CZ303710B6 - Kloub pro naklápení a natácení prístroju - Google Patents

Abstract

Kloub pro naklápení a natácení prístroju opatrených propojovacími kabely (15), umístenými v dutých hrídelích (8, 14) spojených kulovým loziskem, pripojený k rámu (1). V rámu (1) je otocne ulozena dutá hrídel (8) opatrená na svém konci objímkou (10) kulového loziska propojenou se zahnutou dutou hrídelí (14). Na hrídeli (8) je upevneno pevné ozubené kolo (5), které je v záberu s ozubeným kolem (4) servomotoru (3), dále je na hrídeli (8) rotacne ulozeno druhé ozubené kolo (7), které je v záberu s dalsím ozubeným kolem (6) dalsího servomotoru (2), a dále upevneno kuzelové ozubené kolo (9), které je v záberu s dalsím kuzelovým ozubeným kolem (11), pripevneným k zahnuté duté hrídeli (14). K druhému ozubenému kolu (7) je pevne pripojena naklonená rovina (12) opatrená na svém konci loziskem (13), ve kterém je ulozena zahnutá dutá hrídel (14). Servomotor (3) a dalsí servomotor (2) jsou propojeny s rídicím centrem pro naklopení konce zahnuté duté hrídele (14) v úhlovém rozsahu 0 az 2.alfa. na vsechny strany, pricemz .alfa. je úhel, který svírá osa první cásti zahnuté duté hrídele (14), prilehlé k duté hrídeli (8), s osou této duté hrídele (8).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká kloubu pro naklápění a natáčení přístrojů opatřených propojovacími kabely, umístěnými v dutých hřídelích spojených kulovým ložiskem. Předkládané řešení kloubu je určeno pro konstrukce naklápění s pohonnými jednotkami, komunikačními anténami, či měřícími zařízeními bez nutnosti použití rotačních kontaktů.

Dosavadní stav techniky

V běžných konstrukcích se kloub realizuje několika způsoby.

Jednou z nejčastějších konstrukcí je použití kulového ložiska, např. řada GEH firmy SKF, kdy se upevní vnější kroužek ložiska v rámu a do koule se upevní naklápějící se hřídel. Výhodné je, že není nutné použít rotační kontakt. Nevýhodou tohoto řešení je malý úhel naklopení - pro sériově vyráběná ložiska nepřesahuje 25 °C, dále možnost protočení koule ve vnějším kroužku kolem osy ložiska. Další nevýhodou je obtížná konstrukce řízení přesné polohy naklopení.

Další velmi běžná konstrukce je Kardanův závěs. Zde jsou jednotlivé osy naklopení od sebe odděleny, řazeny sériově a každou osu naklopení řídí vlastní servomotor. Jedna osa naklopení realizuje kyvný pohyb nahoru - dolů a druhá osa naklopení realizuje kyvný pohyb doprava

- doleva. Výhodné je, že není nutné použít rotační kontakt. Nevýhodou tohoto řešení je sériové řazení servopohonů a z toho vyplívající nízká tuhost konstrukce. Konstrukce bývá dosti složitá a těžká. Rovněž je konstrukčně problematické dosáhnout velkých úhlů naklopení od středové osy závěsu.

3o Pro směrování antén či doh ledových kamer se používá zpravidla systému „Pan - Tilt“. Pomocí osy otáčení „Pan“ se určuje azimut natočení pohledu kamery a pomocí osy kyvu „Tilt“ se určuje sklon pohledu kamery od středové osy. Nevýhodou této konstrukce je nutnost použití rotačních kontaktů, kvůli riziku překroucení kabelů. Navíc musí být přes rotační kontakt napájen i servopohon osy „Tilt“, protože se jedná o sériově zařazený pohon, který se otáčí podle osy „Pan“. Tím můžou vznikat různé interference na rotačním kontaktu, kde jsou vedeny rovněž signály pro obraz, či vysokofrekvenční antény.

V poslední době se začínají využívat pro naklápění různé paralelní mechanismy. Mezi hlavní výhody těchto konstrukcí patří rychlost pohybu a tuhost konstrukce. Na druhou stranu se tyto mechanismy spíše řadí do kategorie robotů, než kloubu. Nevýhodou těchto konstrukcí je vysoká kinematická i konstrukční složitost.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje kloub pro naklápění a natáčení přístrojů opatřených propojovacími kabely, umístěnými v dutých hřídelích, spojených kulovým ložiskem, připojený k rámu, podle tohoto vynálezu, jehož podstatou je to, že v rámuje otočně uložena dutá hřídel opatřená na svém konci objímkou kulového ložiska propojenou se zahnutou dutou hřídelí. Na hřídeli je pevně upevněno ozubené kolo, kteréje v záběru s ozubeným kolem servomotoru. Dále je na hřídel rotačně uložené ozubené kolo, kteréje v záběru s ozubeným kolem dalšího servomotoru, a dále je k hřídeli pevně připojeno kuželové ozubené kolo, které je v záběru s kuželovým ozubeným kolem, připevněným k zahnuté duté hřídeli. K ozubenému kolu je pevně připojena nakloněná rovina, opatřená na svém konci ložiskem, ve kterém je uložena zahnutá dutá hřídel.

- 1 CZ 303710 B6

Servomotor a další servomotor jsou s výhodou spojeny s pevným rámem. Servomotor a další servomotor jsou ve výhodném provedení propojeny s řídicím centrem pro naklopení konce zahnuté duté hřídele v úhlovém rozsahu 0 až 2a na všechny strany, přičemž α je úhel, který svírá osa první Části zahnuté duté hřídele, přilehlé k duté hřídeli, s osou této duté hřídele.

Největší výhodou této konstrukce je, že se získává dvojnásobný úhel naklopení. Prakticky se dá dosáhnout i naklopení zahrnující celou polokouli.

U této konstrukce kloubu je možné oba servomotory upevnit na rám. Tím je odstraněna nevýhoda vedení napájení servomotorů přes rotační kontakty.

Pohony kloubu jsou jak mechanicky, tak matematicky, řazeny paralelně. To znamená, že pro změnu polohy je nutno zásahu obou servomotorů. Jejich pohyby jsou svázané. Pro nastavení správné polohy a jednoduché intuitivní ovládání operátorem - člověk si umí představit pouze „nahoru-dolů-doprava-doleva”, nebo „pan-tilt“ - je třeba přepočítat tyto náklony na správné polohy servomotorů přes řídicí jednotku.

Neobjevuje se zde protočení koule kulového ložiska. Každá poloha je jasně definovaná a nedochází k pootočení naklápějící se roviny vůči základnímu rámu. Konstrukce se vyznačuje vysokou tuhostí, malou hmotností a malými zástavbovými rozměry. Díky konstrukčnímu uspořádání nejsou servomotory namáhány přímo a po vhodném zpřevodování lze dosáhnout samosvomého a rychlého řízení polohy kloubu.

Kloub je velmi vhodný pro přesné polohování objektu v prostoru, kde je požadována vysoká tuhost a rychlost polohování. Konstrukce kloubu vykazuje rovněž velmi příznivý poměr zatížení ku vlastní hmotnosti kloubu.

Díky konstrukční jednoduchosti - většina součástí lze vyrobit jednoduchými operacemi, standardními technologiemi, je dosaženo nízkých nákladů na výrobu kloubu. Díky originální konstrukci je kloub jasně rozpoznatelný od jiných ostatních řešení. Otevírá tak nové možnosti designu konstrukce kulových kloubů.

Všechny hlavní součásti kloubu jsou jednoduché a masivní a tudíž lze očekávat dlouhou životnost kloubu, pří dodržení správných konstrukčních postupů. Kloub pak najde využití v mnoha oblastech techniky, jako např. polohování antén, polohování přístrojů v terénních podmínkách, použití ve zhoršených podmínkách, jako je vlhko, prašné prostředí, vibrace, rázy, atd., robotické systémy, nepilotované létající objekty, atd.

Přehled obrázků na výkrese

Kloub 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 vynálezu

Příklad provedení technického řešení je patrný z přiloženého výkresu. Další serevomotor 2 a servomotor 3 jsou spojeny s pevným rámem J. Na výstupním hřídeli dalšího servomotoru 2 je upevněno další ozubené kolo 6. Na výstupním hřídeli servomotoru 3 je upevněno ozubené kolo 4. V rámu lje uložena dutá hřídel 8. Na duté hřídeli 8 je pevné ozubené kolo 5, které zabírá s ozubeným kolem 4. Dále je na duté hřídeli 8 rotačně uloženo druhé ozubené kolo 7, které zabírá s dalším ozubeným kolem 6. Dále je na konci duté hřídeli 8, v místě kloubu, upevněno kuželové ozubené kolo 9. Na konci duté hřídele 8 je upevněna objímka 10 kulového ložiska. Kulové

-2 CZ 303710 B6 ložisko umožňuje výchylku a od osy kloubu. V kouli kulového ložiska je upevněna zahnutá dutá hřídel 14. Úhel zahnutí duté hřídele 14 je 180° a.

Na druhé ozubené kolo 7 je pevně připojena nakloněná vzpěra 12, na níž je ložisko 13. Uhel.

který svírá osa první části zahnuté duté hřídele 14, přilehlé k duté hřídeli 8, s osou této duté hřídele 8, je ct. V ložisku 13 je uložena zahnutá dutá hřídel 14, která je takto vedena nakloněnou rovinu 12. Na zahnuté duté hřídeli 14 je upevněno další kuželové ozubené kolo JJ_, které zabírá s kuželovým ozubeným kolem 9.

io Je tak zřejmé, že další servomotor 2 otáčí s nakloněnou rovinou 12 a servomotor 3 otáčí se zahnutou dutou hřídelí 14. Podle řídicího algoritmu je pak možno dosáhnout naklopení konce zahnuté duté hřídele J4 v úhlovém rozsahu 0 až 2a na všechny strany.

Osa naznačuje vedení pružné hřídele - kabelu 15, pro přenos kroutícího momentu ze zdroje v rámu 1 na vrchol kulového kloubu. Při této konfiguraci zůstává délka pružné hřídele stejná pro všechny úhly naklopení a nedochází tak kjeho kontrakci. Dále je také zřejmé, že v případě vedení kabelů 15 po ose nebude docházet kjejich kroucení vlivem naklápění kloubu. Z toho plyne obrovská výhoda absence rotačních kontaktů.

Zkušební prototyp, který je určen pro polohování pohonné, tlačné vrtule malé, dálkově řízené vzducholodě byl namontován na spalovací motor a vrtule byla spojena s motorem přes kloub pomocí pružné hřídele. Některé typické parametry tohoto systému:

Délka vzducholodě 25 Max. průměr vzducholodě

Objem balónu vzducholodě Spalovací motor Vrtule

Průměr pružného hřídele 30 Rozsah naklopení

Použité kulové ložisko Výkon servopohonu Rychlost polohování Hmotnost kloubu vč. Pohonů m

1,8 m

9,2 m³

Honda GX35, 1,2kW@7000RPM APC 19 x 8 W 6 mm ± 45° od středové osy ve všech směrech

GEH17C

W

0,7 ot./s

0,9 kg

Průmyslová využitelnost

Kloub pro naklápění a natáčení přístrojů opatřených propojovacími kabely podle tohoto vynálezu 40 nalezne uplatnění v mnoha oblastech techniky, jako např. polohování antén, polohování přístrojů v terénních podmínkách, použití ve zhoršených podmínkách, jako je vlhko, prašné prostředí, vibrace, rázy, atd., robot ické systémy, ne piloto váné létající objekty, atd.

-3 CZ 303710 B6

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Kloub pro naklápění a natáčení přístrojů opatřených propojovacími kabely, umístěnými 5 v dutých hřídelích, spojených kulovým ložiskem, připojený k rámu, vyznačující se tím, že v rámu (1) je otočně uložena dutá hřídel (8) opatřená na svém konci objímkou (10) kulového ložiska propojenou se zahnutou dutou hřídelí (14), přičemž na hřídeli (8) je upevněno pevné ozubené kolo (5), které je v záběru s ozubeným kolem (4) servomotoru (3), rotačně uloženo druhé ozubené kolo (7), které je v záběru s ozubeným kolem (6) dalšího servomotoru (
2. 2), ío a upevněno kuželové ozubené kolo (9), které je v záběru s dalším kuželovým ozubeným kolem (11), připevněným k zahnuté duté hřídelí (14), a k druhému ozubenému kolu (7) je pevně připojena nakloněná rovina (12) opatřená na svém konci ložiskem (13), ve kterém je uložena zahnutá dutá hřídel (14).

   15 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že servomotor (3) a další servomotor (2) jsou spojeny s pevným rámem (1).
3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že servomotor (3) a další servomotor (2) jsou propojeny s řídicím centrem pro naklopení konce zahnuté duté hřídele (14)

   20 v úhlovém rozsahu 0 až 2a na všechny strany, přičemž a je úhel, který svírá osa první části zahnuté duté hřídele (14), přilehlé k duté hřídeli (8), s osou této duté hřídele (8).