CZ23574U1 - Hemisférický pozicionér - Google Patents

Description

Hemisférícký pozicionér

Oblast techniky

Technické řešení se týká hemisférického pozicionéru pro naklápění a natáčení přístrojů, opatřených propojovacími kabely, umístěnými v trubce, připojené k rámu, a koncovým držákem, pro přesné polohování komunikačních antén, kamer či jiných měřicích 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 známých 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 výsledné polohy od vodorovné roviny.

Rozsah pohybu osy natáčení (Pan) je většinou 0 až 360° s nutností přetočení pri přechodu z 360° na 0° nebo tzv. kontinuální, umožňující nekonečný počet otoček. Nevýhoda první varianty spočívá právě v nutném přetočení po jedné otočce. Během přetáčení pozicionér směřuje jiným směrem, než je požadováno. Tento stav se minimalizuje, na co nejkratší 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 osy (Tilt), příkladně k anténám, kameře či jiným zařízením, umístěným 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 vícekanálové 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 naklápění (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 polohy lze dosáhnout dvěma způsoby nastavení jednotlivých os. Z hlediska ovládání a řízení je tento systém výrazně komplikovanější, ale přináší výhodu v rychlé manipulaci v polohách kolem 90° náklonu (Tilt).

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny hemisférickým pozicionérem pro naklápění a natáčení přístrojů, opatřených propojovacími kabely, umístěnými v trubce, pevně připojené k rámu, a koncovým držákem, podle tohoto technického řešení. 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 dalším 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 ji. Táhlo je rotačně uloženo na obou svých koncích. V unášeči je axiálně i radiálně uložen koncový držák pro montáž požadovaných zařízení.

Podstatou technického řešení je konstrukční řešení hemisférického pozicionéru s paralelním uspořádáním pohonů. Hlavní výhodou konstrukce zařízení je uspořádání pohonů paralelně, což znamená, že jednotlivé servomotory jsou uchyceny k rámu zařízení a jsou nezávislé co do řízení i

-1 CZ 23574 Ul co do mechanického účinku na výslednou polohu pozicionéru. Jedním servomotorem je řízen náklon (Tilt) a druhým natáčení (Pan). 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, umístěným 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 10* větší zatížení. Lze dosáhnout vysoké přesnosti polohování, až 0,01°. Rozsah pohybů zahrnuje celou vrchní polokouli s možností 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 konstantním 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 vypnutém 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.

Přehled obrázků na výkresech

Hemisférický pozicionér pro naklápění a natáčení přístrojů bude podrobněji popsán na konkrétním příkladu provedení s pomocí přiloženého výkresu, kde na obr. 1 je znázorněno v nárysu v řezu příkladné řešení.

Příklady provedení technického řešení

Příklad provedení popisuje přiložený výkres. Servomotor Ml je upevněn v rámu laje osazen 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 a převádí tak rotační pohyb na posuvný pohyb přes matici 5, která je zajištěna proti pootočení vedením 6. Na matici 5 je axiálně uložena výsuvná trubka 2, vykonávající rovněž axiální pohyb jako matice 5 a která je navíc zároveň unášena otočnou podstavou 8. Otočná podstava 8 je axiálně i radiálně uložena v rámu I a je poháněna přes šnekový převod 9 a kuželové soukolí 10 servomotorem M2. Servomotor M2 je upevněn v rámu i. K otočné podstavě 8 jsou ve směru osy výsuvné trubky 7 pevně uchycena dvě kloubová oka li, propojená přes vidlici 12 s unášečem 13. Vidlice 12 jsou orientovány tak, že jejich společná osa otáčení je kolmá k svislé ose zařízení a protínají. Kyvný pohyb unášeče 13 je způsoben vysouváním výsuvné trubky 7, která je s unášečem [3 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 i 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

-2CZ 23574 Ul 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 pak potřebným rozsahem naklápění (Tilt). Rychlost pohybů je určena rychlostí pohybu sledovaného ob5 jektu, v našem případě vzducholodě. Pro vnitřní průměr 20 mm, což je průměr, umožňující průchod 4 kabelů o průměru 8 mm, a rozsah naklápění 0 až 90° jsou vnější rozměry a další parametry zařízení následující:

Max. průměr 150 mm

Výška 400 mm io Hmotnost 10 kg

Příkon 100 W

Rychlost otáčení (Pan) 5 ot/min

Rychlost naklápění (Tilt) 10 s/90°

Max. zatížení 5 kg.

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

Hemisférický pozicionér je možné použít pro sledování bezpilotních létajících prostředků, jako

2o jsou letadla, vzducholodě, vrtulníky a podobně, jako nosič komunikačních antén na pozemní řídicí stanici nebo umístěné na řídicím vozidle. Zařízení polohuje anténami 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 kabely, podle tohoto technického řešení, je určen pro přesné polohování komunikačních antén, kamer či jiných měřicích a sledovacích zařízení.

Claims (4)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   30 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, žek 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)

   35 je axiálně uložena výsuvná trubka (7), spojená suvně a vzájemně neotoěně 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 unášeěem (13) koncového držáku (15), a unášeč (13) koncového držáku (15) je spojen táhlem (14) s výsuv40 nou trubkou (7) a koncový držák (15) je spojen s rámem (1) pomocí vlnovce (16) a trubky (17).
2. 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.

   -3CZ 23574 Ul
3. 3. Hemisférický pozicionér podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že táhlo (14) je rotačně uloženo na obou svých koncích.
4. 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.