SE437882B - Vinkelhastighetsavkennande anordning fremst for anvendning i en styrningsbar roterande luftburen robot - Google Patents

Description

l0 l5 20 25 30 35 40 isoisss-i 2 kurs från horisontell riktning till en stigande riktning. På samma sätt sker en kursändring ät höger genom att den sinusformade signalen förskjutes 900 relativt den signal som erfordras för en vertikal kursändring. Detta resulterar i ett enkelt reglersystem, som är billigt och har hög tillförlitlighet vid roterande luftkroppar, till skillnad från stabiliserade luftkroppar.

Föreliggande uppfinning tillkom och utvecklades för användning i ett nyligen framtaget autopilot-reglersystem för roterande luftkroppar. Hitintills har inget lämpligt reglersystem funnits för användning i ett sådant autopilotsystem för roteran- de luftkropps-system. A Det är därför önskvärt att lämpliga styrhastighetsavkänningsanordningar är till- gängliga, som är enkla och effektiva för användning i autopilotsystem för roterande luftkroppar.

Således avser föreliggande uppfinning en styrhastighetsavkännande anordning avsedd för användning i en roterande kropp. Anordningen innefattar ett baselement avsett för fastgöring direkt vid en roterande kropp för rotation tillsammans med denna omkring en rotationsaxel. Baselementet inbegriper lagerorgan, som utgör en svängaxel, vilken bildar en vinkel med rotationsaxeln. En magnetisk anordning är fäst vid baselementet för rotation tillsammans med detta. En avkänningsspole är svängbart monterad i lagerorganen hos baselementet för rotation tillsammans med detta och för rörelse omkring svängaxeln relativt den magnetiska anordningen under inverkan av krafter av gyroskopiskt ursprung i en precessönsrörelse i beroende av en ändring hos rotationsaxelns orienteringsriktning under dess rotation i och för att alstra en signal.

Vidare avser uppfinningen en styrahastighetsavkännande anordning för en roterande kropp innefattande ett baselement som är monterat i en roterande luftkropp, som har en förutbestämd inducerad rotation omkring sin longitudinella axel, som utgör en rotationsaxel. Baselementet är fäst vid luftkroppen för rotation med denna omkring rotationsaxeln. Baselementet inbegriper halslagerorgan, vilka bildar en svängaxel, som skär luftkroppens rotationsaxel under rät vinkel. En magnetisk anordning är fäst vid baselementet för rotation med detta. En avskämmimsspole, som består av en ledare, som är lindad omkring en ringformad spole, är svängbart monterad vid baselementet på nämnda halslagerorgan för rotation tillsammans med baselementet och för rörelse relativt den magnetiska anordningen under en gyroskopisk precessionsrörelse i be- roende av en ändring i orienteringsriktningen hos rotatonsaxeln under dennas rota- tion för att alstra en signal.

Ovanstâende särdrag och fördelar med föreliggande uppfinning framgår tydligare av nedanstående beskrivning av tvâ utföringsexempel av uppfinningen under hänvisning till bifogade ritningar. Därvid är fig. l en perspektivvy över en typisk robot, som inbegriper avkänningsanordningen eller sensorn med rörlig spole. Fig. 2 är en schema- tisk vy som visar sensorns placering i roboten. Fig. 3 är en vy framifrån över sen- sorn med delar av locket bortskuret. Fig. 4 är en sidovy partiellt uppbruten av sen- "““*'--,--. ” a l0 15 20 25 30 35 40 s 7807556-1 sorn enligt fig. 3. Fig. 5 är ett tvärsnitt taget utmed linjen 5-5 i fig. 4.

Fig. 6 är en vy framifrån över sensorn med locket bortskuret och visar en alternativ spole och magnetutformning.

I fig. l på ritningarna visas ett typiskt exempel på en roterande luftkropp i form av en robot. Luftkroppen består av en väsentligen långsträckt cylindrisk kropp l0 med ett aerodynamiskt utformat nosparti l2 och eflzsvansparti l4, från vilket drivkraft från en raketmotor eller liknande avges. Kroppen är försedd med ett flertal rotationsalstrande fenor eller ytor l6 intill svanspartiet i och för att alstra och/eller bibehålla en rotation hos kroppen omkring dess longitudinella axel. Anordningen är även försedd med ett par fasta, främre anfallsytor l8 och ett par variabla, främre anfallsytor 20. Anfallsytorna 20 kan roteras till positiva eller negativa anfallsvinklar medelst ett lämpligt reglersystem enligt tidigare känd teknik.

Anfallsytorna 20 styr attityden i ett plan som passerar genom robotens longitudinella axel och är vinkelrät mot rotationsaxeln hos reglerytorna. Detta plan kallas här nedan reglerplanet. Hänvisningarna till upp eller ner hos reglerplanet har avseende på riktningar inom fordonet. Reglersystemet för luftkroppen innefattar en styrhastig- hetssensor 22 och en accelerometer 24.

De rotationsalstrande ytorna l6 bildar tillsammans med en ursprunglig rota- tion hos roboten alstrad av utskjutningsröret, en rotationshastighet omkring den longitudinella axeln på ca l0 varv/sek. Styrreglering av luftkroppen åstadkommes genom variering av anfallsvinkeln hos reglerytorna 20 på ett cykliskt sätt för att motsvara det ögonblickliga läget hos reglerplanet. Om exempelvis roboten har en horisontell bana och om man önskar styra roboten i en krökt bana åt vänster ges reglerytorna 20 en positiv attackvinkel, som är vid ett maximum när reglerplanets övre parti befinner sig i de vänstra 1800 av rotation. Om man ignorerar reglerreak- tionsfördröjningar når den positiva anfallsvinkeln ett maximum när reglerplanet befinner sig i det jordrelaterade horisontalplanet (den fordonsrelaterade upprikt- ningen hos reglerplanet är åt vänster). Under nästa 900 rotation reduceras den posi- tiva anfallsvinkeln hos reglerytan till 0 och under nästföljande 900 rotation bildas en negativ attackvinkel, som når ett maximum när reglerplanet återigen är horison- tellt. Rörelsen hos reglerplanen 20 motsvarar en sinusformad variation med en frekvens lika med rullhastigheten och med den relativa fasen bestämd av den avsedda riktnings- ändringen.

I fig. 2 visas en vinkelhastighetssensor 22 och en accelerometer 24 monterade i en luftkropp. Accelerometern 24 är monterad i luftkroppen med sin känsliga axel belägen i reglerplanet men inverterad relativt luftkroppens vertikal så att accelerometern alstrar en signal motsvarande en acceleration i reglerplanet men med motsatt tecken.

Såsom bäst framgår ur fig. 3 och 5 innefattar vinkelhastighetssensorn 22, vilken här nedan kommer att beskrivas i form av en styrhastighetssensor enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen, ett baselement 25 bestående av något lämpligt material.

Baselementet innefattar ett par åtskilda lagerorgan 26 och 28 för montering av en Lfi l0 l5 20 25 30 35 40 7807556-1 4 svängbart lagrad induktionsspole, som har hänvisningsbeteckningen 30. Ett magnet- bärorgan 32 har företrädesvis formen av ett H och inbegriper ett par väsentligen rektangulära slitsar för upptagning av lagerorganen 26 och 28. Magnetbärorganet 32 är tillverkat av ett magnetiskt stålmaterial och åstadkommer en låg-reluktansbana mellan permanentmagneterna 34 och 36. Permanentmagneterna 34 och 36 uppbäres av magnet- bärorganet såsom framgår ur fig. 3. Höljet 87 är tillverkat av ett magnetiskt material, som förutom att det skyddar sensorn hjälper till att bilda en hög flödestäthet i luftgapet mellan magneterna och höljet, samt åstadkommer ett magnetiskt skal omkring sensorn. Magnetbärorganet kan fästas vid baselementet på något lämpligt sätt, exempel- vis medelst skruvar 38 såsom visas i fig. 3.

Induktionsspolen 30 eller avkänningsspolen består av ett väsentligen ring- format spolelement 40 med ett flertal ledningsvarv 42. Spolen kan tillverkas av något lämpligt material såsom aluminium.

Hela styravkänningsapparaten är avsedd att rotera med luftkroppen med axeln hos styrapparaten parallell med axeln hos luftkroppen enligt en föredragen utförings- form. Således kan den rörliga svängbara spolen anses vara en rotor. Detta spolaggregat är svängbart monterat för svängrörelse krtng en axel som skär och bildar 900 med regleraxeln hos den roterande kroppen.

Spolaggregatet 30 är monterat på lagerorganen 26 och 28 medelst ett par juvel- lager 44 och 46 belägna i skruvorgan 48 och 50, vilka i sin tur är gängade genom lagerorganen 26 och 28. Ett par inställbara tappar 56 och 58 med koniska spetsar för samverkan med koniska urtagningar i lagren 44 och 46 är monterade medelst lämpliga gängade organ eller skruvar 60 och 62 i spolelementet 40.

Spolen omger magneten och en elektrisk ström induceras i spolen vid rörelse hos denna relativt magneten. Strömmen i spolen ledes medelst ledare 64 och 66 till kontakter 68 och 70, som är fästa vid distansorgan 72 och 74. Två spirallindade flexib- la ledare 76 och 78 är förbundna mellan kontakterna 68 och 70 och kontakter 80 och 82 på distansorgan 8l och 83, varvid kontakterna 80 och 82 är förbundna med ledace:84 och 86 som sträcker sig ut ur huset. Distansorganen 72, 74, 81, 83 är gängade och utgör låsmuttrar på resp. skruvar. Statisk balansering av rotorn åstadkommes i tre plan genom tillförsel av vikter på rotorns sida och vridmomentet hos de flexibla ledar- na 76 och 78 nollställes genom rotationsinställning av kontakterna 68 och 80 samt 70 och 82. Mekanismen inneslutes av höljet 87, som kan fästas vid baselementet 25 medelst en skruvgänga 88.

Det svängbara spolaggregatet fungerar som en notor och roterar med luftkroppen hos roboten. En ände i attityden hos den longitudinella axeln eller rotationsaxeln hos roboten medför att det svängbara spolaggregatet fungerar som en giro, varvid spolen utför en precesserande rörelse relativt magneten, varigenom alstras en spänning som är proportionell mot hastigheten med vilken de magnetiska flödeslinjerna skäres av spolen och som är i fas med kroppens rotation. Således oscillerar spolaggregatet omkring sin svängaxel med en frekvens som är lika med kroppens rotation. Den elektro- ___.,.,._ _ a 399118 iraty, 10 15 20 25 30 5 7807556-1 motoriska spänningen från sensorn är direkt proportionell mot styrhastigheten hos luftkroppen. Samverkan mellan det elektriskt ledande materialet (aluminium) hos rotorn och det magnetiska fältet dämpar rotorn eller spolen. Parametrarna hos apparaten kan inställas till den önskade känsligheten för den speciella luftkroppen eller för andra tillämpningar.

I fig. 6 visas en alternativ utföringsform av uppfinningen, varvid ett bas- element 90 uppbär en spole med hänvisningsbeteckningen 92, som är svängbart monterad för rörelse relativt en fast elektromagnet 94. Elektromagneten 94 är fäst vid bas- elementet 90 på ett lämpligt sätt och innefattar en kärna med två spolar 96 och 98.

En elektrisk ström i spolarna 96 och 98 alstrar ett magnetiskt fält, som skäres vid rörelse hos spolen 92. Spolen 92 har väsentligen kvadratisk eller rektangulär utform- ning i denna utföringsform och inbegriper en spole av ledningstråd på ett ramele- ment 100, som kan vara av ett lämpligt material såsom aluminium och uppbäres medelst lager såsom beskrivits tidigare på ett par halslagerorgan 102 och 104, som är fästa vid och sträcker sig uppåt från baselementet 90. Spolen 100 uppbäres på tappar 106 som sträcker sig in i lager i skruvelement 108 och 110 monterade i lagerorgan 102 och 104. Ledningen av ström från spolen 100 sker genom förbindelsen av ledare 112 och 114 till kontakter 116 och 118 som i sin tur via spirallindade ledare 120 och 122 leder till kontakter 124 och 126, som är förbundna med utgångsledarna såsom i ovan beskrivna utföringsform. Strömmen till elektromagneten kan varieras som en funktion av accelerationen, hastigheten, läget, temperaturen, tiden, trycket etc. för felkorrektion eller -kompensation.

Dämpningen kan varieras genom ändring av dimensionerna hos spolstommens ledande material eller genom ändring av materialet till exempelvis koppar. Detta medför en ändring av Eddy-ström-dämpningen i systemet. Eftersom hela apparaten är innesluten av ett hölje 128 liksom i ovan beskrivna utföringsform, kan hela aggregatet fyllas med en lämplig dämpningsfluid om större dämpning önskas.

Föreliggande uppfinning har beskrivits och illustrerats med hjälp av två utföringsformer. Det inses, att ett stort antal förändringar och modifikationer kan göras i dessa utföringsformer utan att frångå uppfinningsidën sådan den definieras i bifogade patentkrav.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 40 7807556-1 f. PATENTKRAV

1. Vinkelhastighetsavkännande anordning anordnad att fastgöras med sitt bas- element (25, 30) vid en kropp som roterar omkring en rotationsaxel, speciellt en robot, varvid anordningen innefattar en magnetanordning (32, 34, 36; 94, 96, 98) och en spole (30, 92), vilken alstrar en mätsignal och är svängbar relativt magnet- anordningen, k ä n n e t e c k n a d av att spolen (30, 92) är uppburen av bas- elementet (25, 30) svängbar omkring en svängaxel och att magnetanordningen (32, 34, 36; 94, 96, 98) är fäst vid baselementet för att rotera med baselementet omkring kroppens (10) rotationsaxel; att svängaxeln har en förutbestämd vinkel relativt rotationsaxeln; att mätsignalen alstras av spolens (30, 92) oscillerande rörelser omkring svängaxeln i beroende av en ändring av rotationsaxelns orienteringsriktning och kroppens (10) rotation; och att dämpningsorgan är anordnade för att dämpa spolens svängningar.

2. Vinkelhastighetsavkännande anordning enligt krav 1, av att magnetanordningen är en permanentmagnet (32, 34, 36) eller en elektromagnet 94, 96, 98).

3. Vinkelhastighetsavkännande anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d k ä n n e- t e c k n a d av att spolen (30, 92) omger magnetanordningen.

4. Vinkelhastighetsavkännande anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att spolen (30, 92) är cirkulär eller rektangulär.

5. Vinkelhastighetsavkännande anordning enligt någon av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att baselementets (25, 90) axel sammanfaller med den, roterande kroppens (10) rotationsaxel.

6. Vinkelhastighetsavkännande anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att spolens svängaxel bildar en rät vinkel med kroppens (10) rotationsaxel.

7. Vinkelhastighetsavkännande anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att dämpningsorganet utgöres av ett ledande material på spolen.

8. Vinkelhastighetsavkännande anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att spolen (30, 92) är statiskt balanserad omkring sväng- axeln och rotationsaxeln.

9. Vinkelhastighetsavkännande anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att den elektriska strömmen från spolen (30, 92) ledes medelst ledare (64, 66) till kontakter (68, 70) anordnade på första distansorgan (72, 74) belägna på spolen, därifrån via spirallindade flexibla ledare (76, 78) till kontakter (80, 82) anordnade på andra distansorgan (81, 83) belägna på bas- elementet, och därifrån till yttre ledare (84, 86).

10. vinkelhastighetsavkännande anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att anordningen är innesluten i ett hölje (82) av ett magnetiskt material med låg reluktans. '~,_._»' - _ f. x i