RU2815271C1

RU2815271C1 - Servo drive with drum-roller actuator

Info

Publication number: RU2815271C1
Application number: RU2023107632A
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Крылов; Александр Михайлович Литвиненко; Александр Александрович Агапов
Filing date: 2023-03-28
Publication date: 2024-03-13

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to electrical engineering, namely to the design of electric drives providing for movement of the actuator in space. Servo drive comprises power amplifiers, a drive unit, a transducer reduction gear and a position transducer. Drive unit comprises base, motor, flexible tape wound on drums. In contact with drums there are contact bearings fixed on balancers. Steering plane is fixed on axis installed in aircraft body. Balancers are connected to steering plane by means of rotary element stand, which is rigidly connected to steering plane. Steering plane position sensor is installed on the axle. On the shaft of the electric motor there is a gear which is mechanically connected to gears rotating in opposite directions. In order to change the direction of rotation of one gear, an additional unit of gears is installed to the gear shaft, as well as a damper required to smooth the negative effect of the reducer play taking into account external disturbances.

EFFECT: reduction of dimensions and increase of efficiency due to refusal to use the second electric motor, and, as a result, reduction of power part of the control unit.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к робототехнике, а именно к конструкции электроприводов, обеспечивающих перемещение исполнительного органа в пространстве.The invention relates to robotics, namely to the design of electric drives that ensure movement of the executive body in space.

Известен исполнительный орган робота (Патент РФ Литвиненко A.M. №2250818, опубл. 27.04.2005, бюл. №12, заявка №2003124121/02 от 31.07.2003), состоящий из четырех гибких элементов, имеющих желобчатую форму. Элементы присоединены к крестовине с помощью шаровых шарниров. К середине крестовины прикреплен схват. Места крепления ленты к шарнирам выполнены в виде колодок, придающих зажатому концу ленты изгиб в поперечном сечении. На элементы одеты формостабилизирующие элементы, представляющие собой пластину с четырьмя прорезями, сделанными по форме изгиба элементов. Формостабилизирующие элементы присоединены к схвату при помощи тросовой гибкой связи с узлами. По мере выдвижения руки количество задействованных формостабилизирующих элементов увеличится. Вторые концы элементов пропущены через формообразующие направляющие и намотаны на барабан с приводами. Барабаны каждой степени подвижности установлены в каретке, движущейся по вертикальной поворотной колонне манипулятора. Формообразующие направляющие представляют собой брус из антифрикционного материала (фторопласта), на одной грани которого выполнена дугообразная прорезь, а недостатком данного устройства является небольшое усилие, развиваемое приводом.The robot's executive body is known (RF Patent A.M. Litvinenko No. 2250818, published April 27, 2005, Bulletin No. 12, application No. 2003124121/02 dated July 31, 2003), consisting of four flexible elements having a grooved shape. The elements are attached to the cross using ball joints. A gripper is attached to the middle of the cross. The places where the tape is attached to the hinges are made in the form of blocks, giving the clamped end of the tape a bend in the cross section. The elements are equipped with form-stabilizing elements, which are a plate with four slots made according to the bending shape of the elements. Form-stabilizing elements are connected to the gripper using a flexible cable connection with nodes. As the arm extends, the number of shape-stabilizing elements involved will increase. The second ends of the elements are passed through the forming guides and wound on a drum with drives. The drums of each degree of mobility are installed in a carriage moving along the vertical rotary column of the manipulator. The forming guides are a beam made of anti-friction material (fluoroplastic), on one side of which an arc-shaped slot is made, and the disadvantage of this device is the small force developed by the drive.

Также известен исполнительный орган робота (Патент РФ Литвиненко A.M. Бохер Р.М. №2653397, опубл. 08.05.2018, бюл. №13, заявка №2015149070 от 16.11.2015), состоящий из привода исполнительного органа снабженного дополнительным барабаном с приводом, установленным на основании с основным барабаном, и направляющими со штоком, присоединенным к каретке и связанным с исполнительным органом манипулятора, при этом гибкий элемент намотан на основной и дополнительный барабаны, каретка выполнена с двумя группами роликов, каждая из которых расположена в контакте с гибким элементом основного и дополнительного барабанов и установлена между упомянутыми основными барабанами, приводы которых связаны с системой управления манипулятора.The executive body of the robot is also known (RF Patent Litvinenko A.M. Bokher R.M. No. 2653397, published 05/08/2018, Bulletin No. 13, application No. 2015149070 dated 11/16/2015), consisting of an executive body drive equipped with an additional drum with a drive installed on a base with a main drum, and guides with a rod attached to the carriage and connected to the executive body of the manipulator, while the flexible element is wound on the main and additional drums, the carriage is made with two groups of rollers, each of which is located in contact with the flexible element of the main and additional drums and is installed between the mentioned main drums, the drives of which are connected to the manipulator control system.

Недостатком данного устройства является большие габариты, поскольку барабаны разнесены на длину каретки, а также невозможность реализации поворотного перемещения без применения дополнительных рычагов.The disadvantage of this device is its large dimensions, since the drums are spaced apart along the length of the carriage, as well as the impossibility of implementing rotary movement without the use of additional levers.

Наиболее близким к заявленному по совокупности существенных признаков является исполнительный орган рулевого привода (Патент РФ Литвиненко А.М. Крылов Ю.М, Агапов А.А. и др. №2759348, опубл. 12.11.2021, бюл. №32, заявка №2020141450 от 15.12.2020), состоящий из основания, двигателей, гибкой ленты, намотанной на барабаны, в контакте с барабанами расположены контактные подшипники, закрепленные на балансирах, рулевая плоскость зафиксирована на оси, установленной в корпусе летательного аппарата (не показано на чертеже), балансиры соединены с рулевой плоскостью с помощью стойки поворотного элемента, которая жестко соединена с рулевой плоскостью.The closest to the declared one in terms of the totality of essential features is the executive body of the steering drive (RF Patent A.M. Litvinenko, Yu.M. Krylov, A.A. Agapov et al. No. 2759348, publ. 11/12/2021, Bulletin No. 32, application No. 2020141450 dated 12/15/2020), consisting of a base, engines, a flexible tape wound on drums, contact bearings mounted on balancers are located in contact with the drums, the steering plane is fixed on an axis installed in the body of the aircraft (not shown in the drawing), The balancers are connected to the steering plane by means of a rotating element strut, which is rigidly connected to the steering plane.

Недостатком данного изобретения является необходимость использования тормозного режима на одном из электродвигателей при перемещении рулевой плоскости, с целью сохранения натяжения ленты.The disadvantage of this invention is the need to use the braking mode on one of the electric motors when moving the steering plane, in order to maintain belt tension.

Изобретение направлено на улучшение эксплуатационных характеристик.The invention is aimed at improving performance characteristics.

Это достигается тем, что исполнительный механизм рулевого привода, содержащий барабаны с приводом, контактные подшипники с несущими элементами, основание, согласно изобретению к валам вращения барабанов установлена механическая передача, позволяющая использовать один электродвигатель.This is achieved by the fact that the actuator of the steering drive, containing drums with a drive, contact bearings with load-bearing elements, a base, according to the invention, a mechanical transmission is installed to the rotation shafts of the drums, allowing the use of one electric motor.

Сущность изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг 1 представлена структурная схема следящего электропривода с барабанно-роликовым исполнительным механизмом на фиг 2 представлен вид исполнительного элемента сверху в среднем положении рулевой плоскости, на фиг 3 вид сверху в крайнем левом положении, на фиг 4 вид сзади без одной гибкой ленты.The essence of the invention is illustrated by the drawing, where Fig. 1 shows a block diagram of an electric servo drive with a drum-roller actuator; Fig. 2 shows a top view of the actuator in the middle position of the steering plane; Fig. 3 is a top view in the extreme left position; Fig. 4 is a rear view without one flexible tape.

Следящий электропривод содержит в себе усилители мощности, приводной блок, редуктор датчика, а также датчик положения.The tracking electric drive contains power amplifiers, a drive unit, a sensor gearbox, and a position sensor.

Приводной блок содержит в себе основание 1, двигатель 2, гибкую ленту 3, намотанную на барабаны 4 и 5. В контакте с барабанами расположены контактные подшипники 6, закрепленные на балансирах 7. Рулевая плоскость 8 зафиксирована на оси 9, установленной в корпусе летательного аппарата. Балансиры 7 соединены с рулевой плоскостью с помощью стойки поворотного элемента 10, которая жестко соединена с рулевой плоскостью 8. На оси 9 установлен датчик положения рулевой плоскости 8 (не указан на чертеже). На валу электродвигателя установлена шестерня 11, механически соединенная с шестернями 12 и 13 вращающимися в противоположные стороны. С целью изменения направления вращения одной шестерни к валу шестерни 13 установлен дополнительный блок из шестерен 14 и 15, а также демпфер 16, необходимый для сглаживания негативного влияния люфта редуктора с учетом внешних возмущений.The drive unit contains a base 1, a motor 2, a flexible tape 3 wound on drums 4 and 5. Contact bearings 6 are located in contact with the drums, mounted on balancers 7. The steering plane 8 is fixed on an axis 9 installed in the body of the aircraft. The balancers 7 are connected to the steering plane using a rack of the rotating element 10, which is rigidly connected to the steering plane 8. A position sensor of the steering plane 8 is installed on the axis 9 (not shown in the drawing). A gear 11 is installed on the electric motor shaft, mechanically connected to gears 12 and 13 rotating in opposite directions. In order to change the direction of rotation of one gear, an additional block of gears 14 and 15 is installed on the gear shaft 13, as well as a damper 16, which is necessary to smooth out the negative influence of the gearbox backlash taking into account external disturbances.

Приводной блок рулевого электропривода работает следующим образом. При поступлении сигнала задания (Uзад) и увеличении сигнала рассогласования между сигналом задания и сигналом с датчика положения (Uдп) происходит увеличение скважности ШИМ-сигналов, что приводит к вращению электродвигателя 2, гибкая лента 3 сматывается, и наматывается на барабаны 4 и 5, вследствие чего изменяется внешний диаметр барабанов. При изменении диаметра барабанов 4 и 5 происходит перемещение контактных подшипников 6, которые закреплены на балансирах 7, которые в свою очередь подвижно соединены со стойкой поворотного элемента 10, которая жестко соединена с рулевой плоскостью 8, вследствие чего при изменении диаметров барабанов 4 и 5 происходит перемещение рулевой плоскости.The electric steering drive unit operates as follows. When a task signal (Uset) is received and the mismatch signal between the task signal and the signal from the position sensor (Udp) increases, the duty cycle of the PWM signals increases, which leads to the rotation of the electric motor 2, the flexible tape 3 is wound up and wound onto drums 4 and 5, due to which changes the outer diameter of the drums. When the diameter of the drums 4 and 5 changes, the contact bearings 6 move, which are mounted on the balancers 7, which in turn are movably connected to the rack of the rotating element 10, which is rigidly connected to the steering plane 8, as a result of which, when the diameters of the drums 4 and 5 change, movement occurs steering plane.

Приводной блок рулевого электропривода имеет следующие технические преимущества: уменьшенные габаритные показатели и увеличенный коэффициент полезного действия (КПД), за счет отказа от использования второго электродвигателя, и как следствие уменьшение силовой части блока управления. Следствием этих технических преимуществ является с одной стороны увеличение КПД электропривода, с другой стороны расширение области применения за счет возможности вращательного движения.The drive unit of the electric steering drive has the following technical advantages: reduced overall dimensions and increased efficiency (efficiency), due to the elimination of the use of a second electric motor, and as a result, a reduction in the power part of the control unit. The consequence of these technical advantages is, on the one hand, an increase in the efficiency of the electric drive, and on the other hand, an expansion of the scope of application due to the possibility of rotational motion.

Claims

An electric tracking drive with a drum-roller actuator containing power amplifiers, a position sensor with an instrument gearbox and a drive unit, characterized in that the drive unit contains a base, a motor, a flexible tape wound on the drums, contact bearings are located in contact with the drums, fixed on balancers that are connected to the steering plane using a rotating element rack, while the rotating element rack is rigidly connected to the steering plane, which in turn is fixed on the axis on which the steering plane position sensor is installed, while the first gear is installed on the electric motor shaft, mechanically connected to the second and third gears, rotating in opposite directions, and an additional block of fourth and fifth gears is installed on the shaft of the third gear, as well as a damper to smooth out the negative influence of gearbox play, taking into account external disturbances.