и выводит это состояние в качестве сигнала.

Цикл
Однократное выполнение полного набора движений и функций, содержащихся в программе робота. (R15.05-2)

Циклическая система координат
Система координат, которая определяет положение любой точки с точки зрения углового размера, радиального размера и высоты от базовой плоскости. Эти три измерения определяют точку на цилиндре.

Цикло-привод
Торговая марка устройства понижения скорости, которое преобразует низкий крутящий момент на высокой скорости в высокий крутящий момент на низкой скорости, обычно используется на большой (большей) оси.

Цилиндрическая топология
Топология, в которой плечо следует радиусом горизонтального круга с призматическим шарниром для подъема или опускания круга. Не пользуется популярностью в промышленности.


Выключатель аварийного отключения
Срок истек. См. Включение устройства.

степеней свободы
Количество независимых направлений или суставов робота (R15.07), которые позволяют роботу перемещать свой конечный эффектор через требуемую последовательность движений.Для произвольного позиционирования необходимо 6 степеней свободы: 3 для положения (влево-вправо, вперед-назад и вверх-вниз) и 3 для ориентации (рыскание, тангаж и крен).

Прямой привод
Совместное срабатывание, в том числе без элементов трансмиссии (т. Е. Тяга привинчена к выходу двигателя).

Время простоя
Период времени, в течение которого робот или производственная линия останавливаются из-за неисправности или отказа. См. Время работы.

Привод
Редуктор скорости (зубчатый) для преобразования низкого крутящего момента на высокой скорости в высокий крутящий момент на низкой скорости.См. Разделы Harmonic Drive, Cyclo Drive и Rotary Vector Drive).

Прямая доставка
Способ подведения предмета к рабочему месту под действием силы тяжести. Обычно желоб или контейнер размещают таким образом, чтобы по окончании работы над деталью она упала или упала в желоб или на конвейер с небольшой транспортировкой робота или без него.

Динамика
Изучение движения, сил, вызывающих движение, и сил, обусловленных движением. Динамика манипулятора робота очень сложна, поскольку является результатом кинематического поведения всех масс внутри конструкции руки.Кинематика манипулятора робота сложна сама по себе.


Аварийный останов
Работа схемы с использованием аппаратных компонентов, которая перекрывает все другие органы управления роботом, снимает мощность привода с исполнительных механизмов робота и вызывает остановку всех движущихся частей. (R15.06)

Переключатель включения
См. Включение устройства.

Разрешающее устройство
Устройство с ручным управлением, которое при постоянном включении разрешает движение.Освобождение устройства должно остановить движение робота и связанное с ним оборудование, которое может представлять опасность. (R15.06)

Кодировщик
Устройство обратной связи в руке робота-манипулятора, которое предоставляет контроллеру данные о текущем положении (и ориентации руки). Луч света проходит через вращающийся кодовый диск, который содержит точный узор из непрозрачных и прозрачных сегментов на своей поверхности. Свет, который проходит через диск, попадает в фотодетекторы, которые преобразуют световой рисунок в электрические сигналы.См. Раздел «Обратная связь, управление с обратной связью и датчик обратной связи».

EOAT
См. Захват или Концевой эффектор.

Рабочий орган
Вспомогательное устройство или инструмент, специально предназначенные для крепления к запястью робота или монтажной пластине для инструментов, чтобы робот мог выполнять свою задачу. (Примеры могут включать: захват, пистолет для точечной сварки, пистолет для дуговой сварки, распылительный пистолет или любые другие инструменты.) (R15.06)

Конечная точка
Номинальное управляемое положение, которого манипулятор будет пытаться достичь в конце пути движения.Конец дистального звена.

Ошибка
Разница между фактическим ответом робота и отданной командой.

Возможность расширения
Возможность добавления ресурсов в систему, таких как память, жесткий диск большего размера, новая карта ввода-вывода и т. Д.

Предел внешней силы
Пороговое значение, при котором робот перемещается или сохраняет свое положение, даже при приложении внешних сил (при условии, что силы не превышают пределов, которые могут вызвать ошибку).


Обратная связь
Возврат информации от манипулятора или датчика к процессору робота для обеспечения самокорректирующегося управления манипулятором.
См. Управление обратной связью и Датчик обратной связи.

Управление обратной связью
Тип управления системой, получаемый, когда информация от манипулятора или датчика возвращается в контроллер робота для получения желаемого эффекта робота. См. Раздел «Обратная связь, управление с обратной связью и датчик обратной связи».

Датчик обратной связи
Механизм, через который информация от сенсорных устройств передается обратно в блок управления роботом. Информация используется в последующем направлении движения робота. См. Управление с обратной связью и управление с обратной связью.

Гибкость
Способность робота выполнять самые разные задачи.

Силовая обратная связь
Метод обнаружения, использующий электрические сигналы для управления рабочим органом робота во время работы рабочего органа.Информация поступает от датчиков силы рабочего органа к блоку управления роботом во время выполнения конкретной задачи, чтобы обеспечить улучшенную работу рабочего органа.
См. Обратная связь, Датчик обратной связи и Датчик силы.

Датчик силы
Датчик, способный измерять силы и крутящий момент, прилагаемые роботом и его запястьем. Такие датчики обычно содержат тензодатчики. Датчик предоставляет информацию, необходимую для обратной связи по силе. См. Force Feedback

.

Решение прямой кинематики

Расчет, необходимый для определения положения конечной точки с учетом положений шарниров.Для большинства топологий роботов это проще, чем найти обратное кинематическое решение.

Передняя кинематика
Вычислительные процедуры, определяющие, где находится рабочий орган робота в пространстве. В процедурах используются математические алгоритмы вместе с совместными датчиками для определения его местоположения.

Рама
Система координат, используемая для определения положения и ориентации объекта в пространстве, а также положения робота в его модели.

Блок функциональной безопасности (FSU)
Блок функциональной безопасности (FSU) - это компонент контроллера робота Yaskawa, который обеспечивает программируемые функции безопасности, которые обеспечивают совместную работу робота. Поскольку эти функции безопасности являются программируемыми, FSU позволяет минимизировать площадь, занимаемую расположенным поблизости оборудованием, а также зоны, доступные для человека. FSU состоит из двух параллельных центральных процессоров (ЦП), работающих одновременно, что обеспечивает двухканальную проверку.Кроме того, FSU получает позицию робота от своих энкодеров независимо от системы управления движением робота. Основываясь на этой обратной связи, FSU контролирует положение, скорость и положение манипулятора и инструмента.


Портал
Регулируемый подъемный механизм, который перемещается по фиксированной платформе или гусенице, поднятому или на уровне земли по осям X, Y, Z.

Портальный робот
Робот с тремя степенями свободы по системе координат X, Y и Z.Обычно состоит из намоточной системы (используемой в качестве крана), которая при намотке или размотке обеспечивает движение вверх и вниз по оси Z. Катушка может скользить слева направо по валу, который обеспечивает движение по оси Z. Катушка и вал могут двигаться вперед и назад по направляющим, которые обеспечивают движение по оси Y. Обычно используется, чтобы расположить концевой эффектор над желаемым объектом и поднять его.

Гравитационная загрузка
Сила, действующая вниз, из-за веса манипулятора робота и / или нагрузки на конце руки.Сила создает ошибку в отношении точности положения концевого эффектора. Компенсирующая сила может быть вычислена и применена, чтобы вернуть руку в желаемое положение.

Захват
Концевой эффектор, предназначенный для захвата и удержания (ISO 8373), а также для «захвата» или захвата объекта. Он прикреплен к последнему звену руки. Он может удерживать объект, используя несколько различных методов, таких как: приложение давления между своими «пальцами», или может использовать намагничивание или вакуум для удержания объекта и т. Д.См. "Концевой эффектор".


Ручная
Зажим или захват, используемый в качестве рабочего органа для захвата предметов. См. Концевой эффектор, Захват.

Ручное управление
Совместная функция, которая позволяет оператору вручную направлять робота в желаемое положение. Эта задача может быть достигнута за счет использования дополнительного внешнего оборудования, установленного непосредственно на роботе, или робота, специально разработанного для поддержки этой функции. Оба решения потребуют использования элементов функциональной безопасности.Оценка риска должна использоваться, чтобы определить, необходимы ли какие-либо дополнительные меры безопасности для снижения рисков в роботизированной системе.

Привод гармоник
Компактный легкий редуктор, который преобразует низкий крутящий момент на высокой скорости в высокий крутящий момент на низкой скорости. Обычно находится на малой (меньшей) оси.

Ремень
Обычно несколько проводов, связанных вместе для подачи питания и / или передачи сигналов к / от устройств. Например, двигатели робота подключены к контроллеру через жгут проводов.

Опасное движение
Непреднамеренное / неожиданное движение робота, которое может привести к травме.

Удерживать
Остановка всех движений робота во время его последовательности, при которой на роботе сохраняется некоторая мощность. Например, выполнение программы останавливается, однако питание серводвигателей остается включенным, если требуется перезапуск.

Исходное положение
Известное и фиксированное положение на основной оси координат манипулятора, где он останавливается, или в указанном нулевом положении для каждой оси.Это положение уникально для каждой модели манипулятора. На роботах Motoman® есть индикаторные метки, которые показывают исходное положение для соответствующей оси.


МЭК
Международная электротехническая комиссия

Индуктивный датчик
Класс датчиков приближения, который имеет половину ферритового сердечника, катушка которого является частью цепи генератора. Когда металлический объект входит в это поле, в какой-то момент объект будет поглощать достаточно энергии из поля, чтобы заставить осциллятор перестать колебаться.Это означает, что объект присутствует в определенной близости. См. Датчик приближения.

Промышленный робот
Перепрограммируемый многофункциональный манипулятор, предназначенный для перемещения материалов, деталей, инструментов или специализированных устройств посредством переменных запрограммированных движений для выполнения множества задач (R15.06). Основные компоненты: одна или несколько рук, которые могут двигаться в нескольких направлениях, манипулятор и компьютерный контроллер, который дает подробные инструкции по перемещению.

ИНФОРМАЦИЯ
Язык программирования роботов для роботов Yaskawa. Язык ИНФОРМ позволяет пользователю робота: инструктировать робота использовать его основные возможности для выполнения определенного набора ожиданий, а также описывать роботу посредством определения параметров и условий, каковы ожидания в определенных ситуациях или сценариях. Проще говоря, язык программирования INFORM позволяет пользователю указывать роботу, что делать, когда это делать, где это делать и как это делать.

Устройства ввода
Разнообразные устройства, позволяющие взаимодействовать между человеком и машиной. Это позволяет человеку программировать, управлять и моделировать робота. К таким устройствам относятся пульт программирования, компьютерные клавиатуры, мышь, джойстики, кнопки, панель оператора, тумба оператора и т. Д.

Инструкция
Строка программного кода, вызывающая действие системного контроллера. См. Командное положение.

Цикл команд
Время, необходимое для цикла системы контроллера робота для декодирования команды или инструкции перед ее выполнением.Программисты-роботы должны очень внимательно анализировать цикл команд, чтобы обеспечить быструю и правильную реакцию на изменяющиеся команды.

Интегрировать
Чтобы объединить разные подсистемы, такие как роботы и другие устройства автоматизации, или, по крайней мере, разные версии подсистем в одной оболочке управления.

Интегратор
Компания, предоставляющая услуги с добавленной стоимостью, результатом которых является создание решений по автоматизации путем объединения робота и другого оборудования автоматизации и управления для создания решения автоматизации для конечных пользователей.

Интеллектуальный робот
Робот, который может быть запрограммирован на выбор производительности в зависимости от сенсорных входов с минимальной или нулевой помощью со стороны человека. См. Робот.

Зона помех
Зона помех - это функция, которая предотвращает помехи между несколькими манипуляторами или манипулятором и периферийным устройством. Области можно настроить до 64 областей. Три типа методов использования каждой области интерференции следующие: кубическая интерференция, вне кубической области и осевая интерференция.

Интерполяция
Метод создания путей к конечным точкам. В общем, для задания движения несколько узловых точек определяются до того, как все промежуточные положения между ними вычисляются посредством математической интерполяции. Таким образом, используемый алгоритм интерполяции существенно влияет на качество движения.

ISO
Международная организация по стандартизации

ISO 10218-1 Роботы и роботизированные устройства - Требования безопасности для промышленных роботов - Часть 1: Роботы
Специализированная спецификация безопасности робота, которая касается требований производителя, функциональности, требуемых показателей безопасности, опасностей, мер защиты и документации для самого робота.

ISO 10218-2 Роботы и роботизированные устройства - Требования безопасности для промышленных роботов - Часть 2: Роботные системы и интеграция
Сопутствующий документ ISO 10218-1. Эта спецификация безопасности предоставляет руководство как для конечных пользователей, так и для интеграторов роботов в части безопасного проектирования, установки и ввода в эксплуатацию робототехнических систем, а также рекомендуемых процедур, мер безопасности и информации, необходимой для использования.

ISO TS 15066 (ANSI RIA 15.606): Роботы и роботизированные устройства - Совместные роботы
Предоставляет подробное руководство, отсутствующее в ISO 10218, части 1 или 2, по безопасному использованию промышленных роботов, работающих совместно.


Матрица Якоби
Матрица Якоби связывает скорости изменения совместных значений со скоростью изменения координат конечных точек. По сути, это набор алгоритмов вычислений, которые обрабатываются для управления позиционированием робота.

РАБОТА
JOB - это название Yaskawa программы для роботов, созданной с использованием языка программирования роботов INFORM компании Yaskawa. Обычно задание состоит из инструкций, которые сообщают контроллеру робота, что делать, и данных, которые программа использует во время работы.

Шарнир
Часть системы манипулятора, которая обеспечивает степень свободы вращения и / или поступательного перемещения звена рабочего органа.

Совместное интерполированное движение
Метод координации движения суставов, при котором все суставы достигают желаемого места одновременно. Этот метод сервоуправления обеспечивает предсказуемый путь независимо от скорости и обеспечивает самое быстрое время цикла захвата и установки для конкретного движения.

Тип шарнира движения
Тип совместного движения, также известный как двухточечное движение, представляет собой метод интерполяции траектории, который управляет движением робота, перемещая каждое соединение непосредственно в заданное положение, так что все оси достигают этого положения одновременно. Хотя путь предсказуем, он не будет линейным.

Совместное пространство
а. Совместное пространство (или Совместные координаты) - это просто метод определения положения робота с точки зрения значения каждой оси, а не положения TCP.Например, исходное положение робота часто определяется в Joint Space, поскольку каждая ось находится под углом 0 градусов.
б. Набор совместных позиций.

Соединения
Части манипулятора робота, которые действительно сгибаются или двигаются.


Кинематика
Связь между движением конечной точки робота и движением суставов. Для декартового робота это набор простых линейных функций (линейные дорожки, которые могут быть расположены в направлениях X, Y, Z), для вращающейся топологии (шарниры, которые вращаются), однако кинематика намного сложнее, включая сложные комбинации тригонометрии. функции.Кинематика руки обычно делится на прямое и обратное решения.


Захват ковша
Конечный эффектор, который действует как совок. Он обычно используется для сбора жидкости, переноса ее в форму и заливки жидкости в форму. Обычно используется для работы с расплавленным металлом в опасных условиях. См. "Концевой эффектор".

Лазер
Акроним от «Усиление света за счет вынужденного излучения». Устройство, которое производит когерентный монохроматический луч света, который является чрезвычайно узким и сфокусированным, но все же находится в пределах видимого светового спектра.Обычно он используется в качестве бесконтактного датчика для роботов. Роботизированные приложения включают: определение расстояния, точное определение местоположения, картографирование поверхности, сканирование штрих-кода, резку, сварку и т. Д.

Линейное движение с интерполяцией
Это метод интерполяции траектории, который управляет движением робота, перемещая каждое соединение в скоординированном движении, так что все оси достигают позиции одновременно. Путь контрольной точки инструмента (TCP) предсказуем и будет линейным.

Линейный тип движения
Это метод интерполяции траектории, который управляет движением робота, перемещая каждое соединение в скоординированном движении, так что все оси достигают позиции одновременно. Путь контрольной точки инструмента (TCP) предсказуем и будет линейным.

Ссылка
Жесткая часть манипулятора, соединяющая соседние суставы.

Ссылки
Статический материал, который соединяет суставы руки вместе.Тем самым образуется кинематическая цепочка. В человеческом теле звеньями являются кости.

Время цикла нагрузки
Термин технологического процесса производственной или сборочной линии, который описывает полное время, необходимое для выгрузки последней заготовки и загрузки следующей.


Магнитные детекторы
Датчики роботов, которые могут определять присутствие ферромагнитного материала. Твердотельные детекторы с соответствующим усилением и обработкой могут обнаруживать металлический объект с высокой степенью точности.См. Датчик.

Манипулятор
Машина или роботизированный механизм, который обычно состоит из серии сегментов (соединенных или скользящих друг относительно друга) с целью захвата и / или перемещения объектов (частей или инструментов), обычно с несколькими степенями свободы. Управление манипулятором может осуществляться оператором, программируемым электронным контроллером или любой логической системой (например, кулачковым устройством, проводным и т. Д.) (ISO 8373)
См. Руку, запястье и рабочий орган

.

Ручной режим
См. Режим обучения.

Погрузочно-разгрузочные работы
Процесс, с помощью которого промышленный робот-манипулятор переносит материалы из одного места в другое.

Робот для обработки материалов
Робот, спроектированный и запрограммированный таким образом, чтобы он мог обрабатывать, резать, формировать или изменять форму, функцию или свойства материалов, с которыми он работает, в период между моментом первого захвата материалов и их выпуском в производственном процессе.

Функция сдвига зеркала
С помощью функции зеркального сдвига задание преобразуется в задание, в котором траектория симметрична пути исходного задания.Это преобразование может быть выполнено для указанной координаты из координат X-Y, X-Z или Y-Z координат робота и координат пользователя. Функция зеркального смещения подразделяется на три следующих: импульсная функция зеркального смещения, функция зеркального смещения координат робота и функция зеркального смещения пользовательских координат. (см. рисунок справа)

Переключатель режима
В соответствии со стандартами безопасности промышленный робот имеет три различных режима работы. Это обучение (также называемое ручным), воспроизведение (также называемое автоматическим) и дистанционное управление.Переключение между этими режимами осуществляется с помощью переключателя с ключом на подвесном пульте обучения и называется переключателем режима.

Модульность
Свойство гибкости встроено в робота и систему управления путем сборки отдельных узлов, которые могут быть легко соединены или скомпонованы с другими частями или узлами.

Модуль
Автономный компонент пакета. Этот компонент может содержать подкомпоненты, известные как подмодули.

Ось движения
Линия, определяющая ось движения либо линейного, либо поворотного сегмента манипулятора.

Двигатель
См. Серводвигатель.

Отключение звука
При тестировании программы робота отключение любых устройств защиты от присутствия во время полного цикла робота или части цикла.


Автономное программирование
Метод программирования, при котором целевая программа определяется на устройствах или компьютерах отдельно от робота для последующего ввода программной информации роботу. (ISO 8373) б.Средство программирования робота во время его работы. Это становится важным при производстве и производстве сборочных линий из-за сохранения высокой производительности, пока робот программируется для других задач.

Оператор
Лицо, уполномоченное запускать, контролировать и останавливать запланированную продуктивную работу робота или роботизированной системы. Оператор также может взаимодействовать с роботом для производственных целей. (R15.06)

Оптический кодировщик
Датчик обнаружения, который измеряет линейное или вращательное движение, обнаруживая движение маркировки мимо фиксированного луча света.Его можно использовать для подсчета оборотов, идентификации деталей и т. Д.

Оптические датчики приближения
Датчики роботов, которые измеряют видимый или невидимый свет, отраженный от объекта, для определения расстояния. Лазеры используются для большей точности.

Ориентация
Угол, образованный большой осью объекта относительно исходной оси. Он должен быть определен относительно трехмерной системы координат. Угловое положение объекта относительно системы отсчета робота.Смотрите Roll, Pitch и Yaw.


Паллетирование
Процесс штабелирования пакетов (т. Е. Ящиков, пакетов, контейнеров и т. Д.) Организованным образом на поддоне.

Функция PAM - регулировка положения вручную
Регулировка положения вручную позволяет регулировать положение с помощью простых операций, наблюдая за движением манипулятора и не останавливая манипулятор. Позиции можно регулировать как в режиме обучения, так и в режиме воспроизведения.

Функция параллельного смещения
Параллельный сдвиг относится к смещению объекта из фиксированного положения таким образом, что все точки внутри объекта перемещаются на равное расстояние.В модели для параллельного смещения, показанной ниже, значение смещения может быть определено как расстояние L (трехмерное координатное смещение). Функция параллельного смещения имеет отношение к фактической работе манипулятора, поскольку ее можно использовать для уменьшения объема работы, связанной с обучением, путем смещения заданного пути (или положения). В примере на рисунке ниже обученная позиция A сдвигается с шагом на расстояние L (на самом деле это трехмерное смещение XYZ, которое может распознать робот).

Путь
Непрерывное геометрическое место позиций (или точек в трехмерном пространстве), пересекаемое центральной точкой инструмента и описываемое в указанной системе координат. (R15.05-2)

Полезная нагрузка - максимальная
Максимальная масса, которой робот может манипулировать при заданной скорости, ускорении / замедлении, расположении (смещении) центра тяжести и воспроизводимости при непрерывной работе в заданном рабочем пространстве. Максимальная полезная нагрузка указана в килограммах.(R15.05-2)

Кулон [Обучающий кулон]
Переносное устройство ввода, связанное с системой управления, с помощью которой можно программировать или перемещать робота. (ISO 8373) Это позволяет человеку-оператору занять наиболее удобное положение для наблюдения, контроля и записи желаемых движений в память робота.