NL1027102C2 - Gestel. - Google Patents

Description

Gestel

De uitvinding heeft betrekking op een gestel omvattende een stationair gesteldeel en ten minste een daarmee gekoppeld beweegbaar gesteldeel waarbij voorzien is in ten minste een compensatiemassa en een compensatierotatieorgaan voor 5 het tegengaan van reactiekrachten en momenten op het stationaire gesteldeel bij bewegingsvariatie van het beweegbare gesteldeel .

In het algemeen geven bewegende gesteldelen krachten en momenten af op het stationaire gesteldeel (de vaste we-10 reld). Deze zogenaamde (dynamische) reactiekrachten en -momenten zijn vaak ongewenst omdat ze trillingen veroorzaken die geluid, slijtage en ongemak tot gevolg hebben, tot verminderde positioneringsnauwkeurigheid leiden, of tot verstoring van een delicaat evenwicht aanleiding geven. In het bij-15 zonder in situaties waar geen vaste wereld aanwezig is waarop het stationair gesteldeel kan afsteunen, zoals in de ruimte, veroorzaken de reactiekrachten en -momenten van bijvoorbeeld een robotarm uit fysische noodzaak veranderingen in de stand van het ruimteschip, wat onacceptabel is in verband met we-20 tenschappelijke experimenten en het richten van antennes en zonnepanelen.

Dynamische balancering van een beweegbaar gesteldeel zorgt ervoor dat alle reactiekrachten en -momenten gecompenseerd worden. Dynamisch gebalanceerde gesteldelen induceren 25 ook geen trillingen in de omgeving, en kunnen worden uitgevoerd zonder trillingsisolatiesystemen.

Ten behoeve van het dynamisch balanceren dienen er elementen (compensatiemassa en compensatierotatieorgaan) aan het beweegbare gesteldeel te worden toegevoegd, en meer naar-30 mate het mechanisme meer vrijheidsgraden bezit. Het toevoegen van deze compensatie-elementen veroorzaakt een toename van de massa en van de traagheid van het mechanisme. Een vergrote massa is met name in verband met het lanceren naar de ruimte bezwaarlijk, een vergrote traagheid zorgt ervoor dat presta-35 ties afnemen of dat grotere motoren nodig zijn om gelijke prestaties te verwezenlijken.

10271 02 2

Om hoge lanceerkosten te vermijden dient de voor de dynamische balancering benodigde toe te voegen massa in de vorm van de compensatiemassa en het compensatierotatieorgaan en de bijbehorende overbrengingsmechanismen zo gering moge-5 lijk te zijn.

Ook in aardse toepassingen kan dynamische balancering nuttig zijn. Dynamisch gebalanceerde mechanismen maken trillingsisolatiesystemen overbodig. Aangezien trillingsiso-latiesystemen trillingen niet volkomen elimineren, kan er be-10 hoefte zijn aan inherent trillingsvrije mechanismen. Met name daar waar zeer hoge eisen aan positioneringsnauwkeurigheid worden gesteld, wordt dynamische balancering toegepast, bijvoorbeeld in machines voor de fabricage van geïntegreerde elektronische circuits (chips). Trillingen hebben in deze 15 toepassing al snel een amplitude in de orde van de bij deze fabricage gewenste nauwkeurigheid. In deze toepassingen is het belangrijk dat de machine snel kan werken, zodat een geringe traagheid van het beweegbare gesteldeel van groot belang is.

20 Verder wordt in handbediende apparaten dynamische balancering toegepast om de door het apparaat geïnduceerde trillingen volkomen te isoleren van de gebruiker, teneinde het comfort te verhogen en letsel op lange termijn te voorkomen. Een andere mogelijke toepassing bestaat in het ontwerp 25 van instrumenten die een snelle beweging moeten kunnen maken terwijl de positie niet mag veranderen, zoals bijvoorbeeld medische instrumenten voor het nemen van een biopsie.

Een verdere toepassing is aanwezig in systemen die zich in delicaat evenwicht bevinden. Te denken valt aan het 30 ontwerp van armen voor tweebenige looprobots. Deze robots zijn vaak slechts in beperkte mate stabiel. Bewegingen van de armen kunnen deze looprobots gemakkelijk uit hun evenwicht doen geraken. Dynamische balancering van de armen neemt de invloed van de armbeweging op de gang van de looprobot geheel 35 weg, zodat de armen geen invloed op het lopen hebben.

In de stand van de techniek wordt de dynamische balancering zo uitgevoerd dat eerst de reactiekrachten worden gecompenseerd door toevoeging van de compensatiemassa waarna 1027102 3 . vervolgens de reactiemomenten worden gecompenseerd door toe-, voeging van een daartoe dienend compensatierotatieorgaan. Op deze wijze is het compenseren van de reactiekrachten ontkoppeld van het compenseren van de reactiemomenten en is een 5 exacte balancering van het beweegbare gesteldeel mogelijk. Nadelig hieraan is niettemin dat zowel de massa als het traagheidsmoment van het gehele gestel relatief hoog is, hetgeen uit oogpunt van energieverbruik en hanteerbaarheid nadelen oplevert.

10 Een doelstelling van de uitvinding is een gestel te verschaffen waarvan de massa en het traagheidsmoment op een lager niveau kan worden ontworpen onder handhaving van de nuttige aspecten van dynamische balancering.

Het gestel volgens de uitvinding is er daartoe door 15 gekenmerkt dat de compensatiemassa is verenigd met het compensatierotatieorgaan.

De uitvinding vergt dat de compensatiemassa en het compensatierotatieorgaan simultaan worden ontworpen, hetgeen een breuk oplevert met de gangbare ontwerpmethodiek van het 20 dynamische balanceren van een gestel met een stationair gesteldeel en een beweegbaar gesteldeel.

Het gestel volgens de uitvinding bezit het voordeel dat slechts één element nodig is voor de volledige dynamische balancering van het beweegbare gesteldeel. Geschikt is daar-25 toe het gestel zo uitgevoerd dat de compensatiemassa roteerbaar is gekoppeld met het beweegbare gesteldeel zodanig dat bij rotatie van het beweegbare gesteldeel de compensatiemassa tegengesteld roteert.

De uitvinding berust op het inzicht dat de plaatsing 30 van het compensatierotatieorgaan niet aan enig voorschrift is gekoppeld. Voldoende is. dat deze een tegengestelde draairichting bezit ten opzichte van het beweegbare gesteldeel zodat deze de reactiemomenten op het stationaire gesteldeel kan compenseren.

35 Onder omstandigheden kan voordelig tot een volledige compensatie van zowel reactiekrachten als reactiemomenten worden gekomen door de compensatiemassa te vormen zodanig dat deze een effectief traagheidsmoment bezit dat in hoofdzaak 10271 02 4 gelijk is aan het traagheidsmoment van het beweegbare gestel-deel. Onder 'effectief traagheidsmoment' wordt daarbij verstaan het traagheidsmoment van de compensatiemassa zoals dat uitwerkt op het beweegbare gesteldeel, rekening houdend met 5 een eventueel tussengeschakelde (tandwiel)overbrenging.

Zoals uit het voorgaande duidelijk zal zijn, is de uitvinding toepasbaar op tal van terreinen waarin een gestel wordt toegepast met een stationair gesteldeel en een beweegbaar gesteldeel. Hiervoor is gerefereerd aan een ruimtetoe-10 passing en aan enkele aardse toepassingen. Uitdrukkelijk wordt opgemerkt dat de genoemde toepassingen niet de enige mogelijke toepassingen vormen, maar dat dit slechts voorbeelden zijn waarin de uitvinding met het beoogde effect nuttig toepassing kan vinden.

15 Aangezien de uitvinding een breed toepassingsterrein bezit, zal deze in het navolgende verder worden toegelicht aan de hand van een de conclusies niet beperkend uitvoerings-voorbeeld dat betrekking heeft op de dynamische balancering van een roterende staaf.

20 Het uitvoeringsvoorbeeld wordt toegelicht aan de hand van een tekening. In de tekening tonen: - figuur la t/m lc de wijze van het dynamisch balanceren van een roterende staaf volgens de stand van de techniek; en 25 - figuur 2a en 2b een dynamisch gebalanceerde rote rende staaf volgens de uitvinding.

In de figuren gebruikte gelijke verwijzingscijfers verwijzen naar dezelfde onderdelen.

Figuur la toont een als staaf 1 gevormd beweegbaar 30 gesteldeel dat is gemonteerd op een stationair gesteldeel 2. De koppeling van het beweegbare gesteldeel 1 met het stationaire gesteldeel 2 geschiedt met een scharnier 3.

Figuur lb toont dat voor het compenseren van reac-tiekrachten op het stationaire gesteldeel 2 ten eerste een 35 compensatiemassa 4 met de staaf 1 kan worden gekoppeld dat eenzelfde bewegingspatroon ondergaat als de staaf 1, en dat bij verplaatsing van het gestel 1,2 de daarbij optredende re-actiekrachten op het stationaire gesteldeel 2 volledig kan 1027102 5 condenseren.

In figuur lc is getoond dat ter completering van de dynamische balancering van het gestel 1,2 een compensatiero-tatieorgaan 5 wordt toegepast, bijvoorbeeld een schijf die 5 een vooraf bepaald traagheidsmoment bezit en die door middel van een tandwieloverbrenging 6,7 is gekoppeld met de staaf 1 zodanig dat de schijf 5 en de staaf 1 immer in tegengestelde richting draaien. Bij een juiste keuze van het traagheidsmoment van de staaf en de overbrengingsverhouding van de tand-10 wielen 6,7 kan zodoende het reactiemoment van de roterende staaf 1 op het stationaire gesteldeel 2 volledig worden gecompenseerd .

In de figuren 2a en 2b is de staaf 1 welke roteerbaar om een scharnier 3 op het stationaire gesteldeel 2 is 15 aangebracht wederom getoond, terwijl deze dynamisch gebalanceerd is onder toepassing van de uitvinding. Hiertoe is een compensatiemassa draaibaar met de staaf 1 gekoppeld waarbij voorzien is in een overbrenging tussen de staaf 1 en de massa 4 om deze massa 4 in rotatie te kunnen brengen in afhanke-20 lijkheid van rotatie van de staaf 1.

Figuur 2a toont dat voor de roteerbare opstelling van de massa 4 deze massa 4 met drie tandwielen 6, 7 en 8 met de staaf 1 is gekoppeld, zodanig dat rotatie van de staaf 1 een overeenkomstige, maar tegengestelde rotatie van de com-25 pensatiemassa 4 oplevert.

In figuur 2b is getoond dat hetzelfde effect van een tegengesteld aan de staaf 1 roteren van de compensatiemassa 4 kan worden verkregen door toepassing van een planetair tand-wielstelsel 9, 10 waarbij een inwendig vertand wiel vast ge-30 monteerd is op het stationaire gesteldeel 2. Langs deze inwendige vertanding van het wiel 9 loopt een tandwiel 10 op de as waarvan de roteerbare massa 4 is gemonteerd. Deze constructie levert eveneens op dat bij rotatie van de staaf 1 een tegengestelde rotatie van de compensatiemassa 4 wordt 35 verschaft.

De uitvinding levert het voordeel dat de compensatiemassa 4 door haar roteerbare opstelling zowel compensatie van reactiekrachten als· reactiemomenten kan opleveren waar- 10271 02 6 door bespaard kan worden op de massa en het traagheidsmoment , van het gehele gestel 1,2.

In het getoonde uitvoeringsvoorbeeld betreft het een gestel met een enkele vrijheidsgraad waarbij de besparing ten 5 opzichte van de stand van de techniek in massa circa 40% en in traagheid circa 10% bedraagt. De uitvinding is uiteraard evenzeer toepasbaar bij compensatie in meerdere vrijheidsgraden. De daarbij bereikbare besparing in massa en traagheid ligt op ten minste hetzelfde niveau. Verdere voordelen van de 10 uitvinding liggen in de beperking van het aantal te gebruiken onderdelen van het gestel waardoor een verminderde storings-. gevoeligheid wordt bereikt. Tevens kan het gestel 1,2 volgens de uitvinding met een lager energieverbruik in beweging worden gebracht.

10271 02

Claims (3)

1. Gestel omvattende een stationair gesteldeel en ten minste een daarmee gekoppeld beweegbaar gesteldeel waarbij voorzien is in ten minste een compensatiemassa en een 5 compensatierotatieorgaan voor het tegengaan van reactiekrach-ten en momenten op het stationaire gesteldeel bij bewegings-variatie van het beweegbare gesteldeel, met het kenmerk, dat de compensatiemassa is verenigd met het compensatierotatieorgaan.

2. Gestel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de compensatiemassa roteerbaar is gekoppeld met het beweegbare gesteldeel zodanig dat bij rotatie van het beweegbare gesteldeel de compensatiemassa tegengesteld roteert.

3. Gestel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, 15 dat de compensatiemassa is gevormd zodanig dat deze een effectief traagheidsmoment bezit dat in hoofdzaak gelijk is aan het traagheidsmoment van het beweegbare gesteldeel. 10271 02