RU1807272C

RU1807272C - Multioutput motion transducer

Info

Publication number: RU1807272C
Authority: RU
Inventors: Пулат Фаттахович Хасанов; Хайриддин Нуритдинович Назаров; Хабибулла Хикматович Таджиев; Зафар Нарзуллаевич Самиев
Original assignee: Ташкентский Политехнический Институт Им.А.Р.Бируни
Priority date: 1989-05-31
Filing date: 1989-05-31
Publication date: 1993-04-07

Abstract

Изобретение относитс к области робототехники и может быть использовано в качестве многовыходного преобразовател движени устройств с возвратно-поступательным , поступательным и угловым движением . Цель изобретени - расширение кинематических возможностей. Многовыходной преобразователь содержит электродвигатель 1, на валу которого установлен кривошип 2. Шатуны 3 и 4 шарнирно св заны с кривошипом 2 и ползунами 5 и 6, где последние совершают возвратно-поступательное движение на неподвижных направл ющих 7 и 8. Шатун 9 шарнирно св зан с кривошипом 2. и коромыслом 10. Рабочие электромагнитные муфты (ЭМ) 14 жестко соединены с помощью планки и т ги 16 с полThe invention relates to the field of robotics and can be used as a multi-output motion converter for reciprocating, translational and angular motion devices. The purpose of the invention is the expansion of kinematic possibilities. The multi-output converter comprises an electric motor 1, on the shaft of which a crank 2 is mounted. The connecting rods 3 and 4 are pivotally connected to the crank 2 and the sliders 5 and 6, where the latter reciprocate on the fixed guides 7 and 8. The connecting rod 9 is pivotally connected crank 2. and rocker 10. Working electromagnetic couplings (EM) 14 are rigidly connected with the help of straps and rods 16 with the floor

Description

б W & Жb W & F

HZ5--7HZ5-7

ел Сate with

зуном 5, а фиксирующие ЭМ 20 жестко соединены между собой планкой и неподвижно установлены на опоре 22. Рабочие ЭМ 26 жестко соединены между собой планкой, а т гой 28-с ползуном 6. Штоки 29 выполнены из жесткого материала и взаимодействуют с рабочими и фиксирующими ЭМ. Рабоча ЭМ 33 установлена на коромысле 10 и с помощью фиксирующей ЭМ 34, установленной на неподвижной опоре 35, взаимодействует с жестким штоком 36, выполненным в виде кольца и свободно прово- рачивающимс на профилированных5, and the fixing EM 20 are rigidly interconnected by a strip and fixedly mounted on the support 22. The working EM 26 is rigidly interconnected by a strip, and the rod 28 with a slider 6. The rods 29 are made of rigid material and interact with the working and fixing EM . The working EM 33 is mounted on the beam 10 and, using the locking EM 34 mounted on the fixed support 35, interacts with the rigid rod 36, made in the form of a ring and freely turning on the profiled

роликах 37. Гибкий трос 39 выполнен в виде замкнутого контура на шкивах 40 и 41, установленных шарнирно на опорах 42 и 43 соответственно . Выходные валы 44 и 45 взаимодействуют со шкивами 40 и 41 с помощью ЭМ 46, 47, гибкий трос 39 св зан с т гой 28 при помощи зажима 48. При работе электродвигател 1 преобразователь позвол ет получить на выходе несколько независимых поступательных шаговых перемещений штоков 29 и поворотные шаговые перемещени штока 36 и выходных валов 44, 45. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.rollers 37. The flexible cable 39 is made in the form of a closed loop on the pulleys 40 and 41 mounted pivotally on the supports 42 and 43, respectively. The output shafts 44 and 45 interact with the pulleys 40 and 41 using the EM 46, 47, the flexible cable 39 is connected to the cable 28 using the clamp 48. When the motor 1 is operating, the converter allows several independent translational step movements of the rods 29 and rotary step movements of the rod 36 and the output shafts 44, 45. 2 zp f-ly, 3 ill.

Изобретение относитс к машиностроению и может быть использовано в качестве привода устройств с возвратно-поступательным , поступательным и угловым движени ми . .The invention relates to mechanical engineering and can be used as a drive for reciprocating, translational and angular movements. .

Целью изобретени вл етс расширение кинематических возможностей преобразовател движени .An object of the invention is to expand the kinematic capabilities of a motion transducer.

Эта цель Достигаетс тем, что многовыходной преобразователь движени , содержащий электродвигатель, св занный с ним трехколенный кривошипный вал, два ползуна , св занные с его концами посредством соответствующих шатунов, один из которых длиннее другого на величину хода ползунов, и расположенные в одной плоскости направл ющие дл соответствующих ползунов , дополнительно снабжен системой параллельных штоков и группами из трех охватывающих соответствующие штоки электромагнитных муфт, две из которых в каждой группе т говые и соединены с соответствующими ползунами, а треть фиксирующа , бесконечным гибким элементом, св занным посредством т ги с одним из ползунов, Охватывающим два направл ющих ролика, св занных с соответствующими выходными валами, коромыслом, св занным посредством третьего шатуна с одним из концов кривошипного вала, и кольцевым выходным звеном, св занным с концом коромысла посредством электромагнитной муфты.This goal is achieved in that a multi-output motion converter comprising an electric motor, a three-knee crank shaft connected to it, two sliders connected to its ends by means of corresponding connecting rods, one of which is longer than the other by the amount of stroke of the sliders, and guides located in one plane for the respective sliders, it is additionally equipped with a system of parallel rods and groups of three covering the corresponding rods of electromagnetic couplings, two of which are traction in each group and are connected to the corresponding sliders, and the third fixing, an endless flexible element connected by means of a tie with one of the sliders, Covering two guide rollers connected with the corresponding output shafts, a beam connected by means of a third connecting rod to one of the ends of the crank shaft, and an annular an output link connected to the end of the beam via an electromagnetic clutch.

В отличие от прототипа в предлагаемом изобретении возвратно-поступательное движение одного ползуна посредством п+2 (.2,..,) управл емых электромагнитных муфт преобразуетс в n-ное количество выходных независимых линейных движений неограниченного хода. Причем таких ползунов может быть несколько. Кроме того, можно реализовать любой закон движени выходных штоков при соответствующем управлении электромагнитными муфтами,Unlike the prototype, in the present invention, the reciprocating movement of one slider by means of n + 2 (.2, ..,) controlled electromagnetic couplings is converted into the nth number of output independent linear motions of unlimited travel. Moreover, there may be several such sliders. In addition, you can implement any law of movement of the output rods with appropriate control of electromagnetic couplings,

что существенно расшир ет функциональные возможности.which significantly expands the functionality.

На чертежах приведен общий вид многовыходного преобразовател в двух позици х ползунов, когда они сход тс The drawings show a general view of the multi-output converter in two positions of the sliders when they converge.

относительно друг друга (фиг.1) и когда они расход тс при своих крайних точках (фиг.2), а на фиг.З приведен вид сверху.relative to each other (Fig. 1) and when they flow at their extreme points (Fig. 2), and Fig. 3 is a plan view.

Многовыходной преобразователь включает электродвигатель 1, на валу которогоThe multi-output converter includes an electric motor 1, on the shaft of which

установлен кривошип 2, шатуны 3 и 4, шарнирно св занные с кривошипом 2 и ползунами 5 и 6, где последние совершают возвратно-поступательное движение на неподвижных направл ющих 7 и 8, шатун 9,crank 2 is installed, connecting rods 3 and 4, articulated to crank 2 and sliders 5 and 6, where the latter reciprocate on fixed guides 7 and 8, connecting rod 9,

шарнирно св занный с кривошипом 2 и коромыслом 10, рабочие электромагнитные муфты (ЭМ) 11, 12,13, 14, жестко соединенные с помощью планки 15 и т ги 16 с ползуном 5, фиксирующие ЭМ 17, 18, 19, 20,pivotally connected to the crank 2 and the rocker 10, working electromagnetic couplings (EM) 11, 12,13, 14, rigidly connected using the strap 15 and link 16 with the slider 5, fixing the EM 17, 18, 19, 20,

жестко соединенные друге другом планкой 21 и неподвижно установленные на опоре 22, рабочие ЭМ 23, 24, 25, 26, жестко соединенные планкой 27, и т гой 28 с ползуном 6, штоки 29, 30, 31 и 32, выполненные изrigidly connected to each other by a strap 21 and fixedly mounted on a support 22, working EM 23, 24, 25, 26, rigidly connected by a strap 27, and rod 28 with a slider 6, rods 29, 30, 31 and 32 made of

жесткого материала и взаимодействующие с рабочими и фиксирующими ЭМ, рабочую ЭМ 33, установленную на коромысло 10, и фиксирующую ЭМ 34,°установленную на неподвижной опоре 35, жесткий шток 36,hard material and interacting with the working and fixing EM, working EM 33 mounted on the beam 10, and fixing EM 34, ° mounted on a fixed support 35, a rigid rod 36,

выполненный в виде кольца, взаимодействующий с рабочими и фиксирующими ЭМ 33 и 34, свободно проворачивающийс на профилированных роликах 37 и 38, гибкий трос (ремень) 39, выполненный в виде замкнутого контура на шкивах 40 и 41, установленныеmade in the form of a ring, interacting with working and fixing EM 33 and 34, freely turning on profiled rollers 37 and 38, a flexible cable (belt) 39, made in the form of a closed loop on pulleys 40 and 41, installed

шарнирно на опорах 42 и 43 соответственно , выходные валы 44 и 45, взаимодействующие со шкивами 40 и 41 с помощью ЭМ 46 и 47. Гибкий трос 39 жестко св зан с планкой 28 при помощи зажима 48, коромысло 10 шарнирно установлено на опоре 49 и совершает качательное движение.pivotally on supports 42 and 43, respectively, output shafts 44 and 45, interacting with pulleys 40 and 41 using EM 46 and 47. Flexible cable 39 is rigidly connected to the bar 28 using clamp 48, the beam 10 is pivotally mounted on the support 49 and makes rocking motion.

Таким образом МПД состоит из сочетани двух кривошипно-ползунных и одного кривошипно-коромыслового механизмов. Длины шатунов 3 и 4 выбраны таким образом , чтобы ползуны 5 и 6 и соответственно две группы рабочих ЭМ сходились и расходились относительно фиксирующих ЭМ на одинаковые расстЪ ни .Thus, the MTD consists of a combination of two crank-slide and one crank-rocker mechanisms. The lengths of the connecting rods 3 and 4 are selected so that the sliders 5 and 6 and, accordingly, the two groups of working EMs converge and diverge relative to the fixing EMs by the same distances.

МПД работает следующим образом.MTD works as follows.

Кривошипно-ползунный механизм служит дл преобразовани вращательного движени электродвигател 1 и соответственно кривошипа 2 в возвратно-поступа- тельные движени ползунов 5 и 6, причем они расположены на одной плоскости и совершают синхронные движени , т.е. одновременно либо расход тс друг от друга на рассто ние 2 S0 (S0 - рассто ние полного хода одного ползуна),либо одновременно сход тс на такое же рассто ние.The crank-slide mechanism is used to convert the rotational movement of the electric motor 1 and, accordingly, the crank 2 to the reciprocating movements of the sliders 5 and 6, and they are located on the same plane and perform synchronous movements, i.e. at the same time either diverge from each other by the distance 2 S0 (S0 is the distance of the full stroke of one slider), or at the same time converge to the same distance.

Кривошипно-коромысловый механизм служит дл преобразовани вращательного движени кривошипа 2 в качательное дви- жение коромысла 10 на определенный угол.The crank mechanism serves to convert the rotational movement of the crank 2 into the oscillating movement of the rocker arm 10 by a certain angle.

Принцип работы МПД заключаетс в преобразовании возвратно-поступательных движений ползунов 5 и 6 в поступательные , реверсивные, шаговые движени штоков 29, 30. 31, 32 и в поворотные шаговые движени валов 44 и 45, а также в преобразовании качательного движени коромысла- 10 в поворотное шаговое движение штока 36, выполненного в виде кольца с помощью автономно управл емых рабочих и фиксирующих ЭМ.The principle of operation of the MTD is to convert the reciprocating movements of the sliders 5 and 6 into the translational, reverse, step movements of the rods 29, 30. 31, 32 and into the rotary step movements of the shafts 44 and 45, as well as the conversion of the rocking movement of the rocker-10 to the rotary the stepwise movement of the rod 36, made in the form of a ring with the help of autonomously controlled workers and fixing EMs.

. Сначала по сним преобразование возвратно-поступательных движений ползунов 5 и 6 в четыре поступательные независимые движени штоков 29, 30, 31,32 и в два независимые поворотные движени валов 44, 45. Причем законы изменени каждого штока могут быть различными.. First, we will take a look at the conversion of the reciprocating movements of the sliders 5 and 6 into four translational independent movements of the rods 29, 30, 31.32 and into two independent rotary movements of the shafts 44, 45. Moreover, the laws of change of each rod can be different.

Штоки 29, 30, 31 и 32 свободно переме- щаютс на направл ющих 7 и 8. При включении рабочих и фиксирующих ЭМ они сцепл ютс со штоками и при отключении их они расцепл ютс .The rods 29, 30, 31 and 32 move freely on the rails 7 and 8. When the working and locking EMs are turned on, they engage with the rods and when they are turned off, they disengage.

Допустим штоки 29, 30,31 и 32 одновре- менно совершают движение влево и в исходном положении ползуны 5 и 6 наход тс в крайних точках, когда центры шарниров кривошипа и шатуна располагаютс на одной линии на минимально удаленном другSuppose the rods 29, 30,31 and 32 simultaneously move to the left and in the initial position the sliders 5 and 6 are at the extreme points when the centers of the hinges of the crank and connecting rod are located on the same line at a minimum distance from each other

от друга рассто нии (фиг.1). В этот момет фиксирующие ЭМ 17, 18, 19, 20 включены и отключаютс рабочие ЭМ 23, 24, 25. 26. Л рабочие ЭМ 11, 12. 13, 14 включены, электродвигатель 1 вращаетс по направлению часовой стрелки.distance from each other (Fig. 1). At this moment, the locking EMs 17, 18, 19, 20 are turned on and off the working EMs 23, 24, 25. 26. The working EMs 11, 12. 13, 14 are turned on, the electric motor 1 rotates clockwise.

При этом надо отметить, что дл каждого ползуна имеетс по две крайних точки перва точка,когда (левое крайнее положение ), втора точка, когда (правое крайнее положение). Когда дл ползуна 5, то дл ползуна 6 и наоборот.It should be noted that for each slider there are two extreme points of the first point when (left extreme position), the second point when (right extreme position). When for slider 5, then for slider 6 and vice versa.

В момент.,когда ползуны 5 и 6 максимально расход тс друг от друга (вторые крайние точки, фиг.2 рабочие ЭМ 11, 12,13, 14 выключаютс , а ЭМ 23, 24, 25, 26 включаютс . При этом штоки 29, 30, 31, 32 совершают один шаг влево и начинают совершать второй шаг влево за счет движени ползуна 6 влево и т.д.At the moment when the sliders 5 and 6 are maximally diverged from each other (second extreme points, Fig. 2, the working EM 11, 12,13, 14 are turned off, and the EM 23, 24, 25, 26 are turned on. In this case, the rods 29, 30, 31, 32 take one step to the left and begin to take the second step to the left by moving the slider 6 to the left, etc.

Перемещение штоков направо осуществл етс с другой последовательностью включени и отключени рабочих ЭМ.The movement of the rods to the right is carried out with a different sequence of switching on and off working EMs.

Осуществл управление ЭМ по различным законам можно получить различные независимые друг от друга движени штоков 29,30,31,32.By controlling the EM according to various laws, various independent movements of the rods 29,30,31,32 can be obtained.

Рассмотрим преобразование возвратно-поступательного движени ползуна 6 в поворотные шаговые движени валов 44 и 45.Consider converting the reciprocating movement of the slider 6 into rotary stepping movements of the shafts 44 and 45.

Гибкий трос 39, выполненный в виде замкнутого контура на шкивах 40 и 41, жестко соединен с помощью зажима 48 с ползуном 6 посредством планки 27 и он также совершает возвратно-поступательное движение .The flexible cable 39, made in the form of a closed loop on the pulleys 40 and 41, is rigidly connected using the clamp 48 to the slider 6 by means of a strap 27 and it also makes a reciprocating movement.

При этом шкивы 40 и 41 также совершают попеременные поворотные движени , которые посредством управл емых ЭМ 46 и 47 преобразуютс в шаговые поворотные движени валов 44 и 45. In this case, the pulleys 40 and 41 also make alternating rotary movements, which, by means of the controlled EMs 46 and 47, are converted into stepwise rotary movements of the shafts 44 and 45.

Допустим, необходимо получить поворотные движени по направлению часовой стрелки вала 44 и наоборот вала 45.Suppose it is necessary to obtain rotational movements in the clockwise direction of the shaft 44 and vice versa of the shaft 45.

В момент движени ползуна 6 из крайнего правого положени () в левое крайнее положение () ЭМ 47 включена и вал 45 вместе со шкивом 41 поворачиваетс на один шаг против часовой стрелки, а муфта 48 выключена, вал 44 неподвижен. При движении ползуна вправо (из левого положени ) ЭМ 46 включена, вал 44 совершает один шаг поворотного движени по направлению часовой стрелки, а ЭМ 47 выключена. вал неподвижен (холостой ход), и цикл повтор етс далее. В отличие от штоков 29.30. 31, 32 валы 44 и 45 совершают поворотные движени с паузами в момент возвращени ползуна в сходное положение. При этомWhen the slider 6 moves from the extreme right position () to the left extreme position (), the EM 47 is turned on and the shaft 45 together with the pulley 41 rotates one step counterclockwise, and the coupling 48 is turned off, the shaft 44 is stationary. When the slider moves to the right (from the left position), the EM 46 is turned on, the shaft 44 makes one step of pivoting in the clockwise direction, and the EM 47 is turned off. the shaft is stationary (idle) and the cycle repeats further. Unlike stocks 29.30. 31, 32, the shafts 44 and 45 rotate with pauses at the moment the slider returns to a similar position. Wherein

валы 44 и 45 совершают независимые друг от друга поворотные шаговые движени . . Теперь по сним преобразование вращательного движени кривошипа 2 в поворотное шаговое движение штока 36.shafts 44 and 45 make independent rotary stepping movements. . Now, we will take a look at the conversion of the rotational movement of the crank 2 into the rotational step motion of the rod 36.

Вращательное движение кривошипа 2 с помощью шатуна 9 преобразуетс в кача- тельное движение коромысла 10 на определенный угол р , завис щий от размеров шатуна 9 и коромысла 10. ЭМ 33 жестко установлена на коромысле 10. При включении ЭМ 33 осуществл етс жесткое сцепление коромысла 10 штоком 36, при выключении ЭМ 33 шток 36 и коромысло 10 расцеплены. Коромысло 10 также имеет две крайние точки, между которыми оно совершает качательное движение.The rotational movement of the crank 2 by means of the connecting rod 9 is converted into a rocking movement of the rocker arm 10 by a certain angle p, depending on the dimensions of the connecting rod 9 and the rocker arm 10. The EM 33 is rigidly mounted on the rocker arm 10. When the EM 33 is turned on, the rocker arm 10 is rigidly engaged by the rod 36, when the EM 33 is turned off, the rod 36 and the beam 10 are disengaged. Rocker 10 also has two extreme points between which it makes a rocking motion.

Дл поворота штока 36 по направлению против часовой стрелки ЭМ 33 включаетс , когда коромысло поворачиваетс также против часовой стрелки, тогда шток 36 совершает один шаг поворота, равный углу р, и при повороте коромысла 10 по часовой стрелке ЭМ 33 выключена. В этот момент происходит пауза, далее цикл повтор етс . Шток 36 свободно проворачиваетс на профилированных роликах 37.To rotate the rod 36 counterclockwise, the EM 33 is turned on when the beam also rotates counterclockwise, then the rod 36 takes one rotation step equal to the angle p, and when the rocker 10 is rotated clockwise, the EM 33 is turned off. At this moment, a pause occurs, then the cycle repeats. Stem 36 rotates freely on profiled rollers 37.

Необходимо отметить, что шаги перемещений штоков 29, 30, 31, 32, штока 36 и валов 44 и 45 определ ютс не только величинами движений ползунов 5 и 6, коромысла 10, но и также временем включени и отключени рабочих ЭМ, которые легко осуществл ютс от системы управлени .It should be noted that the steps of the movements of the rods 29, 30, 31, 32, the rod 36 and the shafts 44 and 45 are determined not only by the values of the movements of the sliders 5 and 6, the rocker arm 10, but also by the time of switching on and off the working EMs, which are easily carried out from the control system.

Фиксирующие ЭМ 17, 18, 19, 35 предназначены не только дл фиксации штоков в любой точке диапазона их перемещений, но также и в промежуточных точках одного шага. Дл этого достаточно отключить т говые ЭМ и включить фиксирующие ЭМ.The locking EMs 17, 18, 19, 35 are intended not only for fixing the rods at any point in the range of their movements, but also at intermediate points of one step. To do this, it is enough to turn off the traction EMs and turn on the locking EMs.

Таким образом многовыходной преобразователь позвол ет получить четыре независимых поступательных шаговых перемещени штоков 29, 30, 31, 32, поворотные шаговые перемещени штока 36 и выходных валов 44 и 45.In this way, the multi-output converter allows four independent translational step movements of the rods 29, 30, 31, 32, rotary step movements of the rod 36 and the output shafts 44 and 45 to be obtained.

Число независимых поступательных и поворотных перемещений может быть от одного и более (в общем случае п). Дл увеличени количества независимых движений достаточно МПД снабдить дополнительно штоками и соответствующими им т говыми и фиксирующими ЭМ. Также надо отметить, что штоки в пространстве могут находитс произвольно в различных плоскост х. Система смазки МПД на чертеже не показана. Скорости перемещений штоков можно регулировать как с помощью устройства управлени , так и с помощью регулировани частоты вращени электродвигател 1.The number of independent translational and rotational movements can be from one or more (in the general case, n). In order to increase the number of independent movements, it is sufficient to provide the MTD with additional rods and their corresponding traction and fixing EMs. It should also be noted that the rods in space can be arbitrarily in different planes. The MTD lubrication system is not shown in the drawing. The speed of movement of the rods can be controlled either by a control device or by adjusting the speed of the electric motor 1.

Один из шатунов, св зывающий кривошип с ползунами, выполнен длиннее другого на ход ползуна дл предотвращени соприкасани планок с рабочими муфтами. расположенных на лолзунах, с неподвижной планкой, имеющей фиксирующие муфты , что позвол ет двигатьс ползунам наOne of the connecting rods connecting the crank to the sliders is made longer than the other by the stroke of the slide to prevent the strips from contacting the working couplings. located on the sliders, with a fixed bar having locking couplings, which allows the sliders to move on

одной плоскости. Таким образом при вращении кривошипа ползуны с рабочими муфтами начинают сходитс и расходитс относительно друг друга на одной плоскости .one plane. Thus, when the crank rotates, the sliders with working couplings begin to converge and diverge relative to each other on the same plane.

Таким образом в предлагаемом устройстве достигнуто расширение кинематических возможностей выполнением двигател возвратно-поступательного движени в виде электродвигател , снабженного двум Thus, in the proposed device, the expansion of kinematic capabilities by performing a reciprocating motion engine in the form of an electric motor equipped with two

кривошипно-шатунными механизмами, на которые посредством планки установлены рабочие ЭМ, взаимодействующие со штоками , один из штоков выполнен в виде кольца, который также взаимодействует с помощьюcrank mechanisms on which working EMs interacting with the rods are installed through the bar, one of the rods is made in the form of a ring, which also interacts with

ЭМ с кривошипно-коромысловым механизмом .EM with a crank mechanism.

.Ф о р м у л а и з о б р е т е н и .Formula and sampling

Claims

1. Multi-output converter

a movement comprising an electric motor, a three-knee crank shaft connected to it, two sliders connected to its ends by means of corresponding connecting rods, one of which is longer than the other

by the size of the stroke of the sliders, and guides located in the same plane for the respective sliders, characterized in that, in order to expand the kinematic capabilities, it is equipped with a system

parallel rods and groups of three electromagnetic clutches covering the corresponding rods, two of which are traction in each group and are connected to the respective sliders, and one third are locking.

2. The converter according to claim 1, with the exception that it is equipped with an infinite flexible element connected by means of a tie with one of the sliders, covering two guide rollers associated with the corresponding output shafts.

3. The converter according to claim 1, with the exception that it is provided with a beam connected by means of a third connecting rod to one of the ends of the crank shaft, and an annular output link connected to the end of the beam by electromagnetic clutch.

fie. 2