EP0321566A1 - Vorrichtung zur fernübertragung von drehwinkel und drehmoment zwischen antreibenden und angetriebenen wellen - Google Patents
Vorrichtung zur fernübertragung von drehwinkel und drehmoment zwischen antreibenden und angetriebenen wellen Download PDFInfo
- Publication number
- EP0321566A1 EP0321566A1 EP87906039A EP87906039A EP0321566A1 EP 0321566 A1 EP0321566 A1 EP 0321566A1 EP 87906039 A EP87906039 A EP 87906039A EP 87906039 A EP87906039 A EP 87906039A EP 0321566 A1 EP0321566 A1 EP 0321566A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- guide
- unit
- synchronous machine
- input
- output
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 91
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 44
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 36
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 230000009471 action Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002146 bilateral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C19/00—Electric signal transmission systems
- G08C19/38—Electric signal transmission systems using dynamo-electric devices
Definitions
- the invention relates to electrical machines and relates in particular to a device for the rotation angle and power transmission between a guide shaft and an actuating shaft.
- master-slave manipulators are mainly used under extreme conditions that are life-threatening for the operator. For this reason, such requirements as high operational reliability, long service life and. Are made to the devices for the rotational angle and eraft remote transmission between the guide shaft and the actuating shaft, which are kinematically coupled to the associated members of the master-slave manipulator and ensure their adequate spatial position Agreement with parameters of the surgeon, who has significant adaptive options. In particular, the presence of a static error in the transmission of the angle and a relatively not very high accuracy in the transmission of the forces to the guide shaft are permissible.
- the accuracy of the long-distance power transmission is sung between the guide and actuating shafts and shafts in which losses occur which are caused by a resistance to the movement of the shafts mentioned.
- the resistance in the kinematic connections can be comparable to the former, therefore, it is quite complicated to make an assessment of the real exposure value in practice.
- the resistance in the kinematic connections and the non-linearity of the characteristics of the electric motors and other factors must be compensated in connection therewith.
- a device for transmitting the angle of rotation and remote force between a guide shaft and an actuating shaft which is kinematically connected to the guide and actuating shaft DC commutator motors, the windings of which are connected to the outputs of amplifiers for amplifying signals with which the The guide and the actuating commutator motor are controlled, position transmitters for the shafts of the electric commutator motors, which are connected to the inputs of a unit for specifying the setpoint value for the amplitude of the stator magnetic field of the actuating commutator motor, and load torque transducers which contain the actuating and actuating shafts Guide commutator motor are connected and the outputs of which are connected to the inputs of the unit for specifying the setpoint of the amplitude of the stator magnetic field of the guide kemmutator motor.
- the output of the latter is connected via a unit for correcting the amplitude of the stator magnetic field of the guide commutator motor to the input of the signal amplifier, which is used to amplify the signal for the control of the guide commutator motor.
- the output of the unit for specifying the setpoint of the amplitude of the stator magnetic field of the guide commutator motor is connected to the input of the amplifier, which is provided for amplifying the signal for controlling the actuating commutator motor (Egorov IN, inter alia, "project planning von bilateral tracking systems ", 1980, publisher” Maehinostrojenie ", Moscow, pp. 140-143).
- the unit for specifying the setpoint of the amplitude of the stator magnetic field of the actuating commutator motor, the position transmitters and the servomotor with the amplifier of the signal for its control ensure the remote transmission of the angle
- the unit for specifying the amplitude of the stator magnetic field of the guide commutator motor, the 10 load moment transmitters, the unit for correcting the amplitude of the stator magnetic field of the guide commutator motor and the electric guide motor with the amplifier of the signal for its control ensure the transmission of the forces to the actuating shaft.
- Such a structure with two independent channels for remote transmission of rotation angle and forces which is due to the peculiarities of the designs of the DC commutator motors, ensures the compensation of the resistance in the kinematic connections, the non-linearity of the characteristics of the electric motors and other factors.
- the use of the commutator motors reduces the operational reliability and the service life of the device described in that the commutator motors contain a brush unit which quickly fails, particularly under extreme conditions.
- the reliability is also reduced by the fact that the device has two position transmitters, one of which is operated under extreme conditions, and two separate channels for the remote transmission of angles of rotation or forces, in which channels the function units are doubled.
- This device also contains a second position transmitter which is connected to the other shaft. So both the guide and the actuating shaft are provided with the position sensors.
- the unit for specifying the setpoint of the amplitude of the stator magnetic fields of the guiding and positioning synchronous machine is designed as a comparison element, to the inputs of which the outputs of the position transmitters are connected.
- the device described is characterized by a higher reliability and a longer service life compared to the one described above, thanks to the use of synchronous machines which do not contain a commutator and brush unit and therefore have a higher operational reliability under extreme conditions.
- the device has such a structure that only one common channel is provided for the transmission of the angle of rotation and force, therefore the ratio between the forces on the shafts of the guide and the synchronous machine depends on the magnitude of these forces, which impairs the accuracy of the force transmission lowers the guide shaft. Forces are also transferred to the guide shaft wear that are equal to the forces necessary to overcome the resistance in the kinematic connections, which further reduces the accuracy of the power transmission. As a result, the working accuracy of the master-slave manipulator is reduced, the operator's fatigue is increased and the range of changes in the load on the actuating shaft is narrowed, which can be transferred to the guide shaft with sufficient accuracy.
- the invention has for its object to provide a device for the rotation angle and power transmission between a guide and a control shaft, in which the generation of the amplitude of the stator magnetic fields of the guide and the synchronous machine, whose respective windings are electrically coupled to each other in takes place as a function of such parameters associated with the device acting on the external forces and an increase in the accuracy of the g-raft remote transmission ohnr reduction of the angle of rotation remote transmission enables the accuracy.
- the device for the rotation angle and remote force transmission between a remote transmission between a guide and an actuating shaft which contains a guide and an actuating synchro machine, the shafts of which are kinematically coupled to the guide or actuating shaft and One of which is provided with a position transmitter, the output of which is connected to the setpoint input of a unit for generating a current in the winding of the guide and the synchronous machine, the control input of which is connected to the output of a unit for setting the amplitude of the stator magnetic fields of the guide and Synchronous machine is electrically connected and the input side with the leadership and the Stellsynchronma machine is connected and the outputs of which are connected to the corresponding electrically coupled corresponding windings of the guiding and actuating synchronous machine, according to the invention contains load moment transmitters which are connected to the shafts of the guiding and synchronizing machine and which on the output side are connected to the inputs of the unit for specifying the setpoint Amplitude of the stator magnetic fields of the
- the device for the rotation angle and remote force transmission between a guide shaft and an actuating shaft is provided with a unit for correcting the amplitude of the stator magnetic fields of the guide and the synchronous machine, the input of which at the output of the unit for specifying the setpoint of the amplitude of the Stator magnetic fields of the leading and the synchronous machine is located and the output of which is connected to the control input of the unit for generating a current in the windings of the leading and synchronous machine.
- the unit for correcting the amplitude of the stator magnetic fields of the guide and the synchronous machine include an integrator.
- the unit for correcting the amplitude of the stator magnetic fields of the control and actuating synchronous machine additionally contains a summator, one input of which is connected to the input of the integrator and the other input of which is connected to the output of the latter.
- the device for transmitting the angle of rotation and remote force between a guide shaft and an actuating shaft enables an increase in the accuracy in the remote transmission of forces to the guide shaft without reducing the accuracy of the angle of rotation transmission, in particular by compensating for the movement thereof Wave counteracting resistance in the kinematic connection, creating more comfortable conditions for the surgeon's work, which reduce the operator's fatigue.
- the range of changes in the load on the actuating shaft is expanded, in which a high effectiveness of the biotechnical system operator-master-slave manipulator is ensured. As a result, the time required for the execution of an operation is shortened, the quality of the execution of the operations increases and the class of tasks which the device according to the invention can be used to solve is expanded.
- the device according to the invention for the remote transmission of the angle of rotation and power between a guide and an actuating shaft contains a guide and actuating synchronous machine 1 or 2 (FIG. 1), the shafts 3, 4 of which have a guide and an actuating shaft 5 or 6 ( are connected via couplings 7, 8) in the embodiment to be considered.
- a guide and actuating synchronous machine 1 or 2 FIG. 1
- the shafts 3, 4 of which have a guide and an actuating shaft 5 or 6 are connected via couplings 7, 8) in the embodiment to be considered.
- gears not shown.
- One of the synchronous machines 1, 2 (in the embodiment to be described, the synchronous machine 2) is provided with a shaft position transmitter 9, the output of which lies at the setpoint input 10 of a unit 11 for generating a current in the windings of the guiding and synchronous machine, the control input 12 of which with the Output of a unit 13 for setting the setpoint of the amplitude of the stator magnetic fields of the guide and the synchronous machine is in electrical connection.
- the output of the unit 13 is connected directly to the control input 12.
- the inputs of the unit 13 for specifying the setpoint of the magnetic fields of the stator are connected to the guiding and actuating synchronous machine 1 or 2. This connection is established by means of load torque sensors 14, 15, which are each connected to the shafts of the guiding and synchronous machine 1 and 2 and whose outputs are at the inputs of the unit 13 for specifying the setpoint of the amplitude of the stator magnetic fields.
- the outputs of the unit 11 for generating a current in windings are connected to the electrically connected corresponding windings of the synchronous machines 1, 2. Since the number of windings of the synchronous machine 1 is equal to the number of windings of the synchronous machine 2 and this number can be different for different types of synchronous machines, the windings themselves are not shown in FIG. 1, and the connection of the unit 11 for generating a current to the windings and the electrical connection between the windings is indicated schematically by a line.
- the output of the unit 13 for setting the setpoint value for the amplitude of the stator magnetic fields is connected to the input of a unit 16 for correcting the amplitude of the stator magnetic fields of the guide and the synchronous machine, the output of which in turn at the control input 12 of the unit 11 for generating a current in the windings.
- the guide synchronous machine 1 is provided with a shaft position transmitter 9.
- the unit 16 for correcting the amplitude is provided with an integrator 17 (FIG. 3) and an additional summator 18, one input of which is connected to the input of the integrator 17 is connected and the other input of which is at the output of the integrator 17.
- the output of the summator 18 is used as the output of the correction unit 16.
- the corresponding windings of the stator of the synchronous machines 1, 2 are switched in opposite directions, these switching can be both parallel and serial.
- three-phase synchronous machine 1, 2, ie with three windings, is used in the device.
- the structure of the unit 11 for generating a current in the windings shown in FIG. 3 is determined by the fact that at its control and setpoint input 12 or. 10, information represented as codes arrives about the amplitude and about the orientation of the stator magnetic fields of the synchronous machines 1, 2.
- An address input of a read-only memory 19 with codes of the durations and polarity of the power supply pulses of the windings of the synchronous machines 1, 2 stored therein is used as the setpoint input 10 of the unit 11 for generating a current in the windings.
- the output bus of the read-only memory 19 is connected to the control inputs 20 of converters 21 for converting a code into a pulse duration, the number of windings of each synchronous machine 1, 2 being the same.
- each converter 21 contains a down counter 22, the set input of which serves as control input 20 of the converter 21, and a 2-input AND gate 23, the output of which is at the subtraction input 24 of the down counter 22.
- the inverting Borg output of the down counter 22 is connected to the input 25 of the AND gate 23 and serves as the output of the converter 21.
- FIG. 3 the basic circuit diagram of only one converter 21 is shown in FIG. 3.
- each changeover switch 50 contains two 2-input and elements 28, 29, the first inputs of which are combined and function as the input 26 of the changeover switch 27.
- the second input of the AND gate 28 is at the output of a Exclusive OR gate 30, which is also connected to the input of an inverter 31. The output of the latter is connected to the second input of the AND gate 29.
- the outputs of the AND gates 28, 29 are connected to the control inputs of the switches 32, 33, the power inputs of which are connected to a voltage source 34 and the outputs of which are connected together and used as the output of the switch 27, which, as stated above, to the corresponding ones Windings of the leadership and the synchronous machine 1 or 2 is connected.
- the first input of the exclusive OR gate 30 serves as a pulse polarity setpoint input 35 of the switch 27 and is connected to the associated output of the read-only memory 19, while the second input serves as a setpoint input 36 which is connected to the output of a circuit 37 for determining the polarity of the control signal, the input of which is connected to the input of a circuit 38 for determining the absolute amount of the control signal.
- the interconnected inputs of the circuits 37, 38 serve as the control input 12 of the unit 11 for generating a current in the windings.
- the inputs 36 of all changeover switches 27 are connected together. In order to simplify the structure of the unit 11, the basic circuit diagram of only one changeover switch 27 is shown in FIG. 3.
- the output of the circuit 38 for determining the absolute amount of the control signal is connected to the set input 39 of a down counter 40, the Borg output of which is connected to the write input and to the inputs for specifying the pulse frequency of the code-pulse duration converter 21 pulse duration.
- the second input of the AND gate 23 serves as input 41.
- the output of a control generator 43 is connected to the subtraction input 42 of the down counter 40 and is also connected to the input of a frequency divider 44.
- the output of the frequency divider 44 is connected to the write inputs 45 of the code-pulse duration converter 21.
- the input of the down counter 22 functions as write input 45.
- FIGS. 4, 5 and 6 show pointer diagrams a, b, c, d, e, f of the magnetic fields ⁇ rz , ⁇ ri the rotor of the guiding and setting synchronous machine 1 or 2 and the magnetic fields ⁇ sz , ⁇ si of the stator of the joining and setting synchronous machine 1 or 2 in various operating modes of the device according to the invention.
- the device for the angle of rotation and power transmission between a guide shaft and an actuating shaft works as follows.
- the position transmitter 9 (FIG. 1) gives an orientation of the magnetic fields ⁇ sz, ⁇ si rungs- the stator of the managerial and the adjusting synchronous machine 1 or 2 in such a way before, i.e. a ß is the angle between one of the magnetic fields ⁇ rz , ⁇ ri the rotor and the associated magnetic field ⁇ sz , ⁇ si of the stator remains constant (or changes in a range which is due to the presence of an electromagnetic time constant in synchronous machines 1, 2).
- the angle ( ⁇ r ⁇ si ) constant. This is e.g. B.
- the unit 16 for correcting the amplitude of the stator magnetic fields is present, the state of equilibrium in the establishment of a smaller difference between M o and M i . It should be noted that, depending on the design of the load moment generator 14, 15 and the synchronous machines 1, 2 and the structure of the unit 13 for specifying the setpoint value for the amplitude of the stator magnetic fields, the correction can also be directed to reducing the difference between nM o and M 1 , where n is a scale coefficient of the force.
- a code assigned to the position of the shaft 3 of the guide synchronous machine 1 arrives from the position transmitter 9 at the address inputs of the read-only memory, in which codes are written which correspond to the durations and the polarity of the power supply pulses for three windings of the synchronous machines 1, 2, which windings the magnetic fields of their stands perpendicular to the direction of the ⁇ Orient rz , which is predetermined by the angle code at the address inputs of the read-only memory 19.
- the codes corresponding to the duration of the power supply pulses are entered from the read-only memory 19 into the return value counters 22 via the inputs 20 of the converters 21 intended for converting a code into a pulse duration (only one counter 22 is shown in the drawing).
- the frequency with which these codes are entered is unchangeable, the entry being made on pulses which arrive from the output of the frequency divider 44, which takes over the division of the frequency of the control generator 43, and the inputs 45 of the converter 21 are supplied.
- 22 logic ones appear at the inverting Borg outputs of the counters, which predetermine the start of the current supply pulses of the windings.
- the logical ones also appear at the inputs 25 of the AND gates 23, whereby the passage of the pulses from the Borgauagang of the down counter 40 via the logical AND gates 23 to the subtraction inputs 24 of the counters 22 is enabled.
- the subsequent period of the pulses of the control generator 43 multiplied by a code corresponding to the absolute amount of the control signal, which arrives from the output of the circuit 38 for determining the absolute amount at the set input 39 of the down counter 40, and thus this code is also the duration of the pulses at the Borg outputs of the Down counter 22 proportional.
- the pulses at the aforementioned Borg outputs end when the numbers in the counters 22 are equal to zero, a logic 0 signal appears at the Borg outputs, which indicates the arrival of the pulses from the Borg output of the downward counter 40 at the subtraction inputs 24 of the counter 22 via the AND - Links 23 locks.
- the control signal arriving from the output of the circuit 37 for determining the polarity at the setpoint input 36 of the changeover switch 27 enables the output pulses of the converter 21 to pass through the AND gates 28 or 29.
- the windings are connected to one or the other pole of the voltage source 34 with the help of the Scahlter 32 or 33.
- the exclusive OR gate 30 reverses the polarity of the feed pulses of the windings. This ensures that the effective values of the voltage on the windings of the stator of the synchronous machines 1, 2 that of the control input 12 of the unit 11 for generating a current codes in the windings are proportional.
- FIG. 1 The operation of the device for rotational angle and power transmission shown in FIG. 1 is considered below with the aid of pointer diagrams which are shown in FIG. 4, with the stator windings of the synchronous machines 1 (FIG. 1), 2 connected in the same direction.
- the geometry of the magnetic fields of the synchronous machines 1, 2 can have a shape which is shown in FIG. 4c by solid lines.
- M is reduced, the magnetic field ⁇ rz is rotated counterclockwise under the effect of M 1 .
- the output signal of the unit 13 for specifying the desired value of the amplitude also changes its sign, so that reverse the directions of the magnetic fields of the stands of the synchronous machines 1, 2.
- the direction of M 2 is reversed, the actuating shaft is braked (the direction of M 1 remains unchanged).
- an equilibrium state is established with the following geometry of the magnetic fields of the synchronous machines 1, 2, indicated by dashed lines in FIG. 4d If the direction of M1 reverses again, the processes run in the opposite direction and the operator changes the direction of action of M 1 . If, when the direction of the moment Mi changes, this becomes greater than nM o , the magnetic fields of the stator of the synchronous machines 1, 2 are inverted simultaneously with the sign reversal of the difference between nM o and M i .
- FIG. 5 Pointer diagrams are shown in FIG. 5 (a, b, c, d) to illustrate the mode of operation of the device, the structure of which is shown in FIG. 2.
- this Figure corresponds. 5 (a, b) of one direction of action of M i, Fig. 5c but the other opposite direction of action of M i, while Figure 5d processes illustrated.
- the angle ( ⁇ rz , ⁇ sz ) constant and equal to 90 °, because the position transmitter 9 (FIG. 2) of the shaft of the guide synchronous machine 1 is used for this purpose.
- All of the changes shown in the diagrams of Fig. 5 a, b, c, d are similar to those shown in Fig. 4 (a, b, c, d).
- Pointer diagrams are given in FIG. 6 (a, b, c, d) to explain the mode of operation of the device according to the invention, the structural circuit diagram of which is shown in FIG. 3 (with the windings of the stator of the synchronous machines 1, 2 being connected in opposite directions).
- the vector diagrams in FIG. 6 (a, b) show a configuration of the magnetic fields of the synchronous machines 1 (FIG. 3), 2 with the same direction of action of M i and in FIG. 6c with the opposite direction of action of M i . 6c represents processes represent the change in the direction of M i . All changes illustrated by the pointer diagrams are similar to those described for FIGS. 4, 5. The only difference is that there is a small amount of detuning of the shafts 3, 4 of the synchronous machines 1, 2, which is shown in FIG. 6 by a difference ( ⁇ z - ⁇ i ) ⁇ 90 °.
- the increased accuracy of the power transmission to the guide shaft creates more comfortable conditions for the operator's work, reduces his fatigue and extends the range of changes in the load on the actuating shaft, in which a high effectiveness of the biotechnical system operator master slave manipulator is achieved.
- the device for remote transmission of the angle of rotation and force between a guide shaft and an actuating shaft can be used in master-slave manipulators.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
- Control Of Multiple Motors (AREA)
Abstract
A device for remote transmitting of rotation angle and torque between a driving and a driven shaft in which a driving and a driven synchronous machine (1, 2) are connected through their shafts (3, 4) to a driving and a driven shaft (5, 6), one of them being provided with a position pick-up (9) the output of which is connected to the controlling input (10) of a unit (11) for generating the current in the windings of the driving and the driven synchronous machines. The controlling input (12) ofthe current-generating unit (11) is electrically connected to the output of a unit (13) for presetting the magnetic field amplitudes of the stators of the driving and the driven synchronous machines, the inputs of that unit being connected to two torque pick-ups (14.15) connected, in turn, with the shafts (3 , 4) of the driving and the driven synchronous machines (1, 2). The outputs of the current generating unit (11) are connected to the electrically interconnected corresponding windings of the driving and the driven synchronous machines (1, 2).
Description
- Die Erfindung betrifft elektrische Maschinen und bezieht sich insbesondere auf eine Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle.
- Gegenwärtig werden Master-Slave-Manipulatoren hauptsächlich unter extremalen Bedingungen verwendet, die für den Bediener(Operateur) lebensgefährlich sind. Deshalb werden an die Einrichtungen zur Drehwinkel- und Eraft-Fernübertragung zwischen der Führungs- und der Stellwelle, die mit den zugehörigen Gliedern des Master-Slave-Manipulators kinematisch gekoppelt sind und ihre adequate räumliche Lage sichern, solche Forderungen wie hohe Betriebszuverlässigkeit, lange Lebensdauer und Übereinstimmung mit Parametern des Operateurs gestellt, der über wesentliche adaptive Möglichkeiten verfügt. Insbesondere ist das Vorhandensein eines statischen Fehlers bei der Übertragung des Winkels und eine verhältnismäßig nicht sehr hohe Genauigkeit bei der Übertragung der Kräfte auf die Führungswelle zulässig. Infolgedessen, daß zwischen Führungs- und Stellwelle sowie Wellen, in denen Verluste auftreten, die durch einen der Bewegung der genannten Wellen entgegenwirkenden Widerstand hervorgerufen sind, wird jedoch die Genauigkeit der Kraft-Fernübertragung gesent. Bei einer geringen Belastung kann der Widerstand in den kinematischen verbindungen mit der ersteren vergleichbar sein, daher ist es ziemlich kompliziert, die Beurteilung des realen Belastungswertes in der Praxis vorzunehmen. Um eine hohe Genauigkeit der Kraftübertragung zu erzielen und für die Arbeit des Operateurs komfortablere Bedingungen zu schaffen sowie dessen Ermüdung zu mindern, müssen im Zusammenhang damit der Widerstand in den kinematischen Verbindungen und die Nichtlinearität der Kennlinien der Elektromotoren und andere Faktoren kompensiert werden.
- So ist eine Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungswelle und einer Stellwelle bekannt, welche mit der Führungs- und der Stellwelle kinematisch verbundene Gleichstrom-Kommutatormotoren, deren Wicklungen mit den Ausgängen von Verstärkern zur Verstärkung von Signalen verbunden sind, mit denen der Führungs- und der Stell-Kommutatormotor gesteuert werden, Positionsgeber für die Wellen der elektrischen Kommutatormotoren, die mit den Eingängen einer Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude des Ständermagnetfeldes des Stell-Kommutatormotors verbunden sind, und Belastungsmomentgeber enthält, die mit den Wellen des Stell- und des Führungs-Kommutatormotors verbunden sind und deren Ausgänge an die Eingänge der Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude des Ständermagnetfeldes des Führungs-Kemmutatormotors angeschlossen sind. Der Ausgang des letzteren ist über eine Einheit zur Korrektur der Amplitude des Ständermagnetfeldes des Führungs-Kommutatormotors an den Eingang des Signalverstärkers geschaltet, der zur Verstärkung des Signals für die Steerung des Führungs-Komnutatormotors dient. Der Ausgang der Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude des Ständermagnetfeldes des Führungs-Kommutatormotors ist an den Eingang des Verstärkers geschaltet, der zur Verstärkung des Signals für die Steuerung des Stell-Kommutatormotors vorgesehen ist (Egorov I.N. u. a. "Projektierung von bilateral wirkenden Nachführungssystemen", 1980, Verlag "Maehinostrojenie", Moskau, S. 140-143).
- In der genannten Einrichtung gewährleisten die Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude des Ständermagnetfeädes des Stell-Kommutatormotors, die Positionsgeber und der Stellmotor mit dem Verstärker des Signals für dessen Steuerung die Fernübertragung des Winkels, während die Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude des Ständermagnetfeldes des Führungs-Kommutatormotors, die 10Belastungsmomentgeber, die Einheit zur Korrektur der Amplitude des Ständermagnetfeldes des Führungs-Kommutatormotors und der elektrische Führungsmotor mit dem Verstärker des Signals für dessen Steuerung die Übertragung der Kräfte auf die Stellwelle sichern. Solch eine Struktur mit zwei unabhängigen Kanälen zur Fernübertragung von Drehwinkel und Kräften, was durch die Besonderheiten der Bauarten der Gleichstrom-Kommutatormotoren bedingt ist, gewährleistet die Kompensation des Widerstandes in den kinematischen Verbindungen, der Nichtlinearität der Kennlinien der Elektromotoren und anderer Faktoren. Die Anwendung der Kommutatormotoren setzt jedoch die Betriebszuverlässigkeit und die Lebensdauer der beschriebenen Einrichtung dadurch herab, daß die Kommutatormotoren eine Bürsteneinheit enthalten, die besonders unter extremalen Bedingungen schnell ausfällt. Außerdem wird die Zuverlässigkeit ebenfalls dadurch vermindert, daß in der Einrichtung zwei Positionsgeber, von denen der eine unter extremalen Bedingungen betrieben wird, und zwei getrennte Kanäle zur Fernübertragung von Drehwinkel bzw. Kräften vorhanden sind, in welchen Kanälen eine Verdopplung der Funktionseinheiten zu verzeichnen ist.
- Bekannt ist ferner eine Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle, welche eine Führungs- und eine Stellsynchronmaschine enthält, deren Wellen mit der Führungs- bzw. Stellwelle kinematisch verbunden sind, wobei eine der Wellen dieser Maschinen mit einer Positionsgeber versehen ist, dessen Ausgang an den Sollwertvorgabeeingang einer Einheit zur Erzeugung eines Stroms in den Wicklungen der Führungs- und der Stellsynchronmaschine geschaltet ist, deren Steuereingang mit dem Ausgang der Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und Stellsynchronmaschine elektrisch verbunden ist und die eingangsseitig mit der Führung- und der Stellsynchronmaschine in Verbindung steht und deren Ausgänge an die miteinander elektrisch gekoppelten entsprechenden Wicklungen der Führungs- und der Stellsynchronmaschine (SU, A, 1176425) angeschlossen sind.
- Diese Einrichtung enthält auch einen zweiten Positionsgeber, der mit der anderen Welle verbunden ist. Also sind mit den Positionsgebern sowohl die Führungs- als auch die Stellwelle versehen. Die Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine ist als Vergleichselement ausgeführt, an dessen Eingänge die Ausgänge der Positionsgeber angeschlossen sind.
- Die beschriebene Einrichtung zeichnet sich durch eine höhere Zuverlässigkeit und eine längere Lebensdauer gegenüber der vorbeschriebenen dank der Verwendung von Synchronmaschinen aus, die keine Kommutator- und Bürsteneinheit enthalten und dadurch eine höhere Betriebszuverlässigkeit unter extremalen Bedingungen besitzen. Die Einrichtung hat eine solche Struktur, daß nur ein gemeinsamer Kanal zur Übertragung von Drehwinkel und Kraft vorgesehen ist, deshalb hängt das Verhältnis zwischen den Kräften an den Wellen der Führungs- und der Stellsynchronmaschine von der Größe dieser Kräfte an, was die Genauigkeit der Kraftübertragung auf die Führungswelle herabsetzt. Außerdem werden auf die Führungswelle Kräfte übertragen, die den für das Überwinden des Widerstandes in den kinematischen Verbindungen notwendigen Kräften gleich sind, was die Genauigkeit der Kraftübertragung zusätzlich senkt. Als Folge davon wird die Arbeitsgenauigkeit des Master-Slave-Manipulators herabgesetzt, die Ermüdung des Operateurs vergrößert und der Änderungsbereich der Belastung an der Stellwelle eingeengt, die mit ausreichender Genauigkeit auf die Führungswelle übertragen werden kann.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle zu schaffen, bei der die Erzeugung der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine, deren jeweilige Wicklungen miteinander elektrisch gekoppelt sind, in Abhängigkeit von einem solchen Parameter erfolgt, der mit auf die Einrichtung einwirkenden äußeren Kräften verknüpft ist und der eine Erhöhung der Genauigkeit der graft-Fernübertragung ohnr Herabsetzung der Genauigkeit der Drehwinkel-Fernübertragung ermöglicht.
- Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Fernübertragung zwischen einer Führungs-und einer Stellwelle, welche eine Führungs- und eine Stellsynchroamaschine enthält, deren Wellen mit der Führungs- bzw. Stellwelle kinematisch gekoppelt sind und von denen eine mit einem Positionsgeber versehen ist, dessen Ausgang an den Sollwertvorgabeeingang einer Einheit zur Erzeugung eines Stroms in der Wicklung der Führ ungs- und der Stellsynchronmaschine geschaltet ist, deren Steuereingang mit dem Ausgang einer Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und Stellsynchronmaschine elektrisch verbunden ist und die eingangseitig mit der Führungs- und der Stellsynchronmaschine in Verbindung steht und deren Ausgänge an die miteinander elektrisch gekoppelten entsprechenden Wicklungen der Führungs- und der Stellsynohronmaschine angeschlossen sind, erfindungsgemäß Belastungsmomentgeber enthält, die mit den Wellen der Führungs- und der Stellsynchronmaschine verbunden sind und die ausgangsseitig an die Eingänge der Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine gelegt sind.
- Es ist zweckmäßig, daß die Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs-und einer Stellwelle mit einer Einheit zur Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine versehen ist, deren Eingang am Ausgang der Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine liegt und deren Ausgang an den Steuereingang der Einheit zur Erzeugung eines Stroms in den Wicklungen der Führungs- und Stellsynchronmaschine angeschlossen ist.
- Es ist nützlich, daß die Einheit zur Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine einen Integrator enthält.
- Es ist zweckdienlich, daß die Einheit zur Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und Stellsynchronmaschine einen Summator zusätzlich enthält, dessen einer Eingang an den Eingang des Integrators und dessen anderer Eingang an den Ausgang des letzteren angeschlossen ist.
- Die Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle ermöglicht eine Erhöhung der Genauigkeit bei der Fernübertragung von Kräften auf die Führungswelle ohne Herabsetzung der Genauigkeit der Drehwinkelübertragung, insbesondere durch Kompensation eines der Bewegung dieser Welle entgegenwirkenden Widerstandes in den kinematischen Verbindungan, wodurch für die Arbeit des Operateurs konfortablere Bedingungen geschaffen werden, welche die Ermüdung des Operateurs verringern. Darüber hinaus wird der Änderungsbereich der Belastung an der Stellwelle erweitert, in welchem eine hohe Effektivität des biotechnischen Systems Operateur-Master-Slave-Manipulator sichergestellt wird. Als Folge davon wird die Zeit verkürzt, die für die Ausführung einer Operation benötig wird, steigt die Qualität der Ausführung der Operationen und erweitert sich die Klasse von Aufgaben, zu deren Lösung die erfindungsgemäße Einrichtung verwendet werden kann.
- Im weiteren wird die Erfindung an Hand von konkreten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1 ein Funktionsschaltbild einer erfindungsge- mäßen Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle;
- Fig. 2 dito wie in Fig. 1 mit einer Einheit zur Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder der Synchronmaschinen und mit einer Verbindung eines Positionsgebers mit der Welle der Führungasynchronmaschine, gemäß der Erfindung;
- Fig. 3 dito wie in Fig. 2 mit Funktionsschaltbildern der Einheit zur Erzeugung eines Stromes in den Wikklungen der Synchronmaschinen und der Einheit zur Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder der Synchronmaschinen:
- Fig. 4 (a, b, c, d) Zeigerdiagramme der Magnetfelder der Ständer und Läufer der Führungs- und der Stellsynchronmaschine (bei gleichsinniger Schaltung der Wikklungen dieser Maschinen) für die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform der Einrichtung;
- Fig. 5 (a, b, c, d) dito wie in Fig. 4 für die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Einrichtung;
- Fig. 6 (a, b, c, d) dito wie in Fig. 5 bei gegensinniger Schaltung der Wicklungen der Synchronmaschinen.
- Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle enthält eine Führungs- und Stellsynchronmaschine 1 bzw. 2 (Fig. 1), deren Wellen 3, 4 mit einer Führungs- und einer Stellwelle 5 bzw. 6 (in der zu betrachtenden Ausführungsform über Kupplungen 7, 8) verbunden sind. Zur Verminderung der Drehzahl der Führungs-und der Stellwelle 5 bzw. 6 wird ihre Verbindung mit den Wellen 3, 4 der Führungs- und Stellsynchronmaschine 1 bzw. 2 über Getriebe (nicht gezeigt) hergestellt.
- Eine der Synchronmaschinen 1, 2 (bei der zu beschreibenden Ausführungsform die Stellsynchronmaschine 2 ) ist mit einem Wellenpositionsgeber 9 versehen, dessen Ausgang am Sollwertvorgabeeingang 10 einer Einheit 11 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Führungs- und Stellsynchronmaschine liegt, deren Steuereingang 12 mit dem Ausgang einer Einheit 13 zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine in elektrischer Verbindung steht. In der zu behandelnden Ausführungsform ist der Ausgang der Einheit 13 unmittelbar an den Steuereingang 12 geschaltet. Die Eingänge der Einheit 13 zur Sollwertvorgabe der Magnetfelder der Ständer sind mit der Führungs- und Stellsynchronmaschine 1 bzw. 2 verbunden. Diese Verbindung wird mittels Belastungsmomentgeber 14, 15 aufgebaut, die jeweils mit den Wellen der Führungs-und Stellsynchronmaschine 1 bzw. 2 verbunden sind und deren Ausgänge an den Eingängen der Einheit 13 zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder liegen.
- Die Ausgänge der Einheit 11 zur Erzeugung eines Stromes in Wicklungen, deren Zahl der Wicklungszahl von Synchronmaschinen 1, 2 gleich ist, sind an die elektrisch verbundenen entsprechenden Wicklungen der Synchronmaschinen 1, 2 angeschlossen. Da die Wicklungszahl der Synchronmaschine 1 gleich der Wicklungszahl der Synchronmaschine 2 ist und diese Zahl bei verschiedenen Typen von Synchronmaschinen verschieden sein kann, sind die Wicklungen selbst in Fig. 1 nicht gezeigt, und die Verbindung der Einheit 11 zur Erzeugung eines Stroms mit den Wicklungen und die elektrische Verbindung zwischen den Wicklungen schematisch durch eine Linie angedeutet.
- Zur Erhöhung der Genauigkeit der Kraftübertragung auf die Führungswelle 5 (Fig. 2) ist der Ausgang der Einheit 13 zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder an den Eingang einer Einheit 16 zur Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs-und der stellsynchronmaschine geschaltet, deren Ausgang seinerseits am Steuereingang 12 der Einheit 11 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen liegt. Außerdem ist in der zu behandelten Ausführungsform der Einrichtung die Führungssynchronmaschine 1 mit einem Wellenpositionsgeber 9 versehen.
- Um die Genauigkeit der Kraftübertragung auf die Führungswelle 5 bei Änderungen der Belastungsmomentgröße aufeinanderfolgend erhöhen zu können, ist die Einheit 16 zur Korrektur der Amplitude mit einem Integrator 17 (Fig. 3) und einem zusätzlichen Summator 18 versehen, dessen einer Eingang an den Eingang des Integrators 17 ange.- schlossen ist und dessen anderer Eingang am Ausgang des Integrators 17 liegt. Dabei wird der Ausgang des Summators 18 als Ausgang der Korrektureinheit 16 benutzt.
- In der zu behandelnden Ausführungsform sind die entsprechenden Wicklungen der Ständer der Synchronmaschinen 1, 2 sind gegensinnig geschaltet, wobei diese Schaltungsart sowohl parallel als auch seriell sein kann. Außerdem ist, wie in Fig. 3 gezeigt, in der Einrichtung dreiphasige Synchronmaschine 1, 2, d. h. mit drei Wicklungen benutzt. Dabei wird die in Fig. 3 dargestellte Struktur der Einheit 11 zur Erzeugung eines Stroms in den Wicklungen dadurch bestimmt, daß an deren Steuer- und Sollwertvorgabeeingang 12 bwz. 10 eine als Kodes repräsentierte Information über die Amplitude und über die Orientierung der Ständermagnetfelder der Synchronmaschinen 1, 2 eintrifft. Als Sollwertvorgabeeingang 10 der Einheit 11 zur Erzeugung eines Stroms in den Wicklungen wird ein Adresseneingang eines Festwertspeichers 19 mit in diesem abgelegten Kodes der Dauern und Polarität der Stromversorgungsimpulse der Wicklungen der Synchronmaschinen 1, 2 benutzt. Der Ausgabebus des Festwertspeichers 19 ist an die Steuereingänge 20 von Umsetzern 21 für das Umsetzen eines Kodes in eine Impulsdauer angeschlossen, deren Anzahl der Wicklungszahl jeder Synchronmaschine 1, 2 gleich ist. Jeder Umsetzer 21 enthält in der zu beschreibenden Ausführungsform der Einrichtung einen Rückwärtszähler 22, dessen Setzeingang als Steuereingang 20 des Umsetzers 21 dient, und ein 2-Eingangs-UND-Glied 23, dessen Ausgang am Subtraktionseingang 24 des Rückwärtszählers 22 liegt. Der invertierende Borgausgang des Rückwärtszählers 22 ist an den Eingang 25 des UND-Gliedes 23 angeschlossen und dient als Ausgang des Umsetzers 21. Zur Vereinfachung der Struktur der Einheit 11 ist in Fig. 3 das Prinzipschaltbild nur eines Umsetzers 21 gezeigt.
- Die Ausgänge aller Umsetzer 21 sind an die Impulsd auer-Sollwertvorgabeeingänge 26 der Umschalter 27 angeschlossen, deren Zahl gleich der Zahl der Wicklungen in jeder Synchronmaschine 1,2 ist. Jeder Umschalter 50 enthält in der zu betrachtenden Ausführungsform zwei 2-Eingangs-Und-Glieder 28, 29, deren erste Eingänge vereinigt sind und als Eingang 26 des Umschalters 27 fungieren. Der zweite Eingang des UND-Gliedes 28 liegt am Ausgang eines Exklusiv-ODER-Gliedes 30, das auch an den Eingang eines Negators 31 angeschlossen ist. Der Ausgang des letzteren ist an den zweiten Eingang des UND-Gliedes 29 geschaltet. Die Ausgänge der UND-Glieder 28, 29 sind an die Steuereingänge der Schalter 32, 33 angeschlossen, deren Leistungseingänge an eine Spannungsquelle 34 gelegt und deren Ausgänge zusammengeschlatet sind und als Ausgang des Umschalters 27 benutzt werden, der, wie oben angegeben, an die entsprechenden Wicklungen der Führungs- und der Stellsynchronmaschine 1 bzw. 2 angeschlossen ist.
- Der erste Eingang des Exklusiv-ODER-Gliedes 30 dient als Impulspolaritäts-Sollwertvorgabeeingang 35 des Umschalters 27 und ist an den zugehörigen Ausgang des Festwertspeichers 19 geschaltet, während der zweite Eingang als Sollwertvorgabeeingang 36 dient, der an den Ausgang einer Schaltung 37 zur Ermittlung der Polarität des Steuersignals gelegt ist, deren Eingang an den Eingang einer Schaltung 38 zur Ermittlung des Absolutbetrags des Steuersignals angeschlossen ist. Dabei dienen die zusammengeschalteten Eingänge der Schaltungen 37, 38 als Steuereingang 12 der Einheit 11 zur Erzeugung eines Stroms in den Wicklungen. Die Eingänge 36 sämtlicher Umschalter 27 sind zusammengeschaltet. Zur Vereinfachung der Struktur der Einheit 11 ist in Fig. 3 das Prinzipschaltbild nur eines Umschalters 27 gezeigt.
- Der Ausgang der Schaltung 38 zur Ermittlung des Absolutbetrags des Steuersignals ist an den Setzeingang 39 eines Rückwärtszählers 40 angeschlossen, dessen Borgausgang an den Schreibeingang und an die Eingänge für die Vorgabe der Impulsfrequenz der Kode-Impulsdauer-Umsetzer 21 Impulsdauer angeschlossen ist. Als Eingang 41 dient der zweite Eingang des UND-Gliedes 23. An den Subtraktionseingang 42 des Rückwärtszählers 40 ist der Ausgang eines Steuergenerators 43 geschaltet, der auch an den Eingang eines Frequenzteilers 44 angeschlossen ist. Der Ausgang des Frequenzteilers 44 ist an die Schreibeingänge 45 der Kode-Impulsdauer-Umsetzer 21 gelegt. Als Schreibeingang 45 fungiert der Eingang des Rückwärtszählers 22.
- Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und Stellwelle sind in Fig. 4, 5 und 6 Zeigerdiagramme a, b, c, d, e, f der Magnetfelder
ϕ rz,ϕ ri der Läufer der Führungs- und der Stellsynchronmaschine 1 bzw. 2 und der Magnetfelder ϕsz, ϕsi der Ständer der Fübrungs- und Stellsynchronmaschine 1 bzw. 2 bei verschiedenen Betriebsarten der erfindungsgemäßen Einrichtung gezeigt. - Die Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle arbeitet wie folgt. Der Positionsgeber 9 (Fig. 1) gibt eine Orientierung der Magnetfelder
ϕ sz,ϕ si der Ständer der Füh- rungs- und der Stellsynchronmaschine 1 bzw. 2 derart vor, daß der Winkel zwischen einem der Magnetfelderϕ rz,ϕ ri der Läufer und dem zugehörigen Magnetfeldϕ sz,ϕ si des Ständers konstant bleibt (bzw. sich in einem Bereich ändert, der durch das Vorhandensein einer elektromagnetischen Zeitkonstante bei Synchronmaschinen 1, 2 bedingt ist). Bei der zu beschreibenden Ausführungsform der Einrichtung ist der Winkel (ϕ rϕ si)konstant . Dies ist z. B. dadurch erreichbar, daß man an den Wicklungen des Ständers der Synchronmaschinen 1, 2 Spannungen erzeugt, deren Vektorsumme einen betragsmäßig konstanten Winkel mitϕ rs oderϕ ri bildet. Zur Steigerung des Wirkungsgrades ist es insbesondere vorteilhaft, diesen Winkel gleich 90° vorzugeben. Für die Drehmomente der Führungs-und der Stellsynchronmaschine 1 bzw. 2, die nachstehend mit M1 bzw. M2 bezeichnet werden,kann man folgende Ausdrückeϕ sz,ϕ si der Ständer. Eine Vergrößerung z. B. des durch die Belastung zu entwickelnden Momenten M1 führt zur Zunahme des Ausgangssignals der Einheit 13 und damit zur Vergrößerung von M1, M2 nach (1), d. h. in der Einrichtung findet eine Kraftübertragung auf die Führungswelle 5 statt. Wird im Gegenteil Mo vergrößert, dann geschieht eine Vergrößerung von M1 gleichzeitig mit der Drehung vonϕ rz in der Wirkungsrichtung des Momentes Mo. Eine Zunahme von M2 bei unveränderlichem Mi bewirkt dabei eine Drehung der Welle 4 der Stellsynchronmaschine 2 in der gleichen Richtung, d. h. die Fernübertragung des Drehwinkels findet statt. - Beim Vorhandensein der Einheit 16 (Fig. 2) zur Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder wird der Gleichgewichtszustand in der Einrichrung einer geringeren Differenz zwischen Mo und Mi. Es sei bemerkt, daß je nach der Bauart der Belastungsmomeatgeber 14, 15 sowie der Synchronmaschinen 1, 2 und der Struktur der Einheit 13 zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder die Korrektur auch auf die Verminderung der Differenz zwischen nMo und M1 gerichtet werden kann, wobei n einen Maßstabkoeffizienten der Kraft bedeutet.
- Ist die Korrektureinheit 16 z. B. als Integrator 17 (Fig. 3) oder als Kombination des Integrators 17 mit dem Summator 18 ausgebildet, dann wird der Gleichgewichtszustand (d. h. die Konstanz des Ausgangssignals des Integrators 17) nur bei der Gleichheit von nM und Mi erreicht, d. h. bei solchen Amplituden
ϕ sz,ϕ sz und Winkeln (ϕ rϕ sz) (ϕ rϕ si), bei denen das Verhältnis zwischen den an die Stellwelle 6 und Führungswelle 5 angelegten Momenten n:1 beträgt. Dabei werden durch mögliche Änderung des Winkels (ϕ rϕ sz) oder (ϕ riϕ si) (der letztere gilt für die zu beschreibende Ausführungsform der Einrichtung) in den kinematischen Verbindungen zwischen der Führungswelle 5 und der Stellwelle 6 bzw. zwischen den Wellen 3,4 der führungs- und Stellsynchronmaschine 1 bzw. 2 entstehende Widerstände und andere Faktoren kompensiert, und es erfolgt die Fernübertragung eines Belastungsmomentes auf die Führungswelle 5 mit hoher Genauigkeit. Hierbei wird die Genauigkeit der Fernübertragung des Winkels dadurch nicht herabgesetzt, daß eine elektrische Verbindung zwischen den entsprechenden Wicklungen der Ständer der Synchronmaschinen 1,2 hergestellt ist und das Signal am Ausgang der Einheit 13 zur Sollwertvorgabe der Amplitude bei einer Vergrößerung der Differenz zwischen nMo und Mi vergrößert wird. - Ein der Lage der Welle 3 der Führungssynchronmaschine 1 zugeordneter Kode trifft vom Positionsgeber 9 an den Adresseneingängen des Festwertspeichers ein, in dem Kodes geschrieben sind, die den Dauern und der Polarität der Stromversorgungsimpulse für drei Wicklungen der Synchronmaschinen 1,2 entsprechen, welche Wicklungen die Magnetfelder ihrer Ständer senkrecht zur Richtung des
ϕ rz orientieren, die durch den Winkelkode an den Adresseneingängen des Festwertspeichers 19 vorgegeben ist. Die der Dauern der Stromversorgungsimpulse entsprechenden Kodes werden aus dem Festwertspeicher 19 in die Rückwertszähler 22 über die Eingänge 20 der für das Umsetzen eines Kodes in eine Impulsdauer bestimmten Umsetzer 21 (in der Zeichnung ist nur ein Zähler 22 gezeigt) eingetragen. Die Frequenz,mit der diese Kodes eingetragen werden, ist unveränderlich, wobei die Eintragung auf Impulse erfolgt, die vom Ausgang des Frequenzteilers 44, der die Teilung der Frequenz des Steuergenerators 43 übernimmt, ankommen und den Eingängen 45 der Umsetzer 21 zugeführt werden. Nach dem Schreiben der Nullkodes erscheinen an den invertierenden Borgausgängen der Zähler 22 logische Einsen, die den Anfang der Stromrersorgungsimpulse der Wicklungen vorbestimmen. Hierbei erscheinen die logischen Einsen auch an den Eingängen 25 der UND-Glieder 23, wodurch der Durchgang der Impulse vom Borgauagang des Rückwärtszählers 40 über die logischen UND-Glieder 23 zu den Subtraktionseingängen 24 der Zähler 22 freigegeben wird. Die Folgeperiode der Impulse des Steuergenerators 43, multipliziert mit einem dem Absolutbetrag des Steuersignals entsprechenden Kode, der vom Ausgang der Schaltung 38 zur Ermittlung des Absolutbetrags am Setzeingang 39 des Rückwärtszählers 40 eintrifft, und somit ist diesem Kode auch die Dauer der Impulse an den Borgausgängen der Rückwärtszähler 22 proportional. Die Impulse an den genannten Borgausgängen enden, wenn die Zahlen in den Zählern 22 gleich Null sind, dabei erscheint an den Borgausgängen ein logisches 0-Signal, das das Eintreffen der Impulse vom Borgausgang des Bückwärtszählers 40 an den Subtraktionseingängen 24 des Zählers 22 über die UND-Glieder 23 sperrt. Das vom Ausgang der Schaltung 37 zur Ermittlung der Polarität an den Sollwertvorgabeeingängen 36 der Umschalter 27 ankommende Steuersignal gibt den Durchgang der Ausgangsimpulse der Umsetzer 21 über die UND-Glieder 28 oder 29 frei. Dabei werden die Wicklungen je nach der Polarität der an den Sollwertvorgabeeingängen 35 eintreffenden Signale an den einen oder den anderen Pol der Spannungsquelle 34 mit Hilfe der Scahlter 32 oder 33 angeschlossen. Das Exklusiv-ODER-Glied 30 führt je nach dem Ausgangssignal der Schaltung 37 zur Ermittlung der Polarität eine Umkehr der Polarität der Speiseimpulse der Wicklungen aus. Somit wird sichergestellt, daß die Effektivwerte der Spannung an den Wicklungen der Ständer der Synchronmaschinen 1, 2 dem am Steuereingang 12 der Einheit 11 zur Erzeugung eines Stroms in den Wicklungen liegenden Kode proporzional sind. - Nachstehend wird die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft Fernübertragung mit Hilfe von Zeigerdiagrammen, die in Fig. 4 gezeigt sind, bei gleichsinniger Schaltung der Ständerwicklungen der Synchronmaschinen 1 (Fig. 1), 2 betrachtet.
- Es sei angenommen, daß die Orientierung der Magnetfelder der Läufer und Ständer der Synchronmaschinen 1, 2 im Aufangszeitpunkt durch ausgezogene Linien angedeutet ist. Bei der Vergrößerung von Mi nimmt das Signal am Ausgang der Einheit 13 zur Sollwertvorgabe der Amplitude und folglich
ϕ sz undϕ si zu, was zur Vergrößerung von M1, M2 führt, und der Operateur muß dabei zur Konstanthaltung eines gleichbleibenden Drehwinkels αi, der Welle 4 der Stellsynchronmaschine 2 das Moment Mo vergrößern. Der neue Gleichgewichtszustand wird wie folgt aussehen:ϕ rz ,ϕ rz bis aufϕ rz vorgenommen, wie es in Fig. 4a gestrichelt angedeutet ist. Nimmt man aber an, daß die Magnetfelder der Synchronmaschinen 1, 2 die in Fig. 4a gestrichelt angedeutete Anfangsorientierucg haben sowie sich Mi und der Widerstand in den kinematischen Verbundungenverminderte, so werden M1, M2 ähnlicherweise nach (1) vermindert, und der Operateur muß daher zur Erhaltung des Gleichgewichtes das Moment Mo vermindern. - Haben die Magnetfelder der Läufer und Ständer der Synchronmaschinen 1,2 die in Fig. 4b ausgezogen angedeutete Anfangsorientierung und dreht der Operateur durch Vergrößerung von Mo die Welle 3 der Führangssynchronmaschine 1 aus der Position αZ in die Position αZ , so werden infolge der Vergrößerung von Mo auch
ϕ sz,ϕ si und damit M1, M2 vergrößert. Da sich aber Mi nicht ändert, wird die Welle 4 der Stellsynchronmaschine 2 entgegen_dem Uhrzeigersinn gedreht, bis sie die Orientierung vonϕ sz,ϕ si gedreht, M1 vermindert, deshalb ist der Operateur gezwunden, MO zu verkleinern. Alsdann werden neue Gleichgewichtszustände der Magnetfelder eingestellt, die auch in Fig. 4b gestrichelt gezeigt sind. - Sind Mi und Mo zueinander entgegengesetzt gerichtet, dann kann die Geometrie der Magnetfelder der Synchronmasohinen 1, 2 eine Form haben, die in Fig. 4c durch ausgezogene Linien gezeigt ist. Bei Verminderung von M wird unter der Wirkung von M1 das Magnetfeld φrz entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht. Dabei werden dadurch, daß die Einheit 13 die Amplitude der Magnetfelder
ϕ sz,ϕ si herabsetzt, M1, M2 vermindert, und unter der Wirkung von Mi drehen sich um einen_Winkel α'si in der gleichen Richtungϕ ri und folglichϕ sz,ϕ si. Um die Drehung desϕ rz zu unterbinden, vergrößert der Operateur das Moment Mo, worauf sich ein neuer Gleichgewichtszustand in der Konfiguration der Magnetfelder einstellt, die in Fig. 4c gestrichelt angedeutet ist. Ein ähnlicher Prozeß läuft auch bei Verminderung von M1 ab. - Es sei nun die Konfiguration der Magnetfelder
ϕ rz,ϕ sz,ϕ ri,ϕ si der Synchronmaschinen 1, 2 im Anfangszeitpunkt in Fig. 4d durch ausgezonene Linien dargestellt und eine Änderung in der Wirkungsrichtung des Mi eingetreten. Dabei sind die von den Belastungsmomentgebern 14, 15 ankommenden Signale von umgekehrter Polarität, so daß das von deren Differenz abhängige Ausgangssignal der Einheit 13 zur Sollwertvorgabe der Amplitude zunimmt, wobei unter der Wirkung des größer gewördenen Momentes M2 und des in der gleichen Richtung orientierten Momentes Mi das Magnetfeldϕ ri entgegen dem Uhrzeigersinn und zusammen mit diesem auchϕ sz,ϕ si in Drehung versetzt werden. Nach einer gewissen Zeit ändert wegen gegenläufiger Bewegung vonϕ rz undϕ ri,ϕ sz die Richtung von M1 ihr Vorzeichen (bei der Konfiguration von - Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Einrichtung, deren Strukturschaltbild in Fig. 2 dargestellt ist, sind in Fig. 5 (a, b, c, d) Zeigerdiagramme gezeigt. Dabei entspricht Fig. 5 (a, b) der einen Wirkungsrichtung von Mi, Fig. 5c aber der anderen entgegengesetzten Wir - kungsrichtung von Mi, während Fig. 5d Prozesse veranschaulicht, die bei der Änderung der Wirkungsrichtung_von Mi vor sich gehen. In diesem Fall ist der Winkel (
ϕ rz ,ϕ sz) konstant und gleich 90°, weil hierzu der Positionsgeber 9 (Fig. 2) der Welle der Führungssynchronmaschine 1 verwendet wird. Sämtliche, in den Diagrammen von Fig. 5 a, b, c, d gezeigten Änderungen gehen ähnlich den in Fig. 4 (a, b, c, d) dargestellten vor sich. - Zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsge-mäßen Einrichtung, deren Strukturschaltbild in Fig. 3 gezeigt ist (mit gegensinniger Schaltung der Wicklungen der Ständer der Synchronmaschinen 1, 2), sind in Fig. 6 (a, b, c, d) Zeigerdiagramme angeführt. Die Zeigerdiagramme in Fig. 6(a, b) zeigen eine Konfiguration der Magnetfelder der Synchronmaschinen 1 (Fig. 3), 2 bei gleicher Wirkungsrichtung von Mi und in Fig. 6c bei gegenläufiger Wirkungsrichtung von Mi. Dabei stellt Fig. 6c Prozesse dar, die bei der Änderung der Richtung von Mi ablaufen. Alle Änderungen, die durch die Zeigerdiagramme veranschaulicht sind, gehen ähnlich den für Fig. 4, 5 beschriebenen vor sich. Ein Unterschied besteht nur darin, daß sich eine geringe Verstimmungsgröße der Wellen 3, 4 der Synchronmaschinen 1, 2 ergibt, was in Fig. 6 durch eine Differenz ( αz - αi) < 90° abgebildet wird.
- Somit schafft die erhöhte Genauigkeit der Kraftübertragung auf die Führungswelle komfortablere Bedingungen für die Arbeit des Operateurs, mindert dessen Ermüdung und erweitert den Änderungsbereich der Belastung an der Stellwelle, in dem eine hohe Effektivität des biotechnischen Systems Operateur -Master-Slave-Manipulator erzielt wird.
- Die Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungswelle und einer Stellwelle kann in Master-Slave-Manipulatoren verwendet werden.
Claims (4)
1. Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle, welche eine Führungs- und eine Stellsynchronmaschine (1 bzw. 2) enthält, deren Wellen (3, 4) jeweils mit der Führungs- und Stellwelle (5 bzw. 6) kinematisch gekoppelt sind und von denen eine mit einem Positionsgeber (9) versehen ist, dessen Ausgang an den Sollwertvorgäbeeingang (10) einer Einheit (11) zur Erzeugung eines Stroms in den Wicklungen der Führungs- und der Stellsynchronmaschine geschaltet ist, deren Steuereingang (12) mit dem Ausgang einer Einheit (13) zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine elektrisch verbunden ist und die eingangsseitig mit der Führungs- und der Stellsynchronmaschine (1 bzw. 2) in Verbindung steht und deren Ausgänge an die miteinander elektrisch gekoppelten entsprechenden Wicklungen der Führungs- und der Stellsynchronmaschine (1 bzw. 2) angeschlossen sind, gekennzeichnet durch Belastungsmomentgeber (14, 15), die den Wellen (3, 4) der Führungs- und der Stellsynchronmaschine (1 bzw. 2) verbunden sind und die ausgangsseitig an die Eingänge der Einheit (13) zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine angeschlossen sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einheit (16) zur Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine, deren Eingang am Ausgang der Einheit (13) zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine liegt und deren Ausgang an den Steuereingang (12) der Einheit (11) zur Erzeugung eines Stroms in den Wicklungen der Führungs-und Stellsynchronmaschine angeschlossen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (16) zur Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und Stellsynchronmaschine einen Integrator (17) enthält.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (16) zur Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und Stellesynchrormachine einen Summator zusätzlich enthält, dessen einer Eingang an den Eingang des Integrators (17) und dessen anderer Eingang an den Ausgang des Integrators (17) angeschlossen ist.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/SU1987/000077 WO1988010482A1 (en) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | Device for remote transmitting of rotation angle and torque between driving and driven shaft |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP0321566A1 true EP0321566A1 (de) | 1989-06-28 |
EP0321566A4 EP0321566A4 (de) | 1989-12-12 |
Family
ID=21617122
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP19870906039 Withdrawn EP0321566A4 (de) | 1987-06-19 | 1987-06-19 | Vorrichtung zur fernübertragung von drehwinkel und drehmoment zwischen antreibenden und angetriebenen wellen. |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0321566A4 (de) |
JP (1) | JPH02500694A (de) |
FI (1) | FI890753A0 (de) |
WO (1) | WO1988010482A1 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106308335B (zh) * | 2016-08-28 | 2017-10-31 | 浙江哈尔斯真空器皿股份有限公司 | 防内胆脱离及冷冻介质外溢的三层真空杯 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1176425A1 (ru) * | 1984-03-15 | 1985-08-30 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.В.И.Ленина | Устройство дистанционной передачи угла поворота задающего вала |
SU1257690A1 (ru) * | 1984-11-30 | 1986-09-15 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.В.И.Ленина | Устройство дистанционной передачи угла поворота задающего вала |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3543124A (en) * | 1968-06-14 | 1970-11-24 | Sperry Rand Corp | Overload and failure sensing circuit having duty cycle current limiting for synchro data transmitting and receiving apparatus |
FR2416094A1 (fr) * | 1978-02-01 | 1979-08-31 | Zarudiansky Alain | Dispositif de manipulation a distance |
-
1987
- 1987-06-19 JP JP50541087A patent/JPH02500694A/ja active Pending
- 1987-06-19 WO PCT/SU1987/000077 patent/WO1988010482A1/ru not_active Application Discontinuation
- 1987-06-19 EP EP19870906039 patent/EP0321566A4/de not_active Withdrawn
-
1989
- 1989-02-16 FI FI890753A patent/FI890753A0/fi not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1176425A1 (ru) * | 1984-03-15 | 1985-08-30 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.В.И.Ленина | Устройство дистанционной передачи угла поворота задающего вала |
SU1257690A1 (ru) * | 1984-11-30 | 1986-09-15 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.В.И.Ленина | Устройство дистанционной передачи угла поворота задающего вала |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
See also references of WO8810482A1 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0321566A4 (de) | 1989-12-12 |
WO1988010482A1 (en) | 1988-12-29 |
JPH02500694A (ja) | 1990-03-08 |
FI890753A (fi) | 1989-02-16 |
FI890753A0 (fi) | 1989-02-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3140034C2 (de) | Kollektorlose Gleichstrommaschine | |
EP0267301A1 (de) | System zur fernübertragung eines drehwinkels und der kraft zwischen treibender und angetriebener welle | |
DE3617772A1 (de) | Elektrisches servolenksystem fuer fahrzeuge | |
DE2656433B2 (de) | Verfahren zur Regelung der Bewegungsgrößen, z.B. der Rotations- und Translationsbewegungen, eines Manipulators oder industriellen Handhabungsgerätes | |
DE2612721B2 (de) | Schaltungsanordnung zur Regelung der Drehzahl und der Winkellage des Läufers eines Gleichstrommotors | |
DE2554519C3 (de) | Antriebsvorrichtung für einen Rotor | |
DE1613172B2 (de) | Steuerschaltung zum betrieb eines schrittmotors im schnellgang | |
EP0198248B1 (de) | Steuereinheit für einen von einem Frequenzumrichter gespeisten Drehstrommotorantrieb | |
DE1638104C2 (de) | System zur Umwandlung digitaler elektrischer Steuersignale in diskrete, abgestufte Winkelbewegungen in einem mehrphasigen elektrischen Schrittmotor | |
DE2827239A1 (de) | Rueckfuehrungsglieder fuer servogeraete | |
DE2634887A1 (de) | Schrittmotor-lageregelkreis | |
DE2527055A1 (de) | Steuervorrichtung fuer mechanische einheit | |
EP0321566A1 (de) | Vorrichtung zur fernübertragung von drehwinkel und drehmoment zwischen antreibenden und angetriebenen wellen | |
DE2059367A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung eines Drehfeldes | |
DE2628616A1 (de) | Halleffekt-drehmeldersystem | |
EP0377771B1 (de) | Verfahren zur Regelung des Drehmomentverhaltens von mehrphasigen, elektronisch kommutierten Elektromotoren, insbesondere von Sychronmotoren | |
EP0352324A1 (de) | Anordnung zur fernübertragung des rotationwinkels und torsionmoments zwischen antriebsachse und angetriebener achse | |
EP0362379A1 (de) | Anordnung zur fernübertragung von rotationswinkel und drehmoment zwischen treibender und getriebener achse | |
EP0321564A1 (de) | Elektrischer antrieb vom gleichrichtertyp | |
DE4310772C2 (de) | Reluktanzmotor als Servoantrieb | |
DE3335420A1 (de) | Messverfahren fuer den statischen und den dynamischen lastwinkel eines schrittmotors | |
DE102004028877A1 (de) | Verfahren und Diagnosegerät zur Justierung eines Drehwinkelgebers | |
EP0140160B1 (de) | Lastwinkelabhängige Schrittaktregelung für Schrittmotore | |
DE2949518C2 (de) | ||
DE2264892C3 (de) | Phasen-Folgesystem |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 19890216 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): BE DE FR GB IT |
|
A4 | Supplementary search report drawn up and despatched |
Effective date: 19891212 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN |
|
18W | Application withdrawn |
Withdrawal date: 19910225 |
|
R18W | Application withdrawn (corrected) |
Effective date: 19910225 |