RU160949U1 - DEVICE FOR STABILIZING THE POSITION OF A VOLUME BODY IN A SPACE WITH A POWER COMPENSATION OF DECLINING INFLUENCE - Google Patents

DEVICE FOR STABILIZING THE POSITION OF A VOLUME BODY IN A SPACE WITH A POWER COMPENSATION OF DECLINING INFLUENCE Download PDF

Info

Publication number
RU160949U1
RU160949U1 RU2015153511/28U RU2015153511U RU160949U1 RU 160949 U1 RU160949 U1 RU 160949U1 RU 2015153511/28 U RU2015153511/28 U RU 2015153511/28U RU 2015153511 U RU2015153511 U RU 2015153511U RU 160949 U1 RU160949 U1 RU 160949U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
flywheel
flywheels
control unit
volumetric body
rotation
Prior art date
Application number
RU2015153511/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Викторович Рядчиков
Григорий Георгиевич Бубнов
Евгений Владимирович Плужник
Семен Ильич Сеченев
Original Assignee
Игорь Викторович Рядчиков
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Игорь Викторович Рядчиков filed Critical Игорь Викторович Рядчиков
Priority to RU2015153511/28U priority Critical patent/RU160949U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU160949U1 publication Critical patent/RU160949U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/02Rotary gyroscopes
    • G01C19/04Details

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Motorcycle And Bicycle Frame (AREA)

Abstract

1. Устройство для стабилизации положения объемного тела в пространстве с силовой компенсацией отклоняющих воздействий, включающее в себя два маховика с приводами маховиков, соединенные с объемным телом, блок управления, соединенный с датчиками положения, источником электропитания и приводами маховиков, причем оси вращения всех маховиков пересекаются в одной точке, отличающееся тем, что центр масс одного маховика совпадает с центром масс второго маховика и расположен внутри объемного тела, при этом блок управления соединен с датчиками угловой скорости вращения каждого маховика.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутри объемного тела расположен дополнительный маховик со своим приводом, причем оси вращения всех маховиков пересекаются в одной точке.3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что центры масс всех маховиков совпадают.4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оси вращения всех маховиков ортогональны.5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый маховик имеет датчик положения маховика, соединенный с блоком управления.6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый маховик имеет датчик угловой скорости вращения маховика, соединенный с блоком управления.7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый привод маховика имеет датчик положения маховика, соединенный с блоком управления.8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый привод маховика имеет датчик угловой скорости вращения маховика, соединенный с блоком управления.1. A device for stabilizing the position of a volumetric body in space with power compensation of deflecting influences, including two flywheels with flywheel drives connected to a volumetric body, a control unit connected to position sensors, an electrical power source and flywheel drives, and the rotation axes of all flywheels intersect at one point, characterized in that the center of mass of one flywheel coincides with the center of mass of the second flywheel and is located inside the volumetric body, while the control unit is connected to the sensors global rotational speed of each flywheel. 2. The device according to claim 1, characterized in that an additional flywheel with its drive is located inside the volumetric body, and the rotation axes of all the flywheels intersect at one point. 3. The device according to claim 2, characterized in that the centers of mass of all the flywheels coincide. 4. The device according to claim 2, characterized in that the rotation axes of all the flywheels are orthogonal. The device according to claim 1, characterized in that each flywheel has a flywheel position sensor connected to the control unit. 6. The device according to claim 1, characterized in that each flywheel has a sensor of angular speed of rotation of the flywheel connected to the control unit. The device according to claim 1, characterized in that each flywheel drive has a flywheel position sensor connected to the control unit. The device according to claim 1, characterized in that each flywheel drive has a flywheel angular velocity sensor connected to the control unit.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель.The technical field to which the utility model belongs.

Полезная модель относится к устройствам для стабилизации положения объемного тела в пространстве с силовой компенсацией отклоняющих воздействий, включающее в себя два маховика с приводами маховиков, соединенные с объемным телом, блок управления, соединенный с датчиками положения, источником электропитания и приводами маховиков, причем оси вращения всех маховиков пересекаются в одной и может использоваться в робототехнике для стабилизации шагающих роботов, для стабилизации летательных аппаратов, зданий во время землетрясений и прочем.The invention relates to devices for stabilizing the position of a three-dimensional body in space with power compensation of deflecting influences, including two flywheels with flywheel drives connected to a three-dimensional body, a control unit connected to position sensors, a power source, and flywheel drives, all of which are rotational axes flywheels intersect in one and can be used in robotics to stabilize walking robots, to stabilize aircraft, buildings during earthquakes and other m

Уровень техники.The level of technology.

Для поддержания одинакового положения в пространстве объемного тела могут применятся различные устройства. Типичным примером такого устройства является любая гиростабилизированная платформа. При появлении отклоняющего воздействия на нее или связанную с ней платформу или объемное тело, положение которого нужно стабилизировать, такое устройство создает момент сил, направленный на противодействие отклоняющему воздействию. Недостатком такого решения является то, что любая гироскопическая система при компенсации отклоняющего воздействия обладает нежелательной прецессией, которую приходится компенсировать.To maintain the same position in the space of the volumetric body, various devices can be used. A typical example of such a device is any gyro-stabilized platform. When a deflecting effect appears on it or a platform or volume body connected with it, the position of which needs to be stabilized, such a device creates a moment of forces aimed at counteracting the deflecting effect. The disadvantage of this solution is that any gyroscopic system, when compensating for the deflecting effect, has an undesirable precession, which must be compensated.

Известны из уровня техники устройства, которые стабилизируют положение в пространстве объемного тела без применения гироскопов. Так известно из уровня техники устройство для стабилизации положения объемного тела в пространстве с силовой компенсацией отклоняющих воздействий, включающее в себя два маховика с приводами маховиков, соединенные с объемным телом, блок управления, соединенный с датчиками положения, источником электропитания и приводами маховиков, причем оси вращения всех маховиков пересекаются в одной точке, см статью «The Cubli: A Reaction Wheel Based 3D Inverted Pendulum» (Кубли: Обратный маятник в трех измерениях на основе маховиков), опубликованного 17-19 июля 2013 года, в Цюрихе, Швейцария, на Европейской Конференции по Управлению (2013 European Control Conference (ЕСС), July 17-19, 2013,

Figure 00000002
, Switzerland)Known from the prior art devices that stabilize the position in space of a three-dimensional body without the use of gyroscopes. It is well known from the prior art that a device for stabilizing the position of a volumetric body in space with power compensation of deflecting influences, including two flywheels with flywheel drives connected to a volumetric body, a control unit connected to position sensors, a power source and flywheel drives, with rotation axes all flywheels intersect at one point, see the article “The Cubli: A Reaction Wheel Based 3D Inverted Pendulum” (Kubli: Three-Dimensional Inverse Pendulum Based on Flywheels), published July 17-19, 2013, in Zuri ie, Switzerland, at the European Conference on Management (2013 European Control Conference (ECC), July 17-19, 2013
Figure 00000002
, Switzerland)

Ссылка в Интернет:Internet Link:

http://www.idsc.ethz.ch/content/dam/ethz/special-interest/mavt/dynamic-systems-n-control/idsc-dam/Research_DAndrea/Cubli/Cubli_ECC2013.pdfhttp://www.idsc.ethz.ch/content/dam/ethz/special-interest/mavt/dynamic-systems-n-control/idsc-dam/Research_DAndrea/Cubli/Cubli_ECC2013.pdf

В данном уровне техники описан куб, называемый «Кубли», который включает в себя три маховика, расположенных ортогонально друг другу и находящихся на трех смежных гранях.In the prior art, a cube called “Kubli” is described, which includes three flywheels arranged orthogonally to each other and located on three adjacent faces.

Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели и взято за прототип к предлагаемой полезной модели.This device is the closest in technical essence to the claimed utility model and is taken as a prototype for the proposed utility model.

Недостатком данного устройства является недостаточное обеспечение устойчивости положения в трехмерном пространстве. Действительно, оно позволяет стабилизировать объемное тело, находящееся в положении неустойчивого равновесия, но может компенсировать только небольшие отклоняющие воздействия. При сильных отклоняющих воздействиях объемное тело теряет устойчивость. Тем самым такое решение возможно применять как учебное пособие, но невозможно применять на практике для стабилизации шагающих роботов, для стабилизации летательных аппаратов, зданий во время землетрясений.The disadvantage of this device is the lack of stability in three-dimensional space. Indeed, it makes it possible to stabilize a bulk body in an unstable equilibrium position, but can only compensate for small deflecting influences. With strong deflecting influences, the bulk body loses stability. Thus, such a solution can be used as a textbook, but it is impossible to put into practice for stabilization of walking robots, for stabilization of aircraft, buildings during earthquakes.

Раскрытие полезной модели.Disclosure of a utility model.

Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящая полезная модель, главным образом, имеет целью предложить устройство для стабилизации положения объемного тела в пространстве с силовой компенсацией отклоняющих воздействий, включающее в себя два маховика с приводами маховиков, соединенные с объемным телом, блок управления, соединенный с датчиками положения, источником электропитания и приводами маховиков, причем оси вращения всех маховиков пересекаются в одной точке и позволяющую как минимум сгладить, указанный выше недостаток, а именно обеспечить повышение устойчивости положения объемного в пространстве, что и является поставленной технической задачей настоящей полезной модели.The present utility model, based on this original observation, mainly aims to propose a device for stabilizing the position of a volumetric body in space with power compensation of deflecting influences, including two flywheels with flywheel drives connected to a volumetric body, a control unit connected to position sensors , the power supply and the flywheel drives, and the axis of rotation of all the flywheels intersect at one point and allowing at least to smooth out the above disadvantage, and Menno provide increasing stability of the position volume in space, which is the technical problem of the present utility model.

Для достижения этой цели центр масс одного маховика совпадает с центром масс второго маховика и расположен внутри объемного тела, при этом блок управления соединен с датчиками угловой скорости вращения каждого маховика. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность многократно повысить возможности стабилизации объемного тела, так как восстанавливающий равновесие момент инерции будет исходить из одной точки.To achieve this, the center of mass of one flywheel coincides with the center of mass of the second flywheel and is located inside the volumetric body, while the control unit is connected to the sensors of the angular velocity of rotation of each flywheel. Thanks to such an advantageous characteristic, it becomes possible to repeatedly increase the stabilization capabilities of a volumetric body, since the moment of inertia restoring equilibrium will come from one point.

Дополнительным преимуществом наличия указанных признаков является то, что появляется возможность очень быстро реагировать на отклоняющие воздействия.An additional advantage of the presence of these signs is that it becomes possible to respond very quickly to deflecting influences.

Существует возможный вариант исполнения полезной модели, в котором внутри объемного тела расположен дополнительный маховик со своим приводом, причем оси вращения всех маховиков пересекаются в одной точке. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность стабилизировать положение в пространстве объемного тела при наличии произвольных отклоняющих воздействий и отсутствию одной из двух точек опоры. Действительно, при наличии одной точки опоры поддерживать равновесие можно уже с двумя ортогональными маховиками.There is a possible embodiment of a utility model in which an additional flywheel with its drive is located inside the volumetric body, and the rotation axes of all flywheels intersect at one point. Thanks to such an advantageous characteristic, it becomes possible to stabilize the position in space of a volumetric body in the presence of arbitrary deflecting influences and the absence of one of the two fulcrum. Indeed, if there is one fulcrum, balance can already be maintained with two orthogonal flywheels.

Существует и такой возможный вариант исполнения полезной модели, в котором центры масс всех маховиков совпадают. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность повысить возможности устройства стабилизировать объемное тело тремя маховиками.There is also such a possible embodiment of a utility model in which the centers of mass of all flywheels coincide. Thanks to this advantageous characteristic, it becomes possible to increase the device's ability to stabilize the volumetric body with three flywheels.

Существует кроме того и такой возможный вариант исполнения полезной модели, в котором оси вращения всех маховиков ортогональны. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность использовать максимально эффективную схему расположения маховиков, когда моменты инреции маховиков взаимно перпендикулярны.In addition, there is such a possible embodiment of a utility model in which the rotation axes of all the flywheels are orthogonal. Thanks to this advantageous characteristic, it becomes possible to use the most efficient layout of the flywheels when the moments of inertia of the flywheels are mutually perpendicular.

Существует также вариант исполнения полезной модели, в котором каждый маховик имеет датчик положения маховика, соединенный с блоком управления. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность контролировать положение маховика и производить мониторинг влияния его положения на равновесие объемного тела.There is also an embodiment of the utility model in which each flywheel has a flywheel position sensor connected to the control unit. Thanks to this advantageous characteristic, it becomes possible to control the position of the flywheel and to monitor the influence of its position on the balance of the volumetric body.

Кроме того существует возможный вариант исполнения полезной модели, в котором каждый маховик имеет датчик угловой скорости вращения маховика, соединенный с блоком управления. Благодаря такой выгодной характеристике появляется возможность контролировать угловую скорость маховика и производить мониторинг влияния ее величины на равновесие объемного тела.In addition, there is a possible embodiment of the utility model in which each flywheel has a sensor of angular speed of rotation of the flywheel connected to the control unit. Thanks to this advantageous characteristic, it becomes possible to control the angular velocity of the flywheel and to monitor the effect of its magnitude on the equilibrium of the volumetric body.

Существует возможный вариант исполнения полезной модели, в котором каждый привод маховика имеет датчик положения маховика, соединенный с блоком управления. Благодаря такой выгодной характеристике появляется альтернативная вышеуказанной возможность расположения датчика положения маховика, не в самом маховике а в его приводе.There is a possible embodiment of a utility model in which each flywheel drive has a flywheel position sensor connected to a control unit. Thanks to this advantageous characteristic, an alternative to the aforementioned possibility arises of arranging the flywheel position sensor, not in the flywheel itself but in its drive.

Существует возможный вариант исполнения полезной модели, в котором каждый привод маховика имеет датчик угловой скорости вращения маховика, соединенный с блоком управления. Благодаря такой выгодной характеристике появляется альтернативная вышеуказанной возможность расположения датчика угловой скорости вращения маховика, не в самом маховике а в его приводе.There is a possible embodiment of a utility model in which each flywheel drive has a flywheel angular rotation speed sensor connected to a control unit. Due to this advantageous characteristic, an alternative to the aforementioned possibility arises of arranging the sensor of the angular speed of rotation of the flywheel, not in the flywheel itself but in its drive.

Совокупность существенных признаков предлагаемой полезной модели неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для полезной модели.The set of essential features of the proposed utility model is unknown from the prior art for devices of similar purpose, which allows us to conclude that the criterion of "novelty" for the utility model is met.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

Другие отличительные признаки и преимущества полезной модели ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:Other distinguishing features and advantages of the utility model clearly follow from the description below for illustration and not being restrictive, with reference to the accompanying drawings, in which:

- фигура 1 изображает функциональную схему устройства для стабилизации положения объемного тела в пространстве, согласно полезной модели.- figure 1 depicts a functional diagram of a device for stabilizing the position of a volumetric body in space, according to a utility model.

- фигура 2 изображает схематичное расположение элементов устройства в пространстве, согласно полезной модели.- figure 2 depicts a schematic arrangement of the elements of the device in space, according to the utility model.

- фигура 3 схематично изображает этапы функционирования устройства для стабилизации положения объемного тела в пространстве, согласно полезной модели.- figure 3 schematically depicts the stages of the operation of the device to stabilize the position of the volumetric body in space, according to the utility model.

Согласно фигурам 1-2 устройство для стабилизации положения объемного тела в пространстве с силовой компенсацией отклоняющих воздействий включает в себя два маховика 11 и 12 с приводами маховиков 111 и 121, соединенные с объемным телом, корпус которого показан как 2, блок управления 3, соединенный с датчиками положения 4, источником электропитания 5 и приводами маховиков 111 и 121. Оси вращения всех маховиков 11 и 12 пересекаются в одной точке, показана на фигуре 1 как О.According to figures 1-2, a device for stabilizing the position of a volumetric body in space with power compensation of deflecting influences includes two flywheels 11 and 12 with drives of flywheels 111 and 121 connected to a volumetric body, the casing of which is shown as 2, control unit 3 connected to position sensors 4, power supply 5 and the actuators of the flywheels 111 and 121. The axis of rotation of all the flywheels 11 and 12 intersect at one point, shown in figure 1 as O.

Центр масс одного маховика 11 совпадает с центром масс второго маховика 12 и расположен внутри объемного тела. Внутри объемного тела может быть расположен дополнительный маховик 13 со своим приводом 131, причем оси вращения всех маховиков пересекаются в одной точке.The center of mass of one flywheel 11 coincides with the center of mass of the second flywheel 12 and is located inside the volumetric body. An additional flywheel 13 with its drive 131 can be located inside the volumetric body, and the axis of rotation of all the flywheels intersect at one point.

Центры масс всех маховиков 11, 12, 13 могут совпадать. Оси вращения всех маховиков могут быть ортогональны. Такой именно вариант и изображен на фигуре 2. Двойными стрелками показано возможное направлении вращения маховиков.The centers of mass of all flywheels 11, 12, 13 can coincide. The axis of rotation of all flywheels can be orthogonal. Such an option is shown in figure 2. Double arrows show the possible direction of rotation of the flywheels.

Каждый маховик может иметь датчик положения маховика и/или датчик угловой скорости вращения, соединенный с блоком управления. Или же каждый привод маховика имеет датчик положения маховика, и/или датчик угловой скорости вращения маховика, соединенный с блоком управления. На фигурах не показаны.Each flywheel may have a flywheel position sensor and / or an angular rotation speed sensor connected to the control unit. Or, each flywheel drive has a flywheel position sensor and / or a flywheel angular rotation speed sensor connected to a control unit. The figures are not shown.

Приводы 111, 121, 131 маховиков могут быть выполнены в виде электродвигателей, в том числе иметь свои контроллеры и сервоприводы, показаны как 112, 122, 132.The flywheel drives 111, 121, 131 can be made in the form of electric motors, including having their own controllers and servos, shown as 112, 122, 132.

Устройство может иметь блоки торможения маховиков, которые соединены с боком управления. На фигуре 1 показаны как 113, 123, 133. В качестве таких блоков торможения маховиков могут использоваться приводы маховиков, которые как раскручивают маховики, так и тормозят их вращение.The device may have flywheel braking units that are connected to the control side. The figure 1 shows both 113, 123, 133. As such blocks for braking the flywheels, flywheel drives can be used, which both spin the flywheels and slow down their rotation.

Блок управления может быть соединен посредством беспроводной технологии с удаленным компьютером для передачи и обмена данными. Удаленный компьютер обозначен как 6. Соединение между предлагаемым устройством и удаленным компьютером может осуществляться посредством объединенной сети. Объединенная сеть включает в себя различные топологии, конфигурации и компоновки компонентов межсетевого соединения, выполненные с возможностью соединять между собой корпоративные, глобальные и локальные вычислительные сети, и включает в себя, без ограничения, традиционные проводные, беспроводные, спутниковые, оптические и эквивалентные сетевые технологии.The control unit may be connected via wireless technology to a remote computer for data transmission and exchange. The remote computer is designated as 6. The connection between the proposed device and the remote computer can be carried out through an integrated network. An integrated network includes various topologies, configurations, and layouts of interconnect components configured to interconnect corporate, global, and local area networks, and includes, without limitation, traditional wired, wireless, satellite, optical, and equivalent network technologies.

В общем случае количество маховиков может быть и большим трем, хотя теоретически три маховика могут компенсировать любое по направлению внешнее воздействие. Каждый маховик может дублироваться, что особенно важно для повышения скорости реагирования как на появление отклоняющего воздействия, так и на резкое его прекращение.In the general case, the number of flywheels can be a large three, although theoretically three flywheels can compensate for any external influence in the direction. Each flywheel can be duplicated, which is especially important for increasing the response speed both to the appearance of a deflecting effect and to its abrupt cessation.

Осуществление полезной модели.Implementation of a utility model.

Устройство для стабилизации положения объемного тела в пространстве используют следующим образом. (Приводится не ограничивающий применения полезной модели пример использования).A device for stabilizing the position of a volumetric body in space is used as follows. (A non-limiting example of a utility model is given).

Этап А1. Размещают три маховика во взаимно ортогональных плоскостях согласно фиг. 2.Stage A1. Three flywheels are placed in mutually orthogonal planes according to FIG. 2.

Этап А2. При любом внешнем воздействии регистрируют его с помощью датчиков 4, которых используют два, располагая на удалении друг от друга. В качестве таких датчиков используют, например, МЭМС-акселерометры ST, которые способны измерять ускорение и вибрацию одновременно в трех направлениях.Stage A2. With any external impact, it is recorded using sensors 4, which are used by two, located at a distance from each other. As such sensors are used, for example, MEMS accelerometers ST, which are capable of measuring acceleration and vibration simultaneously in three directions.

Этап A3. Показания датчиков, соответствующие наличию внешнего отклоняющего воздействия, 4 передают на блок управления 3, в котором данные пересчитываются для вычисления соответствующего управляющего сигнала, который передают через сервоприводы 112, 122, 132 на электродвигатели 111, 121, 131, приводящие во вращения маховики 11, 12, 13.Stage A3. The readings of the sensors, corresponding to the presence of an external deflection, 4 are transmitted to the control unit 3, in which the data are recalculated to calculate the corresponding control signal, which is transmitted via servos 112, 122, 132 to the motors 111, 121, 131, which rotate the flywheels 11, 12 , 13.

Этап А4. Вращение маховиков 111, 121, 131 создает суммарный момент инерции, который в точности компенсирует внешнее отклоняющее воздействие на устройство, таким образом все устройство не изменяет своего положения в пространстве.Stage A4. The rotation of the flywheels 111, 121, 131 creates a total moment of inertia, which exactly compensates for the external deflecting effect on the device, so the whole device does not change its position in space.

Этап А5. При исчезновении внешнего отклоняющего воздействия вращение маховиков 11, 12, 13 тут же тормозится электродвигателями 111, 121, 131 или специально расположенными тормозами 113, 123, 133.Stage A5. When the external deflection disappears, the rotation of the flywheels 11, 12, 13 is immediately inhibited by electric motors 111, 121, 131 or specially arranged brakes 113, 123, 133.

Приведенные варианты осуществления полезной модели являются примерными и позволяют добавлять новые варианты или модифицировать описанные.The above embodiments of the utility model are exemplary and allow you to add new options or modify the described.

Промышленная применимость.Industrial applicability.

Устройство для стабилизации положения объемного тела в пространстве может быть осуществлено специалистом на практике и при осуществлении обеспечивает реализацию заявленного назначения. Возможность осуществления на практике следует из того, что для каждого признака, включенного в формулу полезной модели на основании описания, известен материальный эквивалент, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для полезной модели и критерию «полнота раскрытия» для полезной модели.A device for stabilizing the position of a volumetric body in space can be implemented by a specialist in practice and, when implemented, ensures the implementation of the declared purpose. The feasibility in practice follows from the fact that for each feature included in the utility model formula based on the description, the material equivalent is known, which allows us to conclude that the criterion of “industrial applicability” for the utility model and the criterion of “completeness of disclosure” for the utility model are met.

В соответствии с предложенной полезной моделью заявителем был изготовлен опытный образец устройства для стабилизации положения объемного тела в пространстве. Был использованIn accordance with the proposed utility model, the applicant made a prototype device for stabilizing the position of a volumetric body in space. Was used

- электродвигатель фирмы MAXON motor ЕС-45 flat 70 W,- electric motor company MAXON motor EC-45 flat 70 W,

- контроллер фирмы MAXON motor controller EPOS 50/5- controller of the company MAXON motor controller EPOS 50/5

- блок управления на базе микросхемы MCU STM32F4 Discovery,- control unit based on the MCU STM32F4 Discovery chip,

- девятиканальные инерционные датчики IMU ADXL345- nine-channel inertial sensors IMU ADXL345

- сервопривод SPRINGRC SR508h- servo drive SPRINGRC SR508h

Тип серво: цифроваяServo Type: Digital

Рабочее напряжение: 6,8-12 ВOperating voltage: 6.8-12 V

Скорость: 0,18 сек/60° (6 В)Speed: 0.18 sec / 60 ° (6 V)

Усилие на валу: 6,1 кг/см (6 В)Force on the shaft: 6.1 kg / cm (6 V)

Скорость: 0,16 сек/60° (7,4 В)Speed: 0.16 sec / 60 ° (7.4 V)

Усилие на валу: 7,5 кг/см (7,4 В)Force on the shaft: 7.5 kg / cm (7.4 V)

Угол вращения: 300°Rotation Angle: 300 °

Может постоянно вращаться на 360°Can rotate 360 ° continuously

Управляющие сигналы предавались в цифровом виде по общей CAN шине. (От анг. Controller Area Network - сеть контроллеров, стандарт промышленной сети, ориентированный прежде всего на объединение в единую сеть различных исполнительных устройств и датчиков. Режим передачи - последовательный, широковещательный, пакетный).The control signals were transmitted digitally via a common CAN bus. (From the English. Controller Area Network - a network of controllers, an industrial network standard, focused primarily on combining various actuators and sensors into a single network. Transmission mode - serial, broadcast, packet).

При массе маховика 11 = 0,286 Кг, моментом инерции = 201,651 кг мм2, маховика 12 = 0,325 Кг, моментом инерции = 250,651 кг мм2 маховика 13 = 0,412 Кг, моментом инерции = 278,651 кг мм2, возможными скоростями вращения до 5000 об/мин, и угловыми ускорениями до 1000 об/с2 достигалась стабилизация тела массой 4 кг (вместе с маховиками, аккумуляторами, системами управления), с расстоянием от точки опоры до центра маховиков = 400 мм при отклоняющих импульсных воздействиях до 5 Н*с. Также, при использовании механизма торможения, тело встает из горизонтального положения в вертикальное. Возможно кратковременное отклонение тела от вертикали на угол до 40 градусов, длительностью до 1,5 с.With a flywheel mass of 11 = 0.286 Kg, a moment of inertia = 201.651 kg mm2, a flywheel of 12 = 0.325 Kg, a moment of inertia = 250.651 kg mm2 of a flywheel 13 = 0.412 Kg, a moment of inertia = 278.651 kg mm2, possible rotation speeds of up to 5000 rpm, and With angular accelerations up to 1000 r / s2, stabilization of a body weighing 4 kg was achieved (together with flywheels, batteries, control systems), with a distance from the fulcrum to the center of the flywheels = 400 mm with deflecting impulse effects up to 5 N * s. Also, when using the braking mechanism, the body rises from a horizontal position to a vertical one. Perhaps a short-term deviation of the body from the vertical by an angle of up to 40 degrees, lasting up to 1.5 s.

Опытная эксплуатация предлагаемого устройства показала, что:Pilot operation of the proposed device showed that:

При общей массе устройства в 4 кг, при приложении отклоняющего воздействия в виде горизонтально направленного абсолютно е кпругого столкновения с передачей импульса до 5 Н*с устройство реагирует вращением маховика, создающим момент силы, компенсирующим отклоняющее воздействие за время 0,12 сWith a total mass of the device of 4 kg, when a deflecting effect is applied in the form of a horizontally directed absolutely e-collision with an impulse transmission of up to 5 N * s, the device reacts by rotating the flywheel, creating a moment of force that compensates for the deflecting effect in 0.12 s

Все это, в конечном счете, обеспечивает выполнение достигаемого технического результата - повышение устойчивости положения объемного в пространстве.All this, ultimately, ensures the achievement of the technical result achieved - increasing the stability of the spatial position in space.

Преимуществом применения данного устройства является также то, что:The advantage of using this device is also that:

- достижение устойчивости достигается после всего трех колебательных движений вокруг точки равновесия;- achievement of stability is achieved after only three oscillatory movements around the equilibrium point;

- предлагаемое решение позволяет уменьшить габариты подобного рода систем, так как маховики можно размещать в компактном виде, вложенным один в другой.- the proposed solution allows to reduce the dimensions of such systems, since the flywheels can be placed in a compact form, nested one in the other.

Предлагаемое устройство может использоваться как устройство для стабилизации положения объемного тела в пространстве с силовой компенсацией отклоняющих воздействий и применяться:The proposed device can be used as a device for stabilizing the position of a volumetric body in space with power compensation of deflecting influences and can be used:

- в робототехнике для стабилизации шагающих и двигающихся механизмов как целиком, так и их составных частей,- in robotics to stabilize walking and moving mechanisms, both as a whole and their components,

- для стабилизации различных транспортных средств как, например, автомобилей на поворотах, так и плавающих средств, которые могут противостоять качению на волнах,- to stabilize various vehicles, such as cars on bends, and floating vehicles that can withstand rolling on the waves,

- в строительстве для стабилизации зданий, подверженным землетрясениям,- in construction to stabilize buildings prone to earthquakes,

- при конструировании различных летательных аппаратов, (типичный пример - квадрокоптеры, которые производят съемки и которым необходима стабилизация в пространстве), а также для прочих летательных агрегатов.- in the design of various aircraft, (a typical example is quadrocopters, which take pictures and which need stabilization in space), as well as for other aircraft.

Claims (8)

1. Устройство для стабилизации положения объемного тела в пространстве с силовой компенсацией отклоняющих воздействий, включающее в себя два маховика с приводами маховиков, соединенные с объемным телом, блок управления, соединенный с датчиками положения, источником электропитания и приводами маховиков, причем оси вращения всех маховиков пересекаются в одной точке, отличающееся тем, что центр масс одного маховика совпадает с центром масс второго маховика и расположен внутри объемного тела, при этом блок управления соединен с датчиками угловой скорости вращения каждого маховика.1. A device for stabilizing the position of a volumetric body in space with power compensation of deflecting influences, including two flywheels with flywheel drives connected to a volumetric body, a control unit connected to position sensors, an electrical power source and flywheel drives, and the rotation axes of all flywheels intersect at one point, characterized in that the center of mass of one flywheel coincides with the center of mass of the second flywheel and is located inside the volumetric body, while the control unit is connected to the sensors the global rotation speed of each flywheel. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутри объемного тела расположен дополнительный маховик со своим приводом, причем оси вращения всех маховиков пересекаются в одной точке.2. The device according to claim 1, characterized in that an additional flywheel with its drive is located inside the volumetric body, and the rotation axes of all flywheels intersect at one point. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что центры масс всех маховиков совпадают.3. The device according to claim 2, characterized in that the centers of mass of all the flywheels coincide. 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что оси вращения всех маховиков ортогональны.4. The device according to p. 2, characterized in that the axis of rotation of all the flywheels are orthogonal. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый маховик имеет датчик положения маховика, соединенный с блоком управления.5. The device according to claim 1, characterized in that each flywheel has a flywheel position sensor connected to the control unit. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый маховик имеет датчик угловой скорости вращения маховика, соединенный с блоком управления.6. The device according to p. 1, characterized in that each flywheel has a sensor of angular velocity of rotation of the flywheel connected to the control unit. 7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый привод маховика имеет датчик положения маховика, соединенный с блоком управления.7. The device according to claim 1, characterized in that each flywheel drive has a flywheel position sensor connected to the control unit. 8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый привод маховика имеет датчик угловой скорости вращения маховика, соединенный с блоком управления.
Figure 00000001
8. The device according to p. 1, characterized in that each flywheel drive has a sensor of angular speed of rotation of the flywheel connected to the control unit.
Figure 00000001
RU2015153511/28U 2015-12-14 2015-12-14 DEVICE FOR STABILIZING THE POSITION OF A VOLUME BODY IN A SPACE WITH A POWER COMPENSATION OF DECLINING INFLUENCE RU160949U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153511/28U RU160949U1 (en) 2015-12-14 2015-12-14 DEVICE FOR STABILIZING THE POSITION OF A VOLUME BODY IN A SPACE WITH A POWER COMPENSATION OF DECLINING INFLUENCE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153511/28U RU160949U1 (en) 2015-12-14 2015-12-14 DEVICE FOR STABILIZING THE POSITION OF A VOLUME BODY IN A SPACE WITH A POWER COMPENSATION OF DECLINING INFLUENCE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU160949U1 true RU160949U1 (en) 2016-04-10

Family

ID=55659774

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015153511/28U RU160949U1 (en) 2015-12-14 2015-12-14 DEVICE FOR STABILIZING THE POSITION OF A VOLUME BODY IN A SPACE WITH A POWER COMPENSATION OF DECLINING INFLUENCE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU160949U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2662460C1 (en) * 2015-10-13 2018-07-26 Шанхай Хуацэ Навигейшн Текнолоджи Лтд Method of upgrading angular position of agricultural machine based on the nine-axis mems sensor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2662460C1 (en) * 2015-10-13 2018-07-26 Шанхай Хуацэ Навигейшн Текнолоджи Лтд Method of upgrading angular position of agricultural machine based on the nine-axis mems sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6524100B2 (en) Platform stabilization system
JP6640824B2 (en) Flexible coupler for microelectromechanical systems (MEMS) devices
US10621883B2 (en) Angularly unbounded three-axis spacecraft simulator
US10697774B2 (en) Balanced runners synchronizing motion of masses in micromachined devices
CN108369096B (en) Yaw rate gyroscope robust to linear and angular accelerations
JP2017508109A5 (en)
WO2009050578A3 (en) Combined mems accelerometer and gyroscope
SE507122C2 (en) Device for stabilizing remote sensor such as camera
JP6603186B2 (en) Flight equipment
US20190162747A1 (en) Asymmetric out-of-plane accelerometer
CN104296746A (en) Novel minitype inertial measurement unit assembly
CN207895756U (en) A kind of three flywheel cube reversible pendulum systems
RU160949U1 (en) DEVICE FOR STABILIZING THE POSITION OF A VOLUME BODY IN A SPACE WITH A POWER COMPENSATION OF DECLINING INFLUENCE
WO2017105293A1 (en) Device for stabilizing the position of a three-dimensional body in space with force compensation of tilting effects
CN105371834A (en) Detection mass block and gyroscope adopting detection mass block
US10066941B2 (en) Three-axis micro gyroscope with ring spring
Zevering et al. Luna-a laser-mapping unidirectional navigation actuator
Shah et al. Design and analysis of a single-structure three-axis MEMS gyroscope with improved coupling spring
US2497614A (en) Stable vertical
JP2002277245A (en) Space stabilizer
CN105387853B (en) Shock robust integrated multi-axis MEMS gyroscope
RU2382331C1 (en) Monaxonic power gyrostabiliser
CN110631580B (en) Uniaxial inertial platform system based on atomic spin gyroscope
KR20200017319A (en) Virtual reality camera gimbal
CN108872636B (en) Two-axis frame pendulum accelerometer

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20181215