CZ2011286A3 - Hemisférický pozicionér - Google Patents

Abstract

Hemisférický pozicionér pro naklápení a natácení prístroju opatrených propojovacími kabely (18) umístenými v trubce (17) pevne pripojené k rámu (1) a koncovým drzákem (15). K trubce (17) je otocne pripojen pohybový sroub (4) uchycený axiálne a otocne v rámu (1) a opatrený ozubeným kolem (3), které je v záberu s dalsím ozubeným kolem (3) servomotoru (M1), a maticí (5), zajistenou proti pootocení vedením (6). Na matici (5) je axiálne ulozena výsuvná trubka (7), spojená suvne a vzájemne neotocne s otocnou podstavou (8), která je axiálne i radiálne ulozena v rámu (1) a je pres snekový prevod (9) a kuzelové soukolí (10) propojena s dalsím servomotorem (M2). K otocné podstave (8) jsou ve smeru osy výsuvné trubky (7) pevne uchycena dve kloubová oka (11) propojená vidlicemi (12) s unásecem (13) koncového drzáku (15). Unásec (13) koncového drzáku (15) je spojen táhlem (14) s výsuvnou trubkou (7) a koncový drzák (15) je spojen s rámem (1) pomocí vlnovce (16) a trubky (17).

Description

Hemisférický pozicionér

Oblast techniky

Technické řešení se týká hemisférického pozicionéru pro naklápění a natáčení přístrojů · · ’ opatřených propojovacími kabely, umístěnými v trubce připojené k rámu a'koncovém držáku -'‘^Λpro přesné polohování komunikační tni anténami kamerami či jiných měřících a sledovacích zařízení.

Dosavadní stav techniky

Pro polohování komunikačních antén např. pro sledování létajících prostředků je výhradně používán systém dvou sériově řazených os natáčení-naklápění - v angličtině známé jako Pan-Tilt. Osa Pan realizuje natáčení kolem svislé osy a určuje tedy azimut výsledné polohy. Druhá osa,Tilt,realizuje kyvný pohyb kolem vodorovné osy a určuje elevaci,tj. úhlové vychýlení od vodorovné roviny.

Rozsah pohybu osy Pan je většinou 0 až 360° s nutností přetočení při přechodu z 360° na 0°_ť nebo tzv. kontinuální^ umožňující nekonečný počet otáček. Nevýhoda první varianty spočívá právě v nutném přetočení po jedné otočce. Během přetáčení pozicionér směřuje jiným směrem, než je požadováno. Tento stav se minimalizuješ/na co nej kratší dobu maximální rychlostí pohybu, s čímž jsou spojeny velké nároky na pohon a uložení celého zařízení. Druhá varianta sice umožňuje kontinuální otáčení, ale to přináší problém s možností zamotání či poškození kabelů vedoucích k pohonu druhé osyi Tilti případně k anténám, kameře či jiným . . ' 7 zařízením umístěných na pozicionéru. Jedinou možností řešení je pak použití rotačních kontaktů. Pro vysokofrekvenční signály připadají v úvahu jen rtuťové rotační kontakty, jejichž cena je značně vysoká, zejména pro více kanálové anténní rotační kontakty. Pro přenos napájení a nízkofrekvenčních signálů postačují rotační kontakty na principu stíracích kroužků, ovšem jejich spolehlivost a životnost ve venkovním prostředí je omezená.

Rozsah pohybu osy Tilt je zpravidla 0 až 90° nebo 0 až 180°. Naklápění v rozsahu 0 až 180° spolu s plným rozsahem natáčení 0 až 360° zahrnuje duplicitní nastavení, kdy jedné • · · · • * . í · · * » * I·** • * · 4 · » ····« * · * polohy lze dosáhnout dvěma způsoby nastavení jednotlivých os. Z hlediska ovládání a řízení je tento systém výrazně komplikovanější, ale přináší výhodu rychlé manipulace v polohách kolem 90° náklonutTílt),

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny hemisféríckým pozicionérem pro naklápění a natáčení přístrojů opatřených propojovacími kabely, umístěnými v trubce připojené pevně k rámu_řa koncovým držákem, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že k trubce je otočně připojen pohybový šroub, uchycený axiálně a otočně v rámu a opatřený ozubeným kolem, které je v záběru s ozubeným kolem servomotoru, a maticí, zajištěnou proti pootočení vedením. Na matici je axiálně uložena výsuvná trubka spojená suvně a vzájemně neotočně s otočnou podstavou, která je axiálně i radiálně uložena v rámu a je přes šnekový převod a kuželové soukolí propojena s dalším servomotorem. K otočné podstavě jsou ve směru osy výsuvné trubky pevně uchycena dvě kloubová oka, propojená vidlicemi s unášečem koncového držáku. Unášeč koncového držáku je spojen táhlem s výsuvnou trubkou a koncový držák je spojen s rámem pomocí vlnovce a trubky.

Vidlice jsou s výhodou orientovány tak, že jejich společná osa otáčení je kolmá k svislé ose zařízení a protíná jí. Táhlo je rotačně uloženo na obou svých koncích. V unášečí je axiálně i radiálně uložen koncový držák pro montáž požadovaných zařízení.

Podstatou vynálezu je konstrukční řešení hcm i sférického pozicionéru s paralelním uspořádáním pohonů. Hlavní výhodou konstrukce zařízení je uspořádání pohonů paralelně, což znamená, že jednotlivě servomotory jsou uchyceny k rámu zařízení a jsou nezávislé co do řízení i do mechanického účinku na výslednou polohu pozicionéru. Jedním servomotorem je řízen náklon Tilt a druhým natáčení Pani. Z hlediska ovládání zůstává tak zachována jednoduchost stávajících řešení s možností neomezeného otáčení. Výhodou předkládaného řešení je absence rotačních kontaktů pro přívod napájení pohonů. Servomotory jsou upevněny k rámu, který nevykonává žádný pohyb. Zároveň je celé zařízení vybaveno průchozím otvorem ^: / v ose, kterým lze vést další potřebné kabely k anténám a jiným zařízením umístěných na pozicionéru aniž by hrozilo jejich překroucení či jiné poškození. Kabely nevykonávají žádný rotační pohyb a mohou být pevně připojeny k rámu zařízení.

Konstrukce se vyznačuje kompaktností a velkou tuhostí. Při stejné velikosti jako stávající řešení umožňuje pozicionér lOx větší zatížení. Lze dosáhnout vysoké přesnosti polohovém až 0,01°. Rozsah pohybů zahrnuje celou vrchní polokouli s možností o rozšíření náklonu o záporné úhly až -30°.

Kompaktnost konstrukce umožňuje provést zařízení se stupněm krytí IP65. Zařízení je tak možné použít pro venkovní nasazení v nepřetržitém provozu. Čistý vnější tvar zařízení ve formě válce o konstatním průměru dodává zařízení jednoduchý design, snižuje riziko mechanického poškození při manipulaci, neboť neobsahuje žádné přečnívající části, a umožňuje velice tuhé uchycení k rámu.

Oba pohony jsou samosvomé, tudíž nedochází k přenosu rázových zatížení na servopohon. Zařízení i při vypléni napájení drží poslední danou polohu a odolává stejným podmínkám jako při provozu.

Konstrukce zařízení neobsahuje ^žádné technologicky náročné prvky. Výrobu jednotlivých dílů lze realizovat na standardních obráběcích strojích, což má za následek snížení nákladů na výrobu a tím i cenu samotného zařízení.

Objasnění obrázku na výkresech

Hemisférický pozicionér pro naklápění a natáčení přístrojů pude podrobněji popsán na ' ''ťř konkrétním příkladu provedení s pomocí přiloženého výkresu, kdeáia/óK^Eje znázorněno^-' v nárysu v řezu příkladné řešení.

V j - v

Příklady uskutečnění technického řešení·

Příklad provedení popisuje přiložený výkres. Servomotor Ml je upevněn v rámu 1 a osazen dalším ozubeným kolem 2, které spolu zabírá s ozubeným kolem 3. Kroutící moment se tak přenáší na pohybový šroub 4, jenž je axiálně a otočně uložen v rámu 1_ a převádí tak rotační pohyb na posuvný přes matici 5, která je zajištěna proti pootočení vedením 6. Na matici 5 je axiálně uložena výsuvná trubka 7 vykonávající- stejný axiální pohyb jako matice 5,-a která je zároveň unášena otočnou podstavou 8. Otočná podstava 8 je axiálně i radiálně uložena v rámu 1 a je poháněna pres šnekový převod 9 a kuželové soukolí 10 servomotorem M2. Servomotor M2 je upevněn v rámu 1. K otočné podstavě 8 jsou ve směru osy výsuvné trubky 7 pevně uchycena dvě kloubová oka 11 propojená přes vidlici 12 s unášečem 13. Vidlice 12 jsou orientovány tak, že jejich společná osa otáčení je kolmá k svislé ose zařízení a protíná ji. Kyvný pohyb unášeče 13 je způsoben vysouváním výsuvné trubky 7, která je s unášečem 13 spojena táhlem 14. Táhlo 14 je rotačně uloženo na obou koncích. V unášeči 13 je axiálně i radiálně uložen koncový držák 15, na který se montují požadovaná zařízení - kamera, antény aj. Koncový držák 15 je zároveň spojen s rámem 1_ pomocí vlnovce 16 a trubky 17. Vlnovec 16 umožňuje naklápění vrchní sestavy koncového držáku 15 a unášeče 13, ale zároveň brání pootočení koncového držáku 15 vůči rámu.

Celé zařízení disponuje průchozím otvorem okolo osy, kterým je možné vést nejrůznější kabely 18 bez nebezpečí jejich překroucení či poškození během provozu pozicionéru. Není tedy nutné používat rotačních kontaktů. Rozsah naklápění(Tilt)je standardně 0 až 90°, kdy 0° odpovídá vodorovné poloze a 90° svislé poloze nahoru. Jinou volbou délek ramen lze dosáhnout většího rozsahu -30° až 120°. Rozsah otáčení( Pan/není nijak omezen a umožňuje tedy libovolný počet otočení.

Rozměry zařízení jsou určeny zejména světlostí průchozího otvoru pro kabely a dále

X pak potřebným rozsahem naklápění ;Τϋή, Rychlost pohybů je určena rychlostí pohybu sledovaného objektu v našem případě vzducholodě. Pro vnitřní průměr 20 mm, což je průměr umožňující průchod 4 kabelů o průměru 8mm, a rozsah naklápění 0 ažJt 90° jsou vnější rozměry a další paramery zařízení následující:

Max. průměr........................................ 150mm

Výška.................................................. 400mm

Hmotnost10 kg

Příkon..................................................100W

Rychlost otáčení Pan...............................5 ot/min

Rychlost naklápění Tilt......................... 10 s/90°

Max. zatížení..........................................5 kg • ♦ 4 · • ♦ « · ·· * > « 4« »««·»« · · *·*·«* « «Λ ¥ · · « V · t>

I Μ · · ♦ · 4 4 * 4 Λ 4 «

Zařízení je vyrobeno výhradně z korozivzdomých materiálů - slitiny hliníku a nerezové oceli, zároveň je opatřeno vnějším nepromokavým obalem, kvůli předpokladu jeho nasazení či skladování i ve zhoršených podmínkách. Uložení pohyblivých části je provedeno valivými ložisky s cílem minimální nutnosti údržby a dlouhé životnosti zařízení.

Hemisférický pozicionér je možné použít pro sledování bezpilotních létajících prostředků, jako jsou letadla, vzducholodě, vrtulníky a podobně, jako nosič komunikačních antén na pozemní řídicí stanici nebo umístěné na řídicím vozidle. Zařízení polohuje anténamř na základě vlastní GPS polohy a GPS polohy létajícího prostředku tak, že směřují vždy na létající prostředek. Je-li anténa umístěna na vozidle, které se pohybuje, je třeba kompenzovat náklony a změnu směru jízdy vozidla.

Průmyslová využitelnost

Hemisférický pozicionér pro naklápění a natáčení přístrojů opatřených propojovacími » í» kabely podle tohoto vynálezu je určen pro přesné polohování komunikačními¹· anténanú·, kameramr či jiných měřicích a sledovacích zařízení.

Claims (4)

1. Hemisférický pozicionér pro naklápění a natáčení přístrojů opatřených propojovacími kabely (18\ umístěnými v trubce (17) pevně připojené k rámu (1) a koncovým držákem (15), vyznačující se tím, že k trubce (17) je otočně připojen pohybový šroub (4) uchycený axiálně a otočně v rámu (1) a opatřený ozubeným kolem (3), které je v záběru s dalším ozubeným kolem (2) servomotoru (Ml),a maticí (5), zajištěnou proti pootočení vedením (6), na matici (5) je !

axiálně uložena výsuvná trubka (7), spojená suvně a vzájemně neotočně s otočnou podstavou (8), která je axiálně i radiálně uložena v rámu (1) a je přes šnekový převod (9) a kuželové soukolí (10) propojena s dalším servomotorem (M2), přičemž k otočné podstavě (8) jsou ve směru osy výsuvné trubky (7) pevně uchycena dvě kloubová oka (11) propojená vidlicemi (12) s unášečem (13) koncového držáku (15) a unášeč (13) koncového držáku (15) je spojen táhlem (14) s výsuvnou trubkou (7) a koncový držák (15) je spojen s rámem (1) pomocí vlnovce (16) a trubky (17).

2. Hemisférický pozicionér podle nároku 1, vyznačující se tím, že vidlice (12) jsou orientovány tak, že jejich společná osa otáčení je kolmá k svislé ose zařízení a protíná ji.

3. Hemisférický pozicionér podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že táhlo (14) je rotačně uloženo na obou svých koncích.

4. Hemisférický pozicionér podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že v unášeči (13) je axiálně i radiálně uložen koncový držák (15) pro montáž požadovaných zařízení.