RU175604U1

RU175604U1 - Electromechanical module

Info

Publication number: RU175604U1
Application number: RU2017119100U
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Баранов; Юрий Михайлович Васейко; Игорь Юрьевич Даляев; Владимир Анатольевич Кузнецов; Екатерина Игоревна Романова; Виктор Викторович Титов
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2017-12-12

Abstract

Электромеханический модуль относится к классу мехатронных изделий, со встроенной электронной схемой (контроллером) управления, и может быть использован в системах управления приводом по моменту в робототехнике общепромышленного и специального назначения. Предложен электромеханический модуль, состоящий из подвижного и неподвижного корпусов, содержащий встроенный волновой редуктор дифференциального типа и низкооборотный бесконтактный моментный двигатель постоянного тока. Электромеханический модуль оснащен датчиком положения ротора бесконтактного моментного двигателя постоянного тока на базе датчика Холла, резервным датчиком положения и скорости ротора на базе вращающегося трансформатора, датчиком абсолютного отсчета положения подвижного корпуса на базе вращающегося трансформатора и переменного резистора, датчиком крутящего момента. Для поддержания заданной температуры внутри электромеханического модуля и расширения рабочего температурного диапазона электромеханический модуль оснащен датчиками температуры и пленочными нагревательными элементами, расположенными в непосредственной близости от контейнеров с платами управления. Внутри выходного полого вала подвижного корпуса проложены провода информационного и питающего кабеля. Электромеханический модуль содержит расположенные на его торцевой или боковой поверхности входной и выходной фланцы конусной формы с центрирующими буртами и с электрическими соединителями. Платы микропроцессорного контроля управления приводом, плата контроля питания, плата драйверов расположены в контейнерах на боковых сторонах неподвижного корпуса электромеханического модуля. Технический результат: повышение надежности работы, улучшение теплообмена плат электроники, повышение точности термостатирования, сокращение осевого габаритного размера, разгрузка фланцевых соединений модулей от радиальных усилий при их стыковке.The electromechanical module belongs to the class of mechatronic products, with an integrated electronic control circuit (controller), and can be used in torque control systems in general-purpose and special-purpose robotics. An electromechanical module is proposed, consisting of a movable and fixed body, containing a built-in differential wave type gearbox and a low-speed non-contact torque motor of direct current. The electromechanical module is equipped with a rotor position sensor of a contactless torque DC motor based on a Hall sensor, a backup rotor position and speed sensor based on a rotating transformer, an absolute position sensor of a moving housing based on a rotating transformer and a variable resistor, and a torque sensor. To maintain the set temperature inside the electromechanical module and expand the operating temperature range, the electromechanical module is equipped with temperature sensors and film heating elements located in the immediate vicinity of containers with control boards. Inside the output hollow shaft of the moving housing, wires of the information and supply cable are laid. The electromechanical module contains conical inlet and outlet flanges located on its end or side surface with centering collars and with electrical connectors. Microprocessor control boards for drive control, power control board, driver board are located in containers on the sides of the fixed housing of the electromechanical module. EFFECT: increased reliability of operation, improved heat transfer of electronics boards, increased thermostatting accuracy, reduced axial overall size, unloading of flange joints of modules from radial forces during their joining.

Description

Электромеханический модуль относится к классу мехатронных изделий со встроенными электронной схемой (контроллером) управления, электродвигателем, редуктором, датчиками и может быть использован в робототехнике общепромышленного и специального назначения с системами управления по моменту или «тактильных» устройствах.The electromechanical module belongs to the class of mechatronic products with built-in electronic control circuit (controller), electric motor, gearbox, sensors and can be used in general industrial and special-purpose robotics with torque control systems or "tactile" devices.

Известен электромеханический модуль, патент РФ на полезную модель №94776, состоящий из неподвижного и подвижного корпусов, содержащий встроенный волновой редуктор и низкооборотный бесконтактный моментный двигатель постоянного тока, статор двигателя, расположенный в корпусе полого стакана неподвижной части редуктора, ротор бесконтактного моментного двигателя постоянного тока, установленный на полом входном валу волнового редуктора и расположенный коаксиально выходному валу электромеханического модуля, фланец на торце выходного вала электромеханического модуля, входной вал волнового редуктора через кулачково-дисковую муфту соединен с кулачком, который через гибкие подшипники соединен с гибким зубчатым колесом, входящим в зацепление с двумя жесткими зубчатыми колесами, одно из которых соединено с неподвижным корпусом электромеханического модуля, а другое, через фланец - с подвижным корпусом электромеханического модуля. Электромеханический модуль содержит входной и выходной фланцы квадратной формы с разъемами, выходной фланец имеет четыре шпильки по углам, на оси которых установлены четыре центрирующие втулки, а входной фланец имеет четыре отверстия и, соосно, четыре центрирующие зенковки, также расположенные по углам, позволяющие стыковку с фланцем аналогичным выходному. Внутри выходного полого вала волнового редуктора проложены провода кабеля питания и управления модулем, на конце выходного полого вала установлен кабелеукладчик из фторопластовой ленты, спирально уложенной вокруг выходного полого вала, между слоями ленты уложены провода, один конец ленты кабелеукладчика закреплен на его неподвижном стакане, а другой - на выходном полом валу волнового редуктора. Контроллер, закрытый крышкой, закреплен на неподвижном корпусе электромеханического модуля и через разъем связан с бесконтактным моментным двигателем постоянного тока и датчиками скорости, положения, ограничения угла поворота подвижного корпуса электромеханического модуля, который установлен на неподвижном корпусе электромеханического модуля, на входном валу расположен ротор датчика скорости вращения бесконтактного моментного двигателя постоянного тока, на выходном полом валу расположен ротор датчика положения абсолютного отсчета угла поворота подвижного корпуса электромеханического модуля.Known electromechanical module, patent of the Russian Federation for utility model No. 94776, consisting of a fixed and movable housing, containing a built-in wave gear and a low-speed non-contact torque motor of direct current, a motor stator located in the body of a hollow glass of the stationary part of the gearbox, a rotor of a contactless torque motor of direct current, mounted on the hollow input shaft of the wave gear and located coaxially with the output shaft of the electromechanical module, a flange at the end of the output shaft of the electromechanical module, the input shaft of the wave gear through a cam-disk clutch is connected to a cam, which is connected through flexible bearings to a flexible gear wheel that engages with two rigid gears, one of which is connected to the stationary housing of the electromechanical module, and the other through a flange - with a movable housing of the electromechanical module. The electromechanical module contains square inlet and outlet flanges with connectors, the output flange has four studs in the corners, the axis of which has four centering sleeves, and the inlet flange has four holes and, coaxially, four centering countersinks, also located at the corners, allowing docking with flange similar to the outlet. Inside the output hollow shaft of the wave reducer, wires for the power supply cable and module control are laid, at the end of the output hollow shaft there is a cable layer made of fluoroplastic tape spirally laid around the output hollow shaft, wires are laid between the layers of tape, one end of the cable layer is fixed to its fixed glass and the other - on the output hollow shaft of the wave gear. The controller, closed by a cover, is mounted on the fixed housing of the electromechanical module and connected via a connector to a non-contact DC motor and speed sensors, position, limit the rotation angle of the movable housing of the electromechanical module, which is mounted on the fixed housing of the electromechanical module, on the input shaft there is a speed sensor rotor rotation of a contactless torque DC motor, on the output hollow shaft is located the rotor of the absolute encoder The angle of rotation of the movable housing of the electromechanical module.

Выходной фланец с разъемом может быть установлен на торце подвижного корпуса электромеханического модуля, а входной фланец с разъемом - на торце неподвижного корпуса электромеханического модуля. Выходной и входной фланцы с разъемами могут быть установлены соответственно на боковых поверхностях подвижного и неподвижного корпусов электромеханического модуля.The output flange with the connector can be installed on the end of the movable housing of the electromechanical module, and the input flange with the connector can be installed on the end of the fixed housing of the electromechanical module. The output and input flanges with connectors can be mounted respectively on the lateral surfaces of the movable and fixed housings of the electromechanical module.

К недостаткам данного электромеханического модуля можно отнести следующее: а) отсутствие датчика крутящего момента не позволяет использовать электромеханический модуль в системах управления приводом по моменту, выполнять технологические операции, связанные с регулировкой выходного момента, ограничивать опасные моменты при столкновении рабочего органа с препятствиями; б) невозможность поддержания заданного температурного режима внутри электромеханического модуля и контроля температуры исполнительных элементов при работе в широком температурном диапазоне из-за отсутствия датчиков температуры и нагревательных элементов; в) продолжительное время стыковки электромеханических модулей между собой из-за большого количества соединительных элементов; г) наличие ненадежного кабелеукладчика.The disadvantages of this electromechanical module include the following: a) the lack of a torque sensor does not allow the use of an electromechanical module in drive control systems by the moment, carry out technological operations related to adjusting the output torque, and limit dangerous moments in the event of a working body colliding with obstacles; b) the impossibility of maintaining a given temperature regime inside the electromechanical module and controlling the temperature of the actuating elements when operating in a wide temperature range due to the lack of temperature sensors and heating elements; c) a long time of docking of electromechanical modules with each other due to the large number of connecting elements; d) the presence of an unreliable cable layer.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является электромеханический модуль, патент РФ на полезную модель №118483, состоящий из неподвижного и подвижного корпусов, содержащий встроенный волновой редуктор чашечного типа и низкооборотный бесконтактный моментный двигатель постоянного тока, статор бесконтактного моментного двигателя постоянного тока запрессован в неподвижном корпусе электромеханического модуля, ротор бесконтактного моментного двигателя постоянного тока жестко закреплен на полом входном валу волнового редуктора, вращающемся на двух шарикоподшипниках, и расположенном соосно полому выходному валу волнового редуктора, жестко связанному с подвижным корпусом электромеханического модуля. Выходное гибкое колесо волнового редуктора с помощью полого вала, соосного с выходным полым валом волнового редуктора, жестко соединено с внутренним кольцом датчика крутящего момента, внешнее кольцо которого жестко соединено с подвижным корпусом электромеханического модуля. На гибких спицах, соединяющих внутреннее и внешнее кольцо датчика крутящего момента, установлены тензорезисторы. Датчик температуры, плата обработки информации от тензорезисторов закреплены на внешнем кольце. Выходной вал волнового редуктора выполнен полым для прокладки кабеля питания и управления модулем, провода которого соединены с контроллером привода, входным и выходным электрическими соединителями электромеханического модуля. Выходной вал одним концом соединен с подвижным корпусом электромеханического модуля, другим - с ротором вращающегося трансформатора и через безлюфтовую зубчатую передачу связан с датчиком угла поворота подвижного корпуса электромеханического модуля на базе датчика Холла. Комбинация из вращающегося трансформатора и датчика угла поворота на базе датчика Холла образует датчик абсолютного отсчета угла поворота подвижного корпуса электромеханического модуля высокой степени точности. Датчик положения ротора бесконтактного моментного двигателя постоянного тока на эффекте Холла установлен на стойках напротив торца ротора. Контроллер управления приводом размещен в контейнере, расположенном на неподвижном корпусе электромеханического модуля. Рядом с бесконтактным моментным двигателем постоянного тока установлены датчик температуры и резистивные нагревательные элементы. Электромеханические модули могут стыковаться между собой в произвольном порядке, причем электрически - через соединители врубного типа, механически - конусными фланцами, форма которых обеспечивает высокие осевые усилия стягивания электромеханических модулей с помощью надеваемого вручную на фланцы хомута. Предварительная стыковка электромеханических модулей и их выравнивание обеспечиваются ловителями типа штырь - конус. В случае вращательной модификации электромеханического модуля, стыковочные фланцы закреплены на торцевых поверхностях подвижного и неподвижного корпусов с помощью винтов и штифтов. В случае качательной модификации стыковочные фланцы приварены на боковых поверхностях подвижных и неподвижных корпусов.The closest analogue selected as a prototype is the electromechanical module, patent of the Russian Federation for utility model No. 118483, consisting of a fixed and movable housing, containing a built-in cup-type wave reducer and a low-speed non-contact torque motor of direct current, the stator of a contactless torque motor of direct current is pressed into motionless housing of the electromechanical module, the rotor of a contactless torque DC motor is rigidly fixed to the hollow input shaft a gear that rotates on two ball bearings, and is located coaxially with the hollow output shaft of the wave gear rigidly connected to the movable housing of the electromechanical module. The output flexible wheel of the wave gear with a hollow shaft, coaxial with the output hollow shaft of the wave gear, is rigidly connected to the inner ring of the torque sensor, the outer ring of which is rigidly connected to the movable housing of the electromechanical module. Strain gauges are installed on the flexible spokes connecting the inner and outer rings of the torque sensor. The temperature sensor, the information processing board from the strain gages are mounted on the outer ring. The output shaft of the wave gearbox is hollow for laying the power cable and controlling the module, the wires of which are connected to the drive controller, input and output electrical connectors of the electromechanical module. The output shaft is connected at one end to the movable housing of the electromechanical module, at the other - to the rotor of the rotating transformer, and is connected to the angle sensor of the movable housing of the electromechanical module based on the Hall sensor through a gearless gear. The combination of a rotating transformer and a rotation angle sensor based on the Hall sensor forms an absolute reference sensor for the rotation angle of the movable housing of the electromechanical module with a high degree of accuracy. The Hall effect rotor position sensor of a non-contact torque DC motor is mounted on racks opposite the end of the rotor. The drive control controller is located in a container located on the fixed housing of the electromechanical module. A temperature sensor and resistive heating elements are installed next to the non-contact torque motor of direct current. Electromechanical modules can be joined together in random order, and electrically through cut-in connectors, mechanically by conical flanges, the shape of which ensures high axial forces of tension of the electromechanical modules by means of a clamp manually put on the flanges. Preliminary docking of electromechanical modules and their alignment are provided by pin-cone catchers. In the case of a rotational modification of the electromechanical module, the docking flanges are fixed to the end surfaces of the movable and fixed bodies with screws and pins. In the case of rocking modification, the connecting flanges are welded on the side surfaces of the movable and fixed bodies.

Данный электромеханический модуль обладает следующими недостатками: а) недостаточной надежностью вследствие низкой стойкости датчиков Холла электромеханического модуля к воздействию внешних специальных факторов; б) платы управления размещены друг над другом в одном контейнере, что затрудняет отвод тепла от них; в) обогрев электромеханического модуля обеспечивается большим количеством резистивных нагревательных элементов, расположенных вокруг двигателя, а контроль обогрева - двумя датчиками температуры, один из которых расположен рядом с двигателем, а другой - на наиболее удаленной от двигателя спице датчика крутящего момента, что приводит к невозможности поддержания точности термостатирования других чувствительных к температуре элементов электромеханического модуля; г) установленная в электромеханический модуль волновая передача чашечного типа обладает большими осевыми габаритами, чем волновые передачи других типов; д) отсутствие центрирующего элемента во фланцевых соединениях электромеханических модулей при их предварительной стыковке приводит к тому, что высокие радиальные усилия стягивания, создаваемые с помощью надеваемого вручную на фланцы хомута высокими осевыми усилиями, воспринимаются ловителями типа штырь - конус, для этих нагрузок не предназначенными, что приводит к перекосам и заклиниванию фланцевого соединения, к порче контактов электрических разъемов.This electromechanical module has the following disadvantages: a) insufficient reliability due to the low resistance of the Hall sensors of the electromechanical module to external special factors; b) control boards are placed one above the other in one container, which makes it difficult to remove heat from them; c) the heating of the electromechanical module is provided by a large number of resistive heating elements located around the engine, and the heating control is provided by two temperature sensors, one of which is located next to the engine, and the other at the torque sensor’s spoke farthest from the engine, which makes it impossible to maintain accuracy of temperature control of other temperature-sensitive elements of the electromechanical module; d) a cup-type wave transmission installed in an electromechanical module has larger axial dimensions than wave transmissions of other types; e) the absence of a centering element in the flange joints of the electromechanical modules during their preliminary joining leads to the fact that the high radial pulling forces created with the help of manually axially clamped clamps on the flanges are perceived by pin-cone catchers not designed for these loads, which leads to distortions and jamming of the flange connection, damage to the contacts of electrical connectors.

Задачами предлагаемой полезной модели являются: а) повышение надежности работы электромеханического модуля; б) улучшение теплоотвода от плат электроники; в) повышение точности термостатирования элементов электромеханического модуля; г) уменьшение осевых размеров электромеханического модуля; д) разгрузка фланцевых соединений модулей при их предварительной стыковке от радиальных усилий.The objectives of the proposed utility model are: a) improving the reliability of the electromechanical module; b) improvement of heat dissipation from electronics boards; c) improving the accuracy of temperature control of the elements of the electromechanical module; d) reduction of axial dimensions of the electromechanical module; d) unloading flange joints of modules during their preliminary docking from radial forces.

Задача повышения надежности работы электромеханического модуля решается введением резервного элемента в виде датчика положения и скорости ротора бесконтактного моментного двигателя постоянного тока на базе вращающегося трансформатора.The task of increasing the reliability of the electromechanical module is solved by the introduction of a backup element in the form of a position and speed sensor of the rotor of a contactless torque DC motor based on a rotating transformer.

Задача улучшения теплообмена плат электроники решается за счет их расположения в отдельных контейнерах по сторонам корпуса электромеханического модуля.The task of improving the heat transfer of electronics boards is solved by their location in separate containers on the sides of the housing of the electromechanical module.

Задача повышения точности термостатирования элементов электромеханического модуля решается контролем и поддержанием заданного температурного режима путем установки пленочных нагревательных элементов в непосредственной близости от плат контроллера привода и обработки сигналов от датчиков угла поворота выходного корпуса, платы контроля питания, платы драйверов.The task of increasing the accuracy of temperature control of the elements of the electromechanical module is solved by monitoring and maintaining the specified temperature by installing film heating elements in the immediate vicinity of the drive controller boards and processing signals from the angle sensors of the output housing, power control board, driver board.

Задача сокращения осевого габаритного размера решается установкой в модуль волновой передачи дифференциального типа.The task of reducing the axial overall dimension is solved by installing a differential type in the wave transmission module.

Задача разгрузки фланцевых соединений модулей при их предварительной стыковке от радиальных усилий решается за счет введения в конусно-фланцевое соединение центрирующего элемента в виде бурта.The task of unloading the flange connections of the modules during their preliminary docking from radial forces is solved by introducing a centering element in the form of a collar into the cone-flange connection.

Предложен электромеханический модуль, состоящий из неподвижного и подвижного корпусов, содержащий встроенный волновой редуктор дифференциального типа и низкооборотный бесконтактный моментный двигатель постоянного тока, статор бесконтактного моментного двигателя постоянного тока запрессован в неподвижном корпусе электромеханического модуля, ротор бесконтактного моментного двигателя постоянного тока жестко закреплен на полом входном валу волнового редуктора, вращающемся на двух шарикоподшипниках и расположенном соосно полому выходному валу волнового редуктора, жестко связанному с подвижным корпусом электромеханического модуля. Выходное гибкое колесо волнового редуктора с помощью полого вала, соосного с выходным полым валом волнового редуктора, жестко соединено с внутренним кольцом датчика крутящего момента, внешнее кольцо которого, жестко соединено с подвижным корпусом электромеханического модуля. На гибких спицах соединяющих внутреннее и внешнее кольцо датчика крутящего момента установлены тензорезисторы. Плата обработки информации от тензорезисторов с датчиком температуры закреплена на внешнем кольце. Полый выходной вал электромеханического модуля служит для прокладки питающего и информационного кабеля, провода которого соединены с контроллером привода, входным и выходным электрическим соединителями электромеханического модуля. Выходной вал одним концом соединен с подвижным корпусом электромеханического модуля, другим через безлюфтовые зубчатые передачи связан с датчиком угла поворота подвижного корпуса электромеханического модуля на базе переменного резистора и с ротором вращающегося трансформатора. Комбинация из вращающегося трансформатора и датчика угла на базе переменного резистора образует датчик высокой точности абсолютного отсчета угла поворота подвижного корпуса электромеханического модуля. Датчик положения ротора бесконтактного моментного двигателя постоянного тока на эффекте Холла установлен на стойках напротив торца ротора. Резервный датчик положения ротора бесконтактного моментного двигателя постоянного тока соединен с ротором цилиндрической безлюфтовой зубчатой передачей. Плата контроллера привода и обработки сигналов от вращающегося трансформатора, платы контроля питания, платы драйверов размещены в контейнерах, расположенных на сторонах неподвижного корпуса электромеханического модуля. Рядом с бесконтактным моментным двигателем постоянного тока, с платой контроллера привода и обработки сигналов от вращающегося трансформатора и с платой обработки информации от тензорезисторов установлены датчики температуры. Нагревательные элементы установлены в непосредственной близости от плат контроллера привода и обработки сигналов от вращающегося трансформатора, контроля питания, драйверов и платы обработки информации от тензорезисторов датчика момента. Электромеханические модули могут стыковаться между собой в произвольном порядке, причем электрически - через соединители врубного типа, механически - конусными фланцами, форма которых обеспечивает высокие осевые усилия стягивания с помощью надеваемого вручную на фланцы хомута. Предварительная стыковка электромеханических модулей и их выравнивание обеспечиваются ловителями типа штырь - конус с разгрузкой фланцевых соединений модулей центрирующим элементом в виде бурта. В случае вращательной модификации электромеханического модуля, стыковочные фланцы закреплены на торцевых поверхностях подвижного и неподвижного корпусов с помощью винтов и штифтов. В случае качательной модификации стыковочные фланцы приварены на боковых поверхностях подвижных и неподвижных корпусов.An electromechanical module is proposed, consisting of a fixed and a movable housing, containing a built-in differential wave type gearbox and a low-speed non-contact torque DC motor, a stator of a non-contact torque DC motor is pressed into a stationary case of an electromechanical module, the rotor of a non-contact torque DC motor is rigidly fixed to the hollow input shaft wave reducer rotating on two ball bearings and located coaxially to the hollow in Khodnev shaft of the wave gear rigidly connected to the movable housing of the electromechanical module. The output flexible wheel of the wave gear using a hollow shaft, coaxial with the output hollow shaft of the wave gear, is rigidly connected to the inner ring of the torque sensor, the outer ring of which is rigidly connected to the movable housing of the electromechanical module. Strain gages are installed on the flexible spokes connecting the inner and outer rings of the torque sensor. The information processing board from strain gages with a temperature sensor is mounted on the outer ring. The hollow output shaft of the electromechanical module is used for laying the supply and information cable, the wires of which are connected to the drive controller, the input and output electrical connectors of the electromechanical module. The output shaft is connected at one end to the movable housing of the electromechanical module, and at the other end, through gearless gears it is connected to the angle sensor of the movable housing of the electromechanical module based on a variable resistor and to the rotor of the rotating transformer. The combination of a rotating transformer and an angle sensor based on a variable resistor forms a high precision sensor for absolute reading of the angle of rotation of the moving housing of the electromechanical module. The Hall effect rotor position sensor of a non-contact torque DC motor is mounted on racks opposite the end of the rotor. The backup rotor position sensor of the contactless torque DC motor is connected to the rotor of a cylindrical gearless gear. The controller board for the drive and the processing of signals from a rotating transformer, the power control board, the driver board are located in containers located on the sides of the fixed housing of the electromechanical module. Near the contactless direct current DC motor, with a controller board for the drive and signal processing from a rotating transformer and with a data processing board from strain gauges, temperature sensors are installed. The heating elements are installed in close proximity to the drive controller boards and signal processing from a rotating transformer, power control, drivers and information processing boards from the strain gauges of the torque sensor. Electromechanical modules can be joined together in random order, moreover, electrically through cut-in connectors, mechanically by conical flanges, the shape of which ensures high axial pulling forces with the help of a manually clamped clamp on the flanges. Preliminary docking of electromechanical modules and their alignment are provided by pin-cone catchers with unloading of flange connections of modules by a centering element in the form of a shoulder. In the case of a rotational modification of the electromechanical module, the docking flanges are fixed to the end surfaces of the movable and fixed bodies with screws and pins. In the case of rocking modification, the connecting flanges are welded on the side surfaces of the movable and fixed bodies.

На фиг. 1 представлен продольный разрез электромеханического модуля.In FIG. 1 is a longitudinal section through an electromechanical module.

На фиг. 2 представлен поперечный разрез электромеханического модуля.In FIG. 2 is a cross-sectional view of an electromechanical module.

На фиг. 3 представлена стыковка электромеханических модулей между собой.In FIG. 3 shows the docking of electromechanical modules with each other.

Представленный на фиг. 1 электромеханический модуль состоит из статора 1 бесконтактного моментного двигателя постоянного тока с платой 2 датчика положения ротора; волнового редуктора 3; блока датчиков 4 с переменным резистором 5 и вращающимися трансформаторами 6 и 7 (фиг. 2); подвижного корпуса 8 и неподвижного корпуса 9 со стыковочными конусными фланцами 10; встроенной системы управления, состоящей из платы 11 контроллера привода и обработки сигналов от вращающихся трансформаторов, платы контроля питания 12 (фиг. 2), платы драйверов 13, платы интерфейсной 14; электрических соединителей 15; датчика крутящего момента 16. Статор 1 бесконтактного моментного двигателя постоянного тока запрессован в неподвижный корпус, ротор 17 бесконтактного моментного двигателя постоянного тока закреплен на валу 18. Коммутация обмоток статора 1 осуществляется платой контроллера привода 11 по сигналам с платы 2 датчика положения ротора бесконтактного моментного двигателя постоянного тока либо вращающегося трансформатора 7. Плата датчика положения ротора 2 бесконтактного моментного двигателя постоянного тока выполнена на базе трех датчиков Холла, отрабатывающих изменение магнитного поля вращающегося ротора 17. Ротор 17 бесконтактного моментного двигателя постоянного тока связан с резервным вращающимся трансформатором 6 с помощью цилиндрической безлюфтовой зубчатой передачи 19. Момент с вала 18 через кулачково-зубчатую муфту передается на генератор 20 волнового редуктора 3. Генератор 20 деформирует гибкое зубчатое колесо 21 волнового редуктора, которое входит в зацепление с жесткими колесами 22 и 23. Жесткое колесо 22 закреплено в неподвижном корпусе 9, жесткое колесо 23 - в подвижном корпусе 8. Момент с подвижного жесткого колеса 23 через фланец 24 передается на внутренний обод датчика крутящего момента 16 и через гибкие спицы (балки) датчика на подвижный корпус 8. Датчик крутящего момента 16 состоит из фланца 25 с наклеенными на упругие балки этого фланца тензорезисторами 26 и платы датчика 27. При передаче момента с волнового редуктора 3 на подвижный корпус упругие балки датчика крутящего момента деформируются и растягивают тензорешетку резисторов 26. Сигнал с тензорезисторов 26 поступает на плату датчика 27 и обрабатывается микропроцессором, встроенным в плату, и далее передается на плату 11 контроллера привода. Вал 18 выполнен полым для установки кабельного канала 28 с проводами питающего и информационного кабеля внутри него. При работе электромеханического модуля провода питающего и информационного кабеля внутри кабельного канала работают на скрутку. Информация о положении подвижного корпуса 8 относительно неподвижного 9 снимается с датчика абсолютного отсчета -вращающегося трансформатора 6 и переменного резистора 5, входящих в состав блока датчиков, который закреплен в неподвижном корпусе 9. Вращение вала 18 передается на вращающийся трансформатор 6 и переменный резистор 5 через цилиндрические безлюфтовые зубчатые передачи 29 и 30. Пленочные элементы обогрева 31 (фиг 2) расположены на подвижном корпусе 8 в непосредственной близости от платы 11 контроллера привода и обработки сигналов от вращающихся трансформаторов, платы контроля питания 12, платы драйверов 13. Пленочный элемент обогрева 32 установлен на фланце датчика крутящего момента 16. Для управления пленочными элементами обогрева 31, 32 предусмотрены датчики температуры 33 (фиг. 2), 34 (фиг. 1) расположенные на подвижном корпусе 8 и на фланце датчика крутящего момента 16, а также датчик температуры 35 в непосредственной близости от статора 1 бесконтактного моментного двигателя постоянного тока. Информация от датчиков температуры поступает на плату регулирования температуры 36, которая включает и отключает элементы обогрева 31, 32. Стыковка электромеханических модулей обеспечивается соединением, приведенным на фиг. 3. Стыковочные фланцы расположены на торцевых или боковых поверхностях электромеханического модуля и представляют собой единое целое с выходными корпусами 8, 9. Электрические соединители 15 закреплены непосредственно на стыковочном фланце. Предварительная стыковка электромеханических модулей, их выравнивание, а также передача крутящего момента, обеспечиваются ловителями типа штифт 37 - втулка 38. После стыковки на конусные фланцы надевается хомут 39 (фиг. 3) обеспечивающий осевую фиксацию электромеханического модуля. Управление бесконтактным моментным двигателем постоянного тока осуществляют плата 11 контроллера привода с платой обработки сигналов от вращающихся трансформаторов и плата драйверов 13. Плата 11 контроллера привода с платой обработки сигналов от вращающихся трансформаторов выполняет следующие функции: а) расчет алгоритмов управления модулем; б) обработку информации от датчика температуры 30 статора бесконтактного моментного двигателя постоянного тока; в) измерение токов и напряжений платы драйверов 13; г) формирование импульсов включения и выключения драйверов транзисторов платы драйверов 13; д) возбуждение и обработка сигналов вращающихся трансформаторов 6 и 7; е) обработку сигналов с платы 2 датчика положения ротора бесконтактного моментного двигателя постоянного тока; ж) обработку сигнала переменного резистора 5; з) обмен по интерфейсу и обработку сигнала датчика крутящего момента 16. Плата драйверов 13 осуществляет формирование вращающегося вектора тока в статоре 1 бесконтактного моментного двигателя постоянного тока, а также измерение фазных токов и напряжения питания.Presented in FIG. 1 electromechanical module consists of a stator 1 non-contact torque DC motor with a board 2 rotor position sensors; wave gear 3; the sensor unit 4 with a variable resistor 5 and rotating transformers 6 and 7 (Fig. 2); the movable housing 8 and the stationary housing 9 with the connecting conical flanges 10; an integrated control system consisting of a board 11 of the drive controller and processing signals from rotating transformers, a power control board 12 (Fig. 2), a driver board 13, an interface board 14; electrical connectors 15; torque sensor 16. The stator 1 of the contactless torque DC motor is pressed into a fixed housing, the rotor 17 of the contactless torque DC motor is mounted on the shaft 18. The stator windings 1 are switched by the drive controller board 11 according to the signals from the board 2 of the sensor of the rotor position sensor of the contactless torque DC motor current or rotating transformer 7. The board of the rotor position sensor 2 of the contactless torque DC motor is based on three Hall sensors a, practicing a change in the magnetic field of the rotating rotor 17. The rotor 17 of the contactless torque DC motor is connected to the standby rotating transformer 6 by means of a cylindrical gearless gear 19. The torque from the shaft 18 is transmitted through a cam-gear coupling to the generator 20 of the wave gear 3. Generator 20 deforms the flexible gear wheel 21 of the wave gear, which engages with the hard wheels 22 and 23. The hard wheel 22 is fixed in a fixed housing 9, the hard wheel 23 in a movable gear mustache 8. The moment from the movable hard wheel 23 is transmitted through the flange 24 to the inner rim of the torque sensor 16 and through the flexible spokes (beams) of the sensor to the movable housing 8. The torque sensor 16 consists of a flange 25 with strain gauges glued to the elastic beams of this flange 26 and sensor boards 27. When transmitting torque from the wave reducer 3 to the movable housing, the elastic beams of the torque sensor are deformed and stretch the strain gauge of the resistors 26. The signal from the strain gauges 26 goes to the sensor board 27 and is processed by micro the processor integrated in the board, and then transferred to the board 11 of the drive controller. The shaft 18 is made hollow to install a cable channel 28 with the wires of the supply and information cables inside it. During the operation of the electromechanical module, the wires of the supply and information cables inside the cable channel are twisted. Information on the position of the movable housing 8 relative to the stationary 9 is removed from the absolute encoder of the rotary transformer 6 and the variable resistor 5, which are part of the sensor unit, which is fixed in the stationary housing 9. The rotation of the shaft 18 is transmitted to the rotating transformer 6 and the variable resistor 5 through cylindrical backlashless gears 29 and 30. Film heating elements 31 (FIG. 2) are located on the movable housing 8 in the immediate vicinity of the board 11 of the drive controller and processing signals from VR transformers, power control board 12, driver board 13. The film heating element 32 is mounted on the flange of the torque sensor 16. To control the film heating elements 31, 32 temperature sensors 33 (Fig. 2), 34 (Fig. 1) located on the movable housing 8 and on the flange of the torque sensor 16, as well as the temperature sensor 35 in the immediate vicinity of the stator 1 of the contactless torque DC motor. Information from the temperature sensors enters the temperature control board 36, which turns on and off the heating elements 31, 32. The coupling of the electromechanical modules is provided by the connection shown in FIG. 3. The connecting flanges are located on the end or side surfaces of the electromechanical module and are integral with the output housings 8, 9. Electrical connectors 15 are mounted directly on the connecting flange. Preliminary docking of the electromechanical modules, their alignment, as well as the transmission of torque, are provided by pin catchers 37 - sleeve 38 catchers. After joining, the collar 39 is put on the conical flanges (Fig. 3), which provides axial fixation of the electromechanical module. The contactless direct current DC motor is controlled by a drive controller board 11 with a signal processing board from rotating transformers and a driver board 13. A drive controller board 11 with a signal processing board from rotating transformers performs the following functions: a) calculation of module control algorithms; b) processing information from a temperature sensor 30 of the stator of a non-contact torque DC motor; c) measurement of currents and voltages of the driver board 13; g) the formation of pulses on and off the transistor drivers of the driver board 13; e) excitation and signal processing of rotating transformers 6 and 7; f) processing signals from the board 2 of the position sensor of the rotor of the contactless torque DC motor; g) signal processing of the variable resistor 5; h) exchange through the interface and the signal processing of the torque sensor 16. The driver board 13 generates a rotating current vector in the stator 1 of the contactless torque DC motor, as well as the measurement of phase currents and supply voltage.

Электромеханический модуль работает следующим образом.The electromechanical module operates as follows.

От компьютера (верхний уровень управления) команды управления, содержащие задания по величине угла поворота, скорости подвижного корпуса модуля, току двигателя, величине крутящего момента через электрические соединители входного фланца по сети информационного кабеля поступают в микропроцессорный контроллер управления модулем. Контроллер, формируя широтно-импульсный модулированный сигнал, осуществляет управление скоростью вращения ротора бесконтактного моментного двигателя постоянного тока, принимая и обрабатывая сигнал обратных связей по положению, скорости, току и моменту. Сигнал управления от контроллера поступает в статор бесконтактного моментного двигателя постоянного тока, приводя во вращение ротор бесконтактного моментного двигателя постоянного тока, от которого момент передается генератору, деформирующему гибкое зубчатое колесо волнового редуктора дифференциального типа, входящее в зацепление с жестким колесом редуктора. Момент с гибкого колеса через вал, соединенный с внутренним кольцом датчика крутящего момента, через спицы передается на внешнее кольцо, жестко соединенное с подвижным корпусом модуля, воспринимающим внешнюю нагрузку. Обработка информации от тензорезисторов, закрепленных на упругих спицах, чувствительных элементах датчика крутящего момента, датчика температуры, осуществляется платой датчика крутящего момента, преобразуется в цифровую форму и по последовательному каналу передается в контроллер управления приводом электромеханического модуля. Информация о положении подвижного корпуса относительно неподвижного снимается с датчиков угла на базе вращающегося трансформатора и переменного резистора, каждый из которых соединен с выходным валом электромеханического модуля цилиндрической безлюфтовой зубчатой передачей. Информация о положении ротора бесконтактного моментного двигателя постоянного тока снимается с датчика Холла. Информация о положении и скорости ротора бесконтактного моментного двигателя постоянного тока также снимается с резервного датчика на базе вращающегося трансформатора, соединенного с ротором цилиндрической безлюфтовой передачей. Для контроля температуры бесконтактного моментного двигателя постоянного тока используется датчик температуры, а для ускоренной установки рабочей температуры внутри электромеханического модуля и предотвращения выхода из строя электроники, после хранения или паузы в работе электромеханического модуля при отрицательной температуре, предусмотрены пленочные нагревательные элементы.From the computer (upper control level), control commands containing tasks by the value of the angle of rotation, speed of the moving case of the module, current of the motor, and torque through the electrical connectors of the input flange via the data cable network are sent to the microprocessor-based module control controller. The controller, generating a pulse-width modulated signal, controls the rotational speed of the rotor of a contactless torque DC motor, receiving and processing the feedback signal by position, speed, current and moment. The control signal from the controller enters the stator of the contactless torque DC motor, rotating the rotor of the contactless torque DC motor, from which the torque is transmitted to the generator, which deforms the flexible gear wheel of the differential type wave gearbox, which engages with the hard gear wheel of the gearbox. The moment from the flexible wheel through the shaft connected to the inner ring of the torque sensor is transmitted through the spokes to the outer ring, rigidly connected to the movable housing of the module, which accepts the external load. Information processing from strain gauges mounted on elastic spokes, sensitive elements of a torque sensor, temperature sensor is carried out by a torque sensor board, is converted to digital form and transmitted via a serial channel to the drive control controller of the electromechanical module. Information about the position of the movable housing relative to the stationary one is taken from angle sensors based on a rotating transformer and a variable resistor, each of which is connected to the output shaft of the electromechanical module by a cylindrical gearless gear. Information about the position of the rotor of a contactless torque DC motor is taken from the Hall sensor. Information about the position and speed of the rotor of a contactless torque DC motor is also removed from the backup sensor on the basis of a rotating transformer connected to the rotor by a cylindrical backlashless gear. A temperature sensor is used to control the temperature of a non-contact torque DC motor, and for heating the working temperature inside the electromechanical module and preventing the failure of the electronics, after storage or a pause in the operation of the electromechanical module at negative temperature, film heating elements are provided.

Техническим результатом полезной модели является повышение надежности работы электромеханического модуля, улучшение теплообмена плат электроники, повышение точности термостатирования, сокращение осевого габаритного размера, разгрузка фланцевых соединений модулей от радиальных усилий при их стыковке.The technical result of the utility model is to increase the reliability of the electromechanical module, improve the heat exchange of electronics boards, increase thermostatting accuracy, reduce the axial overall size, unload the flange joints of the modules from radial forces when they are joined.

Claims

An electromechanical module consisting of a fixed and a movable housing, containing a low-speed non-contact torque motor of direct current, the stator of which is located in the hollow housing of the stationary part of the wave gear, and the rotor is mounted coaxially to the output shaft on the hollow input shaft of the wave gear, Hall effect rotor position sensor installed opposite the end of the rotor, a torque sensor, inlet and outlet flanges of a conical shape with connectors that can be installed on the ends or on the side the surfaces of the fixed and movable housings of the electromechanical module, the control and monitoring board of the electromechanical module, and inside the output hollow shaft of the module are laid wires of information and supply cables, characterized in that the electromechanical module has position sensors of the movable housing based on a rotating transformer and a variable resistor, rigidly fixed in a fixed housing, to which the rotation of the output shaft is transmitted; a backup rotor position and speed sensor based on a rotating transformer, connected by a cylindrical gearless gear with a rotor of a contactless torque motor; differential type wave reducer, the rotation from the movable hard wheel of which is transmitted through the adapter flange to the inner ring of the torque sensor and through the flexible spokes (beams) of the sensor to the movable housing of the electromechanical module that accepts the external load; cone inlet and outlet flanges are provided with a centering element in the form of a shoulder; control and monitoring boards of the electromechanical module are installed in containers located on the sides of the electromechanical module, and film heating elements and temperature sensors are located next to the containers of the control boards.