CS260348B1

CS260348B1 - Angular position scanner

Info

Publication number: CS260348B1
Application number: CS872190A
Authority: CS
Inventors: Vladimir Geyer; Jozef Babics
Original assignee: Vladimir Geyer; Jozef Babics
Priority date: 1987-03-30
Filing date: 1987-03-30
Publication date: 1988-12-15
Also published as: CS219087A1

Abstract

Riešenie sa týká snímača uhlovej polohy, určeného hlavně na snímanie uhlovej polohy konečného ramena manipulátora alebo robota. Podstatou riešenia je, že pozostáva zo zotrvačníka, uloženého v kardanovom závěse otočné okolo osi z a x. Na držiaku zotrvačníka je upevněná sklená doska opatřená po obvode indikačnou stupnicou tvořenou striedavo priesvitnými a nepriesvitnými políami. Na vidlici kardanového závěsu jo v držiaku upevněný snímací element pre snímanie polohy voči osi x.The solution relates to the angular position sensor, intended mainly for angular position sensing the final arm of the manipulator; \ tor. \ t robot. The essence of the solution is that it consists from a flywheel mounted in a cardan suspension rotating about the z and x axes. On the flywheel holder the glass plate is fixed circumferentially indicating scale alternately translucent and opaque fields. Yeah, on the cardan suspension fork sensing element for sensing in the holder position relative to the x axis.

Description

Vynález sa týká snímača uhlovej polohy, umožňujúceho merať uhlové natočenie meraného elementu v osiach x a z voči vodorovnej rovině.The present invention relates to an angular position sensor for measuring the angular rotation of the element to be measured in the x and z axes relative to the horizontal.

V súčasnosti je známých niekoiko riešení snímačov k odmeriavaniu uhlov. Například rotačný pulzný snímač, ktorý je určený pre převod informácií o vzájomnej polohe dvoch mechanických celkov, je konstrukčně riešený tak, že jedna časť snímača je tvořená statorom, ktorý musí byť pevne spojený s jednou, nepohyblivou častou mechanického celku. V tejto časti snímača je uložený vysielač a přijímač světelného toku. Na druhej časti snímača na rotore, ktorý je spojený s druhou, pohyblivou častou stroja, je odmeriavací kotúč. Vzájemným natáčaním mechanických celkov sú voči sebe natáčané časti snímača, rotor aj stator, a tým je indikovaný uhol ich vzájomného natočenia. Obdobnéj konštrukcie sú aj ďalšie rotačně pulzné snímače. Ďalej sú snímače uhlu na principe magnetického póla, indukčnostné snímače.At present, several sensor solutions for measuring angles are known. For example, a rotary pulse transducer, which is intended to transmit information about the relative position of two mechanical assemblies, is designed such that one part of the transducer is formed by a stator which must be firmly connected to one, stationary part of the mechanical assembly. This part of the sensor houses the luminous flux transmitter and receiver. On the second part of the sensor on the rotor, which is connected to the second, movable part of the machine, is a metering disk. By rotating the mechanical units relative to each other, the sensor parts, the rotor and the stator are rotated with respect to each other, and thus the angle of their relative rotation is indicated. Other rotary pulse sensors are of similar construction. Furthermore, angle sensors based on the magnetic pole principle are inductive sensors.

Všetky tieto snímače majú ten nedoslatok, že potrebujú dva mechanické celky, medzi ktorými sú schopné zaznamenávat uhol natočenia. Ak sa snímá uhlová poloha ramena manipulátora alebo robota, zloženého z viacerých navzájom otočných ramien, je nutné snímač uhlovej polohy umiestniť do kibu každého ramena, a uhlová poloha posledného ramena sa zisťuje zložením jednotlivých uhlov, o ktoré sú ramená navzájom pootočené.All these sensors have the shortcoming that they need two mechanical units between which they are able to record the angle of rotation. If the angular position of the arm of a manipulator or robot composed of multiple pivot arms is sensed, the angular position sensor must be placed in the kib of each arm, and the angular position of the last arm is determined by the composition of the individual angles by which the arms are rotated.

Uvedené nedostatky odstraňuje snímač uhlovej polohy podlá vynálezu, ktorého podstatou je, že pozostáva zo zotrvačníka, ktorý je uložený v kardanovom závese otočné voči osiam x a z. Přitom na vidlici kardanového závěsu je v prvom držiaku upevněný snímací element pre snímanie polohy voči osi z, na držiaku zotrvačníka je upevněná sklená doska kruhového tvaru opatřená po obvode indikačnou stupnicou tvořenou striedavo priesvitnými a nepriesvitnými poliami.The aforementioned drawbacks are overcome by the angular position sensor according to the invention, which consists in that it consists of a flywheel which is mounted in a cardan hinge rotatable relative to the x and z axes. In this case, a sensing element for sensing the position relative to the z-axis is mounted in the first bracket in the first bracket, and a circular glass plate is mounted on the flywheel bracket and is provided with an indicator scale consisting of alternately translucent and opaque fields.

Vidlica kardanového závěsu je pevne spojená so sklenou doskou kruhového tvaru, opatrenou po obvode indikačnou stupnicou a je uložená okolo osi x v stojane, ktorý je opatřený držiakom snímacieho elementu pri snímanie polohy voči osi x.The cardan joint fork is rigidly connected to a circular glass plate, provided circumferentially with an indicating scale, and is mounted around the x-axis in a stand provided with a sensor element holder for sensing the position relative to the x-axis.

Výhodou snímača uhlovej oplohy podlá vynálezu je, že umožňuje nepřetržíte sledovat uhlovú polohu meraného elementu, například konečného člena manipulátora alebo robota, a to v dvoch osiach x a z voči vodorovné] rovině. Přitom nevyžaduje pevné spojenie s nepohyblivou častou mechanického celku v důsledku využitia gyroskopického efektu.An advantage of the angular wafer sensor according to the invention is that it allows to continuously monitor the angular position of the measured element, for example the final member of the manipulator or the robot, in two axes x and z relative to the horizontal plane. However, it does not require a firm connection with the stationary part of the mechanical assembly due to the gyroscopic effect.

Na priloženom výkrese je znázorněný snímač podía vynálezu, a to na obr. 1 v náryse a na obr. 2 v půdoryse.In the accompanying drawing, a sensor according to the invention is shown in FIG. 1, and FIG. 2 in plan view.

Snímač podta vynálezu, ako je znázorněný na obr. 1 a obr. 2 pozostáva zo zotrvačníka 1 s pohonom vysokokotúčovým elektroinotorom, ktorý vytvára základný stabilný člen snímača, Zotrvačník 1 je uložený v kardanovom závese 2 otočné voči osiam x a z. Na vidlici kardanového závěsu 2 je upevněný držiak 3 snímacieho elementu 4 pre snímanie uhlovej polohy voči osi z, ktorý može byť tvořený například dvoma dvojicami LED-diód a fototranzistorov. Na držiaku zotrvačníka 1 je upevněná skleněná doska 5, ktorá má po obvode indikačnú stupnicu tvorenú striedavo priesvitnými a nepriesvitnými poliami. Vidlica kardanového závěsu 2 je uložená v stojane fi otočné voči osi x. Na vidlici kardanového závěsu 2 je upevněná ďalšia skleněná doska 7 s indikačnou stupnicou tvořenou striedavo priesvitnými a nepriesvitnými poliami. Na stojane 6 je v držiaku 8 upevněný snímací element 3 pre snímanie uhlovej polohy voči osi x, tvořený opat například dvnma dvojicami LED-diód a fototranzistorov.The sensor of the invention as shown in FIG. 1 and FIG. 2 consists of a flywheel 1 driven by a high-speed electric motor, which forms a basic stable sensor member. The flywheel 1 is mounted in a cardan hinge 2 rotatable relative to the x and z axes. The holder 3 of the sensing element 4 for detecting the angular position with respect to the z-axis, which can be formed, for example, by two pairs of LEDs and phototransistors, is fastened to the fork of the cardan suspension 2. Mounted on the flywheel holder 1 is a glass plate 5 having a circumferential scale of alternating translucent and opaque fields perimeter. The fork of the cardan suspension 2 is mounted in a stand fi rotatable with respect to the x axis. A further glass plate 7 with an indicating scale consisting of alternately translucent and opaque fields is mounted on the fork of the cardan suspension 2. A sensor element 3 for detecting the angular position with respect to the x-axis is formed on the stand 6 in the holder 8, consisting, for example, of two pairs of LEDs and phototransistors.

Činnost snímača podlá vynálezu je nasledovná, Zotrvačník 1 sa vysokootáčkovým elektrorotorom roztočí na pracovně otáčky. Po uvolnění je stále udržiavaný vo vodorovnej polohe. Túto polohu zaísfujň gyroskopické momenty, ktoré sa vytvoria v případe, že by bol zotrvačník 1 z rovnovážnej polohy vychýlený. Pri natočení ramena manipulátora alebo robota, na ktorom je snímač uhlovej polohy upevněný o určitý uhol β dochádza aj k natočeniu kardanového závěsu 2 zotrvačníka 1 a spolu s ním aj k natočeniu držiaka 3 snímacieho elementu 4 pre snímanie polohy voči osi z. Zotrvačník 1 vplyvom gyroskopických momentov zostáva vo vodorovnej polohe a unáša aj sklenenú doštičku 5 s indikačnou stupnicou. Tým dochádza k relativnému pohybu medzi snímacím elementom 4 a indikačnou stupnicou na sklenenej doštičke 5. Pretože skleněná doštička 5 má na obvode indikačnú stupnicu, ktorú tvoria striedavo priesvitné a nepriesvitné polia, dochádza k prerušovaniu světelného lúča vysielaného LED-diódou a zaznamenáváním počtu přerušení prijímačora tvořeným fototranzistorom.The operation of the sensor according to the invention is as follows: The flywheel 1 is rotated to a working speed by a high-speed electric motor. When released, it is still held in a horizontal position. This position is provided by the gyroscopic moments that occur if the flywheel 1 is deflected from the equilibrium position. When the arm of the manipulator or the robot is rotated, on which the angular position sensor is fixed by an angle β, the gimbal joint 2 of the flywheel 1 is also rotated and together with it rotates the holder 3 of the sensing element 4 for position sensing relative to the z axis. Due to gyroscopic moments, the flywheel 1 remains horizontal and also carries the glass plate 5 with the indicating scale. This causes relative movement between the sensing element 4 and the indicator scale on the glass plate 5. Since the glass plate 5 has an indicator scale on its periphery consisting of alternately translucent and opaque fields, the light beam emitted by the LED diode is interrupted and the number of receiver interruptions is recorded. phototransistor.

Určitému uhlu β zodpovedá teda aj určitý počet přerušení světelného lúča, z čoho sa stanoví velkost uhla β. Pri natočení výstupnej hlavice manipulátora, alebo robota okolo osi x dochádza k rovnakému procesu na snímačom elemente 9 pre snímanie natočenia okolo osi x. Zariadenie v závislosti od vyhodnocovacieho člena zaznamenává súčasne uhlovú polohu v osiach x a z.Thus, a certain number of light beam interruptions corresponds to a certain angle β, from which the angle β is determined. When the output head of the manipulator or robot is rotated about the x-axis, the same process occurs on the sensor element 9 for sensing the rotation about the x-axis. Depending on the evaluation member, the device simultaneously records the angular position in the x and z axes.

Snímač podía vynálezu možno využiť pri snímaní uhlovej polohy konečného člena manipulátora alebo robota, ako aj iných eletnentov, v dvoch osiach voči vodorovnej rovině.The sensor according to the invention can be used to sense the angular position of the final member of the manipulator or the robot, as well as of the other elements, in two axes relative to the horizontal plane.

Claims

SUBJECT

Angular position sensor, characterized in that p consists of a flywheel (1) which is mounted in a gimballed hinge (2) rotatable relative to the axes (x, z), and is mounted on the gimbaled hinge fork (2) in the first bracket (3) a sensing element (4) for sensing the position of the axes (z), a circular glass plate (5) is mounted on the flywheel holder (1) and is circumferentially mounted on the periphery

BACKGROUND OF THE INVENTION A scale consisting of alternately translucent and opaque fields, the propeller hinge fork (2) is rigidly connected to a circular glass plate (7) provided with an indicator scale circumferentially and rotatable about an axis (x) in the stand (6) provided. holder (8) of the sensing element (9) for sensing the position relative to the axis (x).

1 sheet of drawings ·