RU2814591C1

RU2814591C1 - Tracking electric drive with drum-roller actuator

Info

Publication number: RU2814591C1
Application number: RU2023107651A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Агапов; Александр Михайлович Литвиненко; Юрий Михайлович Крылов
Filing date: 2023-03-28
Publication date: 2024-03-01

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention can be used in the design of mechanisms for moving an executive body, for example, a steering plane, in space. The mechanism contains a base, a main pair of drums, each installed on the shaft of the corresponding electric motor of the servo drive, which are placed on the base, and the drums are connected to each other by means of a flexible tape wound on them, balancers, movably mounted on the stand of the rotating element, made with the possibility of rigid fastening on the steering plane, contact bearings mounted on balancers with the possibility of contact interaction with a flexible tape wound on the mentioned drums. In this case, the mechanism is equipped with an additional pair of drums installed on the shafts of the corresponding electric motors and connected to each other by means of an additional flexible tape wound on them, the winding direction of which is opposite to the direction of winding of the flexible tape on the main pair of drums.

EFFECT: reduced dimensions of the mechanism and expanded technological capabilities.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к робототехнике, а именно к конструкции электроприводов, обеспечивающих перемещение исполнительного органа в пространстве.The invention relates to robotics, namely to the design of electric drives that ensure movement of the executive body in space.

Известен исполнительный орган робота (Патент РФ Литвиненко A.M. №2250818, опубл. 27.04.2005, бюл. №12, заявка №2003124121/02 от 31.07.2003), состоящий из четырех гибких элементов, имеющих желобчатую форму. Элементы присоединены к крестовине с помощью шаровых шарниров. К середине крестовины прикреплен схват. Места крепления ленты к шарнирам выполнены в виде колодок, придающих зажатому концу ленты изгиб в поперечном сечении. На элементы одеты формостабилизирующие элементы, представляющие собой пластину с четырьмя прорезями, сделанными по форме изгиба элементов. Формостабилизирующие элементы присоединены к схвату при помощи тросовой гибкой связи с узлами. По мере выдвижения руки количество задействованных формостабилизирующих элементов увеличится. Вторые концы элементов пропущены через формообразующие направляющие и намотаны на барабан с приводами. Барабаны каждой степени подвижности установлены в каретке, движущейся по вертикальной поворотной колонне манипулятора. Формообразующие направляющие представляют собой брус из антифрикционного материала (фторопласта), на одной грани которого выполнена дугообразная прорезь, а недостатком данного устройства является небольшое усилие, развиваемое приводом.The robot's executive body is known (RF Patent A.M. Litvinenko No. 2250818, published April 27, 2005, Bulletin No. 12, application No. 2003124121/02 dated July 31, 2003), consisting of four flexible elements having a grooved shape. The elements are attached to the cross using ball joints. A gripper is attached to the middle of the cross. The places where the tape is attached to the hinges are made in the form of blocks, giving the clamped end of the tape a bend in the cross section. The elements are equipped with form-stabilizing elements, which are a plate with four slots made according to the bending shape of the elements. Form-stabilizing elements are connected to the gripper using a flexible cable connection with nodes. As the arm extends, the number of shape-stabilizing elements involved will increase. The second ends of the elements are passed through the forming guides and wound on a drum with drives. The drums of each degree of mobility are installed in a carriage moving along the vertical rotary column of the manipulator. The forming guides are a beam made of antifriction material (fluoroplastic), on one side of which an arcuate slot is made, and the disadvantage of this device is the small force developed by the drive.

Также известен исполнительный орган робота (Патент РФ Литвиненко A.M. Бохер Р.М. №2653397, опубл. 08.05.2018, бюл. №13, заявка №2015149070 от 16.11.2015), состоящий из привода исполнительного органа снабженного дополнительным барабаном с приводом, установленным на основании с основным барабаном, и направляющими со штоком, присоединенным к каретке и связанным с исполнительным органом манипулятора, при этом гибкий элемент намотан на основной и дополнительный барабаны, каретка выполнена с двумя группами роликов, каждая из которых расположена в контакте с гибким элементом основного и дополнительного барабанов и установлена между упомянутыми основными барабанами, приводы которых связаны с системой управления манипулятора.The executive body of the robot is also known (RF Patent Litvinenko A.M. Bokher R.M. No. 2653397, published 05/08/2018, Bulletin No. 13, application No. 2015149070 dated 11/16/2015), consisting of an executive body drive equipped with an additional drum with a drive installed on a base with a main drum, and guides with a rod attached to the carriage and connected to the executive body of the manipulator, while the flexible element is wound on the main and additional drums, the carriage is made with two groups of rollers, each of which is located in contact with the flexible element of the main and additional drums and is installed between the mentioned main drums, the drives of which are connected to the manipulator control system.

Недостатком данного устройства является большие габариты, поскольку барабаны разнесены на длину каретки, а также невозможность реализации поворотного перемещения без применения дополнительных рычагов.The disadvantage of this device is its large dimensions, since the drums are spaced apart along the length of the carriage, as well as the impossibility of implementing rotary movement without the use of additional levers.

Наиболее близким к заявленному по совокупности существенных признаков является исполнительный орган рулевого привода (Патент РФ Литвиненко А.М. Крылов Ю.М., Агапов А.А. и др. №2759348, опубл. 12.11.2021, бюл. №32, заявка №2020141450 от 15.12.2020), состоящий из основания, двигателей, гибкой ленты, намотанной на барабаны, в контакте с барабанами расположены контактные подшипники, закрепленные на балансирах, рулевая плоскость зафиксирована на оси, установленной в корпусе летательного аппарата (не показано на чертеже), балансиры соединены с рулевой плоскостью с помощью стойки поворотного элемента, которая жестко соединена с рулевой плоскостью.The closest to the declared one in terms of the totality of essential features is the actuator of the steering drive (RF Patent A.M. Litvinenko, Yu.M. Krylov, A.A. Agapov et al. No. 2759348, publ. 11/12/2021, Bulletin No. 32, application No. 2020141450 dated 12/15/2020), consisting of a base, engines, a flexible tape wound on drums, contact bearings mounted on balancers are located in contact with the drums, the steering plane is fixed on an axis installed in the body of the aircraft (not shown in the drawing) , the balancers are connected to the steering plane using a rotating element strut, which is rigidly connected to the steering plane.

Недостатком данного изобретения является необходимость использования тормозного режима на одном из электродвигателей при перемещении рулевой плоскости, с целью сохранения натяжения ленты.The disadvantage of this invention is the need to use the braking mode on one of the electric motors when moving the steering plane, in order to maintain belt tension.

Изобретение направлено на улучшение эксплуатационных характеристик.The invention is aimed at improving performance characteristics.

Это достигается тем, что исполнительный орган рулевого привода, содержащий барабаны с приводом, контактные подшипники с несущими элементами, основание, согласно изобретению несущие элементы подшипников выполнены в виде балансиров, установленных на стойке поворотного элемента, жестко закрепленного с рулевой плоскостью.This is achieved by the fact that the steering drive actuator contains drive drums, contact bearings with load-bearing elements, a base; according to the invention, the load-bearing elements of the bearings are made in the form of balancers mounted on the rack of the rotary element, rigidly fixed to the steering plane.

Сущность изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг 1 представлена структурная схема следящего электропривода с барабанно-роликовым исполнительным элементом на фиг 2 представлен вид исполнительного элемента сверху в среднем положении рулевой плоскости, на фиг 3 вид сверху в крайнем левом положении, на фиг 4 вид сзади без одной гибкой ленты.The essence of the invention is illustrated by a drawing, where Fig. 1 shows a block diagram of an electric servo drive with a drum-roller actuator; Fig. 2 shows a top view of the actuator in the middle position of the steering plane; Fig. 3 shows a top view in the extreme left position; Fig. 4 shows a rear view without one flexible tape.

Следящий электропривод содержит в себе усилители мощности, приводной блок, редуктор датчика, а также датчик положения.The tracking electric drive contains power amplifiers, a drive unit, a sensor gearbox, and a position sensor.

Исполнительный орган содержит в себе основание 1, двигатели 2, гибкие ленты 3, намотанные на барабаны 4 и 5. В контакте с барабанами расположены контактные подшипники 6, закрепленные на балансирах 7. Рулевая плоскость 8 зафиксирована на оси 9, установленной в корпусе летательного аппарата. Балансиры 7 соединены с рулевой плоскостью с помощью стойки поворотного элемента 10, которая жестко соединена с рулевой плоскостью 8. На оси 9 установлен датчик положения рулевой плоскости 8 (не указан на чертеже). Натяжение дополнительной ленты регулируется подпружиненным роликом, установленным на основании 1(не указано на чертеже).The executive body contains a base 1, engines 2, flexible belts 3 wound on drums 4 and 5. Contact bearings 6 are located in contact with the drums, mounted on balancers 7. The steering plane 8 is fixed on an axis 9 installed in the body of the aircraft. The balancers 7 are connected to the steering plane using a rack of the rotating element 10, which is rigidly connected to the steering plane 8. A position sensor of the steering plane 8 is installed on the axis 9 (not shown in the drawing). The tension of the additional tape is adjusted by a spring-loaded roller installed on base 1 (not indicated in the drawing).

Исполнительный орган рулевого электропривода работает следующим образом. При поступлении сигнала задания (Цзад) и увеличении сигнала рассогласования между сигналом задания и сигналом с датчика положения (Цдп) происходит увеличение скважности ШИМ-сигналов, что приводит к вращению электродвигателей 2, гибкие ленты 3 сматываются, и наматывается на барабаны 4 и 5, вследствие чего изменяется внешний диаметр барабанов, причем контактные подшипники 6 с балансирами 7 установлены, только к одной (основной) ленте. При изменении диаметра барабанов 4 и 5 происходит перемещение контактных подшипников 6, которые закреплены на балансирах 7, которые в свою очередь подвижно соединены со стойкой поворотного элемента 10, которая жестко соединена с рулевой плоскостью 8, вследствие чего при изменении диаметров барабанов 4 и 5 происходит перемещение рулевой плоскости.The electric steering actuator operates as follows. When a task signal (TSD) arrives and the mismatch signal between the task signal and the signal from the position sensor (TSD) increases, the duty cycle of the PWM signals increases, which leads to the rotation of the electric motors 2, the flexible tapes 3 are wound up, and wound onto the drums 4 and 5, due to which changes the outer diameter of the drums, and the contact bearings 6 with balancers 7 are installed to only one (main) belt. When the diameter of the drums 4 and 5 changes, the contact bearings 6 move, which are mounted on the balancers 7, which in turn are movably connected to the rack of the rotating element 10, which is rigidly connected to the steering plane 8, as a result of which, when the diameters of the drums 4 and 5 change, movement occurs steering plane.

Исполнительный орган имеет следующие технические преимущества: увеличение коэффициента полезного действия (КПД) за счет установки двух лент 3, намотанных в противоположных направлениях, что позволяет использовать мощность двух электродвигателей 2 при перемещении рулевой плоскости 8, уменьшенные габаритные показатели за счет выполнения поворотного механизма в виде единой стойки поворотного элемента 10, а также максимального приближения поворотной оси 9 рулевой плоскости 8 к основанию 1, возможность вращательного движения без введения дополнительных звеньев и усложнения конструкции. Следствием этих технических преимуществ является с одной стороны увеличение КПД электропривода, с другой стороны расширение области применения за счет возможности вращательного движения.The executive body has the following technical advantages: an increase in efficiency due to the installation of two tapes 3 wound in opposite directions, which makes it possible to use the power of two electric motors 2 when moving the steering plane 8, reduced overall dimensions due to the design of the rotating mechanism in the form of a single the rack of the rotating element 10, as well as the maximum approach of the rotary axis 9 of the steering plane 8 to the base 1, the possibility of rotational movement without introducing additional links and complicating the design. The consequence of these technical advantages is, on the one hand, an increase in the efficiency of the electric drive, and on the other hand, an expansion of the scope of application due to the possibility of rotational motion.

Claims

An actuator of the steering plane, containing a base, a main pair of drums, each of which is mounted on the shaft of a corresponding electric motor of the servo drive, which are placed on the base, and the drums are connected to each other by means of a flexible tape wound on them, balancers mounted movably on the rack of the rotary element, made with the possibility of rigid fastening on the steering plane, contact bearings mounted on balancers with the possibility of contact interaction with a flexible tape wound on said drums, while the servo drive includes a steering plane position sensor having an instrument gearbox and power amplifiers, suitably interconnected and with the mentioned electric motors, characterized in that it is equipped with an additional pair of drums connected to each other by means of an additional flexible tape wound on them, the winding direction of which is opposite to the direction of winding of the flexible tape on the main pair of drums, while the drums of the additional pair are installed on the shafts of the corresponding the mentioned electric motors.