RO110372B1 - Unitate electro-mecanica de poziționare unghiulară, în circuit mecanic închis - Google Patents

Abstract

Invenția se referă la o unitate de poziționare unghiulară, incrementală, destinată, în special, mașinilor-unelte automate, manipulatoarelor și roboților industriali, care utilizează motoare electrice de curent continuu, de mare putere. Unitatea este alcătuită dintr-un mecanism diferențial conic (A), care preia semnalul de intrare al unui motor electric (1) pas-cu-pas și îl transmite unui tachet oscilant (7), care, printr-un bloc distribuitor circular (B), cu micro-întrerupătoare (10), fototranzistori (22) sau cu bobină reostat (20), alimentează cu diferite tensiuni, motorul electric de acționare (11), cuplat cu un arbore de ieșire (13). Arborele de ieșire (13) este solidar cu o roată de fir (15) a unui mecanism de reacție inversă (D) și cu un tambur (17) ce poate fi imobilizat de un dispozitiv de blocare și indexare (E).

Description

Invenția se referă la o unitate de poziționare unghiulară, incrementală, acționată și comandată electric, în circuit mecanic închis, destinată diverselor acționări îh construcția de mașini-unelte automate, a roboților industriali și îh alte domenii în care este necesară o mișcare de rotație, incrementală.

în scopul furnizării unei mișcări de rotație controlabilă, este cunoscută o unitate electro-mecanică ce cuprinde un motor electric de curent continuu, cu turație reglabilă, comandat de un motor electric pilot.

Arborele motorului de acționare este cuplat cu un tahogenerator conectat la un bloc redresor, legat la bornele unui reostat liniar cuplat la un regulator-amplificator a cărui tensiune de ieșire alimentează motorul electric de acționare. Cursorul reostatului liniar este legat la borna unui al doilea reostat liniar, alimentat de un al doilea bloc redresor de tensiune stabilizată. Cursorul celui de-al doilea reostat este conectat cu regulatorul-amplificator. Ambele cursoare ale reostatelor sunt antrenate, sincronizat, de un șurub conducător comun, cuplat cu arborele motorului electric pilot. în locul celor două reostate liniare se pot utiliza doi potențiometri rotativi. Cursoarele celor doi potențiometri se mișcă sincronizat, fiind legate mobil între ele, cu ajutorul unui pinion angrenat cu un sector dințat. Mișcarea de rotație a motorului pilot este preluată de un reductor cu roți dințate, pe arborele de ieșire al acestuia fiind fixat cursorul unuia din potențiometri rotativi precum și sectorul dințat.

Invenția rezolvă problema transformării mișcării unghiulare, programate a unui motor electric pas-cu-pas, de mică putere, într-o mișcare de rotație sau de translație a unui element de comandă prin care se asigură alimentarea cu tensiuni crescătoare sau descrescătoare a unui motor electric de acționare, de mare putere.

Unitatea electro-mecanică de poziționare unghiulară, conform invenției_; este prevăzută cu un mecanism diferențial conic care, printr-o roată dințată conică este cuplat cu arborele motorului electric, pas-cu-pas, un braț port-satelit fiind legat printr-un arbore, fie de șurubul conducător care antrenează cursorul înfășurării reostat, liniare, fie de cursorul bobinei reostat, arborele motorului electric de acționare fiind în legătură, printr-un cuplaj elastic, cu un arbore de ieșire pe care este fixată o roată de fir care, împreună cu un fir inextensibil și o a doua roată de fir ce se rotește solidar cu o roată dințată pe arborele brațului port-satelit, constituie un mecanism de reacție inversă, roata de fir fixată pe arborele motorului electric de acționare fiind solidară cu un tambur prevăzut cu niște locașe în care poate pătrunde un opritor antrenat de un electromagnet.

Prin aplicarea invenției se obțin următoarele avantaje:

- creșterea preciziei de poziționare unghiulară a dispozitivului de lucru al mașiniiunelte, manipulatorului sau robotului;

- asigurarea obținerii unui cuplu de valoare ridicată la arborele de ieșire, chiar la turații reduse ale motorului electric de acționare;

- construcție simplă și fiabilitate ridicată.

Se dau, în continuare, două exemple de realizare a invenției, în legătură și cu fig.l...8, care reprezintă:

- fig.l, schema cinematică a unității electro-mecanice de poziționare unghiulară;

- fig.2, vedere frontală, simplificată, a blocului distribuitor circular B din fig.l;

- fig.3, vedere frontală, simplificată, a blocului distribuitor circular B din fig.l, într-o variantă constructivă;

- fig.4, vedere frontală, simplificată a blocului distribuitor circular B din fig.l, într-o a doua variantă constructivă;

- fig.5, schema cinematică a unității electromecanice de poziționare, în al doilea exemplu de realizare;

- fig.6, vedere simplificată a blocului distribuitor liniar F din fig.5, într-o variantă constructivă;

- fig.7, vedere simplificată a blocului distribuitor liniar F din fig.5, într-o a doua variantă constructivă;

- fig.8, schema bloc a unității electromecanice de poziționare.

Unitatea electro-mecanică de poziționare, conform invenției, este constituită dintr-un motor electric 1 pas-cu-pas al cărui arbore este cuplat cu o roată dințată conică 2 a unui mecanism diferențial conic A, având un pinion-satelit 3, lăgăruit pe capătul unui braț port-satelit 4. Brațul port-satelit 4 este solidar cu un arbore a pe care se rotește o roată dințată conică 5 solidară cu o roată de fir 6 și aflată în angrenare cu pinionul-satelit 3.

Capătul exterior al arborelui a este conectat la un bloc distribuitor circular B, prin intermediul unui tachet oscilant 7, prevăzut cu o rolă-tachet 8. Blocul distribuitor circular B este constituit dintr-un tambur fix 9, dispus coaxial cu arborele a, la periferia tamburului fix 9, așa cum se arată și în fig.2, fiind montate niște microîntrerupătoare 10. Microîntrerupătoarele 10 sunt dispuse simetric pe partea dreaptă și pe partea stângă a tamburului fix 9, față de un punct 0, corespunzător poziției de repaus a unității electro-mecanice, astfel încât să poată fi acționate, succesiv, de rola-tachet 8, care în timpul funcționării, descrie într-un sens sau în sensul opus, arce de cerc concentrice cu tamburul fix 9. Microîntrerupătoarele 10 sunt conectate la o sursă C de tensiune continuă, care asigură alimentarea în trepte cu tensiuni cuprinse între 0 și 12 V sau 0 și 24 V, a unui motor electric de acționare 11 de curent continuu, de mare putere. în funcție de sensul x sau y de rotație a tachetului-oscilant 7, la dreapta sau la stânga față de punctul 0, prin modificarea polarității tensiunii de alimentare, se asigură rotirea motorului electric de acționare 11 într-un sens sau în sensul opus. Numărul de microîntrerupătoare 10 de pe periferia tamburului fix 9, de pe o jumătate și de pe cealaltă jumătate a sa, depinde de aplicația respectivă și este în concordanță cu numărul de trepte al sursei de tensiune C în funcție de care se alege diametrul tamburului fix 9 și distanța dintre microîntrerupătoarele 10.

Printr-un cuplaj elastic 12, arborele motorului electric de acționare 11 este legat de un arbore de ieșire 13, de la care se culege mișcarea unghiulară ce se transmite unui dispozitiv de lucru 14 aparținând, de exemplu, unei mașini-unelte sau unui robot industrial. Pe arborele de ieșire 13 este fixată o a doua roată de fir 15 care, împreună cu un fir inextensibil 16 și cu roata de fir 6, alcătuiesc un mecanism de reacție inversă D.

Roata de fir 15 este solidară cu un tambur 17 prevăzut cu niște locașe b în care poate pătrunde un opritor 18 acționat de un electromagnet 19, elemente care alcătuiesc împreună un dispozitiv de blocare și indexare

E.

Așa după cum se arată în fig. 3, blocul distribuitor circular B, într-o variantă constructivă, poate fi alcătuit dintr-o bobină reostat 20 de formă circulară, pe exteriorul căreia se deplasează un cursor 21 fixat pe capătul tachetului oscilant 7, în locul rolei tachet 8.

De asemenea, în altă variantă, ilustrată în fig.4, microîntrerupătoarele 10, aflate pe periferia tamburului fix 9, sunt înlocuite de niște fototranzistori 22 care, în timpul funcționării, sunt activați de o sursă luminoasă 23, montată pe capătul tachetului oscilant 7, în locul rolei-tachet 8. în aceste variante este posibilă discretizarea tensiunii de alimentare a motorului electric de acționare 11 îhtr-un număr mai mare de trepte de tensiune, de exemplu din 0,5 în 0,5 V.

într-un alt exemplu de realizare a invenției, ilustrat în fig.5...7, unitatea electromecanică de poziționare este alcătuită din motorul electric 1 pas-cu-pas, mecanismul diferențial conic A, sursa C, motorul electric de acționare 11, mecanismul de reacție inversă D, și dispozitivul de blocare și indexare E, la fel ca și în primul exemplu de realizare, ilustrat în fig.l.

Spre deosebire de primul exemplu de realizare, arborele a al brațului port-satelit 4 este cuplat cu un șurub conducător 24 care angrenează cu o piuliță 25 blocată împotriva rotirii de un ghidaj 26. Piulița 25 este solidară cu un tachet 27 prevăzut cu rola-tachet 8 care conlucrează cu un bloc distribuitor liniar F, alcătuit dintr-un suport 28 pe care, în mod simetric față de un punct 0, sunt montate microîntrerupătoarele 10, conectate cu sursa C de tensiune continuă, care asigură alimentarea motorului electric de acționare 11 de curent continuu, cu diferite tensiuni, cuprinse, de exemplu, în domeniul 0...12 V sau 0...24 V.

în mod similar, cu primul exemplu de realizare a invenției, în care blocul distribuitor circular B include o bobină reostat 20 și un cursor 21, și în cazul celui de-al doilea exemplu de realizare, într-o variantă constructivă, blocul distribuitor liniar F poate fi constituit dintr-o înfășurare reostat 29 de formă liniară, pe care se deplasează un cursor 30, montat pe capătul tachetului 27, în locul roleitachet 8, așa cum este ilustrat în fig.6.

De asemenea, similar cu blocul distribuitor circular B ilustrat ui fig.4, blocul distribuitor liniar F este realizat, într-o altă variantă - ilustrată în fig.7 - cu ajutorul fototranzistorilor 22 montați pe suportul 28, la un pas bine determinat, în locul micro-întrerupătoarelor 10 și care sunt activați de sursa luminoasă 23 montată pe capătul tachetului 27, în locul rolei-tachet 8.

Unitatea de poziționarea, conform primului exemplu de realizare descris mai sus, funcționează în felul următor: în repaus, motorul electric de acționare 11, este nealimentat, iar dispozitivul de blocare și indexare E, prin opritorul 18, imobilizează tamburul 17 și. solidar cu acesta și roata de fir 15; în consecință prin firul inextensibil 16, este imobilizată și roata dințată conică 5 a mecanismului diferențial conic A. în momentul în care motorul electric 1, pas-cu-pas, primește o comandă programabilă, respectiv un anumit număr de impulsuri electrice, el se rotește întrun anume sens cu o mărime unghiulară, prestabilită. Această mișcare se transmite, prin roata dințată conică 2, pinionului-satelit 3 al mecanismului diferențial conic A, care începe să se rostogolească pe roata dințată conică 5 și antrenează în mișcare de rotație cu un anumit unghi arborele a al brațului port-satelit 4. Arborele a antrenează la rândul său, tachetul oscilant 7 care, prin rola-tachet 8, activează primul micro-întrerupător 10 al blocului distribuitor circular B și ca urmare, motorul electric de acționare 11 este alimentat cu o anumită tensiune. în mod similar, în cazul celorlalte variante ale blocului distribuitor circular B, tachetul oscilant 7 rotește, fie cursorul 21 pe bobina reostat 20, fie sursa luminoasă 23 care activează primul fototranzistor 22 de pe tamburul fix 9, determinând alimentarea cu tensiune a motorului electric de acționare 11. Mișcarea de rotație a arborelui de ieșire 13 este preluată de roata de fir 15 care, prin firul inextensibil 16 și roata de fir 6, asigură reacția inversă.

Din acest moment se inițiază etapa de sincronizare în care ambele motoare electrice funcționează, motorul electric 1 pas-cu-pas rotindu-se cu viteza unghiulară proprie, iar motorul electric de acționare 11 de curent continuu rotindu-se cu o viteză de rotație corespunzătoare tensiunii de comandă, furnizată de prima treaptă a blocului distribuitor circular B. întrucât există și o diferență, în valoare absolută, între vitezele de rotație ale motoarelor electrice 1 și 11, se produce, în continuare, rotirea brațului portsatelit 4 împreună cu tachetul oscilant 7, în sensul vitezei celei mai mari, respectiv în sensul de rotație a motorului electric 1, pas-cupas, fapt care determină blocul distribuitor circular B să furnizeze succesiv, tensiuni crescătoare motorului electric de acționare 11, până în momentul în care dispare diferența în valoare absolută dintre vitezele unghiulare ale celor două motoare electrice 1 și 11. în acest moment, încetează rotația brațului port-satelit 4, precum și a tachetului oscilant 8, moment în care are loc sincronizarea propriu-zisă a celor două motoare electrice 1 și 11. în această etapă de sincronizare, datorită mecanismului diferențial conic A, se produce însumarea algebrică a semnalului de intrare furnizat de motorul electric 1, pas-cu-pas și mișcarea de rotație a roții dințate conice 5.

în continuare, după efectuarea numărului programat de pași, motorul electric 1 pascu-pas se oprește, iar motorul electric de acționare 11 continuă să se rotească, datorită alimentării sale cu tensiunea corespunzătoare a ultimei trepte determinată de poziția tachetului oscilant 7 în blocul distribuitor circular B. Din acest moment începe etapa de oprire caracterizată prin faptul că mecanismul diferențial conic A se transformă într-un mecanism elementar cu un grad de mobilitate la care, de data aceasta, semnalul de intrare se aplică roții dințate conice 5, prin intermediul mecanismului de reacție inversă D, care preia mișcarea de rotație a arborelui de ieșire 13, roata dințată conică 2, fiind în acest moment, fixă.

în consecință, tachetul oscilant 7, ce primește un semnal de ieșire prin intermediul brațului port-satelit 4 și al arborelui a al acestuia, revine către poziția inițială 0, comandând, succesiv, prin microîntrerupătoarele 10, prin fototranzistorii 22 sau prin bobina reostat 20, acționate în sens invers, scăderea tensiunii de alimentare a motorului electric de acționare 11. Are loc, astfel, autoînchiderea motorului electric de acționare 11, odată cu revenirea tachetului oscilant 7 în poziția inițială urmată de întreruperea alimentării motorului electric de acționare 11.

în acest moment este comandat, în sens invers, dispozitivul de blocare și indexare E, care imobilizează, instantaneu, roata de fir 15, indexarea opritorului 18 într-unul din locașele b ale tamburului 17 fiind favorizată de exis- 5 tenta cuplajului elastic 12.

Funcționarea unității descrisă în cel de-al doilea exemplu de realizare este asemănătoare cu funcționarea unității în primul exemplu, cu deosebirea că mișcarea de rotație 10 preluată de arborele a al brațului port-satelit 4 este transmisă șurubului conducător 24 care, rotindu-se imprimă piuliței 25 o mișcare de translație în sensul x sau y. Ca urmare, tachetul prin rola-tachet 8, acționează, succesiv, asupra microîntrerupătoarelor 10 ale blocului distribuitor liniar F, care asigură alimentarea cu tensiune a motorului electric de acționare 11. în mod similar, în cazul celorlalte variante constructive ale blocului distribuitor liniar F, ilustrate în fig.6 și respectiv fig.7, tachetul 27, prin cursorul 30 culege anumite tensiuni de pe înfășurarea reostat 29 sau, prin sursa luminoasă 23 activează fototranzistorii 22.

în ambele exemple de realizare a invenției, funcționarea unității electro-mecanice de poziționare se desfășoară după schema logică din tabelul care urmează.

Etapa de funcționare	Motor electric 1, pascu-pas	Motor electric de acționare 11
1	Repaus	0	0
2	Demarare	1	0
3	Sincronizare	1	1
4	Oprire	0	1
5	Repaus	0	0

Revendicare

Claims (1)

1. Revendicare

   Unitate electro-mecanică de poziționare 3 o unghiulară, în circuit mecanic închis, cuprinzând un motor electric de acționare și un motor electric pilot al cărui arbore antrenează cursorul unui potențiometru rotativ sau, printr-un mecanism șurub-piuliță, deplasează cursorul unui 35 reostat liniar, caracterizată prin aceea că este prevăzută cu un mecanism diferențial conic (A) care, printr-o roată dințată conică (2) este cuplat cu arborele motorului electric (1), pascu-pas, un braț port-satelit (4) fiind legat 40 printr-un arbore (a), fie de șurubul conducător (24) care antrenează cursorul (30) înfășurării reostat (29), liniare, fie de cursorul (21) bobinei reostat (20), arborele motorului electric de acționare (11) fiind în legătură, printr-un cuplaj elastic (12), cu un arbore de ieșire (13) pe care este fixată o roată de fir (15) care, împreună cu un fir inextensibil (16) și o a doua roată de fir (6) ce se rotește solidar cu o roată dințată (5) pe arborele (a) brațului portsatelit (4), constituie un mecanism de reacție inversă (D), roata de fir (15) fixată pe arborele motorului electric de acționare (11) fiind solidară cu un tambur (17) prevăzut cu niște locașe (b) în care poate pătrunde un opritor (18) antrenat de un electromagnet (19).

   Președintele comisiei de examinare: ing. Vasilescu Ion Examinator : ing. Gurzău loan