RU154600U1

RU154600U1 - CODE MOVEMENT REPORT SYSTEM

Info

Publication number: RU154600U1
Application number: RU2015113649/02U
Authority: RU
Inventors: Яков Львович Либерман; Ранис Ринатович Кубатиев
Priority date: 2015-04-13
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2015-08-27

Abstract

Кодовая система отсчета перемещений объекта, связанного с приводом, содержащая передаточный механизм, кинематически связанный с приводом и объектом, и абсолютный энкодер, состоящий из кодовой шкалы и элементов считывания с нее информации, отличающаяся тем, что упомянутый передаточный механизм выполнен в виде троса, концы которого соединены с образованием замкнутого контура, а кодовая шкала выполнена в виде чередующихся светоотражающих и светопоглощающих участков троса, образующих кодовое кольцо, при этом трос в натянутом состоянии закреплен на стойке с помощью шкивов, а упомянутые элементы считывания размещены на стойке вдоль троса.A code reference system for moving the object associated with the drive, containing a transmission mechanism kinematically connected to the drive and the object, and an absolute encoder consisting of a code scale and elements for reading information from it, characterized in that the said transmission mechanism is made in the form of a cable, the ends of which connected with the formation of a closed loop, and the code scale is made in the form of alternating reflective and light-absorbing sections of the cable, forming a code ring, while the cable is in tension for replay on a rack by pulleys, and said reading elements are arranged on a rack along the cable.

Description

Предлагаемая кодовая система отсчета перемещений относится к области автоматического управления движением различных технических объектов и может быть использована в системах программного управления перемещением объектов типа телевизионных камер-наблюдателей, прожекторов и т.п. в качестве устройства обратной связи.The proposed code system for counting movements relates to the field of automatic control of the movement of various technical objects and can be used in software control systems for the movement of objects such as television cameras, spotlights, spotlights, etc. as a feedback device.

В настоящее время системы, аналогичные предлагаемой, известны. К ним относится, в частности, описанная в книге «В.Ю. Шишмарев. Типовые элементы систем автоматического управления. - М.: Академия, 2004» на стр. 253 (рис. 17.4). Она содержит привод, включающий в себя электродвигатель, и датчик положения (энкодер), установленный непосредственно на валу двигателя (на его хвостовике). При использовании системы выходной конец вала электродвигателя кинематически связывают с перемещаемым объектом и отсчет перемещения объекта ведут по данным, выдаваемым энкодером. Система - аналог обладает высокой надежностью и простотой, однако имеет серьезный недостаток - далеко не всегда обеспечивает требуемую точность отсчета. Причина этого в том, что, выбирая привод (двигатель), обеспечивающий перемещение, исходят из нагрузки на него -преодолеваемого им механического сопротивления. Это обусловливает требования к передаточному отношению кинематической связи двигателя с перемещаемым объектом. Но в таком случае выбор этого отношения предопределяет дискретность и, следовательно, точность отсчета перемещения, поскольку энкодер установлен, как отмечалось, на хвостовике вала двигателя. Из этого предопределения и вытекает не всегда удовлетворительная точность.Currently, systems similar to the one proposed are known. These include, in particular, described in the book “V.Yu. Shishmarev. Typical elements of automatic control systems. - M.: Academy, 2004 ”on page 253 (Fig. 17.4). It contains a drive that includes an electric motor, and a position sensor (encoder) mounted directly on the motor shaft (on its shank). When using the system, the output end of the motor shaft is kinematically connected with the moving object and the movement of the object is counted according to the data provided by the encoder. The analog system has high reliability and simplicity, but has a serious drawback - it does not always provide the required reading accuracy. The reason for this is that, when choosing a drive (motor) that provides movement, they proceed from the load on it — the mechanical resistance that it overcomes. This determines the requirements for the gear ratio of the kinematic connection between the engine and the moving object. But in this case, the choice of this ratio determines the discreteness and, therefore, the accuracy of the displacement count, since the encoder is installed, as was noted, on the shaft end of the motor. From this predestination, satisfactory accuracy does not always follow.

Для повышения точности системы отсчета обычно поступают так привод кинематически связывают дважды: с одной стороны с перемещаемым объектом, а с другой стороны - с энкодером (применяют обычно абсолютный энкодер, т.к. он позволяет избежать появления накопленных ошибок отсчета). Получается две кинематических цепи. Передаточное отношение одной выбирается исходя из нагрузки на двигатель, а передаточное отношение другой - исходя из требуемой дискретности и точности. Подобным образом выполнена, например, кодовая система отсчета перемещений, описанная в работе «Я.Л. Либерман, Е.В. Кокшин. Система цифрового отсчета перемещений рабочего органа машины / Патент РФ №131331 от 20.08.13», принятая нами за прототип.To increase the accuracy of the reference system, the drive is usually kinematically coupled twice: on the one hand, with a moving object, and on the other hand, with an encoder (usually an absolute encoder is used, since it allows avoiding the appearance of accumulated reference errors). It turns out two kinematic chains. The gear ratio of one is selected based on the load on the engine, and the gear ratio of the other is based on the required discreteness and accuracy. In this way, for example, the code system of reference for displacements described in the work “Ya. L. Liberman, E.V. Kokshin. The digital system of counting movements of the working body of the machine / RF Patent No. 131331 from 08/20/13 ", adopted by us for the prototype.

Указанная система содержит привод, связанный с перемещаемым объектом через передаточный механизм (типа «ходовой винт - гайка»), и абсолютный энкодер, связанный с приводом через другой передаточный механизм (типа планетарный передачи), энкодер при этом состоит из кодовой шкалы и элементов считывания с нее (это общеизвестный состав частей абсолютного энкодера).The specified system contains a drive connected to a moving object through a transmission mechanism (such as a “lead screw-nut”), and an absolute encoder connected to the drive through another transmission mechanism (such as a planetary gear), the encoder in this case consists of a code scale and reading elements with it (this is the well-known part of the absolute encoder parts).

При небольших габаритных размерах, например, при использовании в станках с программным управлением, система-прототип действительно обеспечивает высокую точность отсчета. Вместе с тем, при увеличении ее габаритных размеров, например, в случае применения в системе программного управления телекамерой, где камера может перемещаться на расстояния до нескольких десятков метров, ее точность падает. Это вызвано тем, что с увеличением габаритных размеров становится труднее обеспечить высокую кинематическую точность передаточных механизмов. Увеличивается и момент инерции механизмов и кодовой шкалы, что также ухудшает точность.With small overall dimensions, for example, when used in machine tools with programmed control, the prototype system really provides high accuracy of reading. At the same time, with an increase in its overall dimensions, for example, if a camera is used in the program control system of the camera, where the camera can move up to several tens of meters, its accuracy decreases. This is because with the increase in overall dimensions it becomes more difficult to ensure high kinematic accuracy of the transmission mechanisms. The moment of inertia of the mechanisms and the code scale also increases, which also impairs accuracy.

Задачей разработки предлагаемой полезной модели, в связи с этим, является повышение точности кодовой системы отсчета перемещений, позволяющее ее применять в случаях, когда перемещения осуществляются на большие расстояния.The task of developing the proposed utility model, in this regard, is to increase the accuracy of the code reference system for moving, allowing it to be used in cases where the movements are carried out over long distances.

Технически решение поставленной задачи достигается за счет того, что используется один передаточный механизм упрощенной конструкции, совмещающий в себе функции собственно передаточного механизма и кодовой шкалы абсолютного энкодера. Конструктивно это выражается в том, что кодовая система отсчета перемещений, содержащая привод, связанный с перемещаемым объектом через передаточный механизм, и абсолютный энкодер, состоящий из кодовой шкалы и элементов считывания информации с нее, отличается от прототипа тем, что передаточный механизм выполнен в виде троса, концы которого соединены, образуя замкнутый контур, кодовая шкала выполнена в виде чередующихся светоотражающих и светопоглощающих участков троса, образующих кодовое кольцо, трос закреплен на стойке с помощью шкивов в натянутом состоянии, а элементы считывания размещены на стойке вдоль троса.Technically, the solution of this problem is achieved due to the fact that one transmission mechanism of a simplified design is used, combining the functions of the transmission mechanism itself and the absolute encoder code scale. Structurally, this is expressed in the fact that the code reference system of movements containing the drive associated with the moving object through the transmission mechanism, and the absolute encoder, consisting of a code scale and elements for reading information from it, differs from the prototype in that the transmission mechanism is made in the form of a cable , the ends of which are connected, forming a closed loop, the code scale is made in the form of alternating reflective and light-absorbing sections of the cable forming a code ring, the cable is mounted on a rack with a pulley in a tensioned state, and the read elements are placed on a rack along the cable.

Схема предлагаемой кодовой системы отсчета приведена на фиг.A diagram of the proposed code reference system is shown in FIG.

Система предназначена для отсчета перемещении телекамеры 1, выполняющей функции робота-наблюдателя в цехе разборки-сборки оборудования, подвергавшегося воздействию радиации. Установлена она на потолке цеха, играющем роль стойки 2.The system is designed to count the movement of the camera 1, which acts as a robot observer in the disassembly-assembly workshop of equipment exposed to radiation. It is installed on the ceiling of the workshop, playing the role of rack 2.

Система имеет привод 3, связанный с объектом перемещения - телекамерой 1 через передаточный механизм, выполненный в виде троса 4, концы которого соединены так, что образуют замкнутый контур. Трос закреплен на стойке 2 в натянутом состоянии с помощью шкивов 5 и 6, из которых с приводом 3 соединен один - шкив 6. На тросе имеются светоотражающие 7 и светопоглощающие 8 участки. Те и другие выполнены, соответственно, путем покрытия специальной белой авиационной краской и воронением и на фигуре показаны условно: светоотражающие - жирно, светопоглощающие - тонко.The system has a drive 3, connected to the object of movement - camera 1 through a transmission mechanism, made in the form of a cable 4, the ends of which are connected so that form a closed loop. The cable is mounted on the rack 2 in a taut state using pulleys 5 and 6, of which one is connected to the drive 3 - pulley 6. The cable has reflective 7 and light-absorbing 8 sections. Those and others are made, respectively, by coating with a special white aviation paint and burnishing, and the figure shows conditionally: light-reflecting - bold, light-absorbing - thin.

Светоотражающие и светопоглощающие участки троса образуют кодовое кольцо. Указанное кольцо - это материально воспроизведенная последовательность нулей и единиц, n-членные отрезки которой представляют собой зафиксированные в ней неповторяющихся кодовых комбинации (А.Н. Радченко. Кодовые кольца как способ представления кодовых множеств / Автоматика и телемеханика, 1959, №7). На фигуре в качестве примера использовано кольцо, содержащее шестнадцать четырехчленных кодовых комбинации: 0000, 0001, 0010, 0100, 1001, 0011, 0110, 1101, 1010, 0101, 1011, 0111, 1111, 1110, 1100, 1000. Если из всех комбинации, расположенных именно в таком порядке, выбирать по одному крайнему левому знаку и расположить их последовательно в виде кольца, а затем нули воспроизвести на тросе светопоглощающими, а единицы светоотражающими участками, то и получится кодовое кольцо. В данном примере оно содержит все четырехчленные кодовые комбинации, а в общем случае может содержать любые n-членные (разумеется, в этом случае оно будет соответствующей длины). Чтобы прочитать с кольца кодовые комбинации нужно η элементов считывания (в приведенном примере - четыре), которые должны быть размещены вдоль троса. На фигуре показано, что эти элементы неподвижно закреплены на стойке 2. Выполнены они в предлагаемой системе в виде оптоэлектронных головок, каждая из которых содержит светоизлучатель и фотоприемник. Такие головки в настоящее время выпускаются серийно (наиболее распространенные из них головки типа Wenglor, SOE и др.).Reflective and light-absorbing sections of the cable form a code ring. The indicated ring is a materially reproduced sequence of zeros and ones, the n-membered segments of which are non-repeating code combinations fixed in it (AN Radchenko. Code rings as a way of representing code sets / Automation and Telemechanics, 1959, No. 7). In the figure, as an example, a ring containing sixteen four-membered code combinations is used: 0000, 0001, 0010, 0100, 1001, 0011, 0110, 1101, 1010, 0101, 1011, 0111, 1111, 1110, 1100, 1000. If of all the combinations located in this order, select one extreme left sign and arrange them sequentially in the form of a ring, and then reproduce zeros on the cable with light-absorbing, and units with light-reflecting sections, you get a code ring. In this example, it contains all four-membered code combinations, and in the general case it can contain any n-membered ones (of course, in this case it will be of corresponding length). To read code combinations from the ring, η reading elements (four in the given example) are needed, which should be placed along the cable. The figure shows that these elements are fixedly mounted on the rack 2. They are made in the proposed system in the form of optoelectronic heads, each of which contains a light emitter and a photodetector. Such heads are currently commercially available (the most common of them are heads of the type Wenglor, SOE, etc.).

При использовании системы включают привод 3 и считывают информацию с троса 5 с помощью элементов 9. Каждой из n кодовых комбинации будет соответствовать определенное положение телекамеры 1. В приведенном примере, включив привод 3 на вращение против часовой стрелки, с помощью элементов 9 можно получить перечисленные выше кодовые комбинации, соответствующие шестнадцати положениям телекамеры. Если применить пять, шесть и т.д. элементов считывания, то можно получить тридцать две, шестьдесят четыре и т.д. комбинации и отсчитать соответствующие им количества положений объекта перемещения. Таким образом можно построить требуемый вариант предложенной системы любой длины. Кинематическая точность отсчета перемещений при этом, в отличие от прототипа, не только не ухудшится, но даже увеличится, так как при увеличении габаритных размеров системы нетрудно увеличить и ее дискретность. Момент инерции передаточных механизмов и кодовой шкалы энкодера, образованного тросом и элементами считывания, если и возрастет, то несущественно. В итоге точность предложенной системы будет выше, чем системы-прототипа, что составит технический результат разработки.When using the system, they turn on drive 3 and read information from cable 5 using elements 9. Each of the n code combinations will correspond to a specific position of camera 1. In the above example, turning drive 3 on counterclockwise rotation, using elements 9 you can get the above code combinations corresponding to sixteen camera positions. If you apply five, six, etc. reading elements, you can get thirty-two, sixty-four, etc. combinations and count the corresponding number of positions of the object of movement. Thus, it is possible to build the required version of the proposed system of any length. The kinematic accuracy of the displacement counting in this case, unlike the prototype, will not only not deteriorate, but will even increase, since with an increase in the overall dimensions of the system it is not difficult to increase its discreteness. The moment of inertia of the transmission mechanisms and the code scale of the encoder formed by the cable and readout elements, if it increases, is not significant. As a result, the accuracy of the proposed system will be higher than the prototype system, which will be the technical result of the development.

Claims

A code reference system for moving the object associated with the drive, containing a transmission mechanism kinematically connected to the drive and the object, and an absolute encoder consisting of a code scale and elements for reading information from it, characterized in that the said transmission mechanism is made in the form of a cable, the ends of which connected with the formation of a closed loop, and the code scale is made in the form of alternating reflective and light-absorbing sections of the cable, forming a code ring, while the cable is in tension for replay on a rack by pulleys, and said reading elements are arranged on a rack along the cable.