SU1384820A1 - Устройство рекуперации энергии колебательных движений поворотного звена - Google Patents

Abstract

Изобретение м.б. использовано дл  повьшени  эффективности использовани  энергии колебательных движений поворотных звеньев манипул торов и промышленных роботов. Цель изобретени  - повьшение КПД путем измерени  жесткости элемента, момента его включени  и направлени  действи  силы пружины дл  настройки на требуемую

Description

23

Фий, 1

-А/

СО

00 4

00

ю

частоту и амплитуду поворота звена. Спиральна  пружина 8 одним концом прикреплена к корпусу 3, а другим - к барабану 9, св занному с рабочим валом 2 посредством передачи А и муфты 10 сцеплени .J, По крайней мере, одна из пружин 8 имеет направление навивки, противоположное направлению навивки пружины 7, а муфты 5 и 10 вьшолнены электромагнитными,С целью обеспечени  рекуперации энергии колебательного движени  подвижных частей промьшшенного робота устр-во снабжено высокомоментным электродвигателем 12 посто нного тока и преобразователем 13 обратной св зи. В среднем положении звена 1 в соответствии с заданной программой по сигналу блока 14 управлени  включаютс  муфты 5 и 10, в результате чего вал начинает вращатьс  за счет .накопленной кинетической энергии звена и напр гает пружину 8. Излишек кинетической энергии звена трансформируетс  в потенциальную энергию пружины 8. При обратном -повороте звена за счет энергии пружины 8 ускор етс  поворот звена . Ускорение вращени  длитс  до того момента, когда звено займет сред- нее положение, а вс  энерги  пружины перейдет в энергию поворота звена. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1

Изобретение относитс  к машиностроению , а именно к устройствам рекуперации кинетической энергии за счет деформации упругого аккумулирующего элемента - пружины, и может быть использовано дл  повьшени  эффективности использовани  энергии колебательных движений поворотных звеньев манипул торов, промышленных роботов и других механизмов .

Целью изобретени   вл етс  повьш1е ние КПД путем изменени  жесткости элемента, момента его включени  и направлени  действи  силы пружины дл  настройки на требуемую частоту и амплитуду поворота звена, а также обеспечение рекуперации энергии колебательного движени  подвижных частей промьшшенного робота.

На фиг.1 изображена принципиальна  схема предлагаемого устройства, приспособленного дл  рекуперации энергии колебаний манипул тора промьшшенного робота; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - вид В на фиг.З.

Устройство рекуперации энергии колебательных движений поворотного звена 1 содержит прикрепленный к поворотному звену 1 рабочий вал 2, установленный в корпусе 3 с возможностью вращени . Вал 2 соединен посредством зубчатой передачи 4 и муфты 5

сцеплени  с подвижным барабаном 6. Устройство содержит также упругий аккумулирующий элемент в виде спиральной пружины 7-, один конец которой прикреплен к корпусу 3, а другой - к барабану 6. Устройство снабжено по меньшей мере одной дополнительной спиральной пружиной 8 и дополнительным подвижным барабаном 9, Дополнительна  пружина 8, одним концом прикреплена к корпусу 3, а другим - к дополнительному барабану 9, последний св зан с рабочим валом 2 посредством передачи 4 и дополнительно установленной муфты 10 сцеплени . По крайней мере одна из дополнительных пружин 8 имеет направление навивки, противоположное направлению навивки

пружины 7, Все муфты 5 и 10 сцеплени  выполнены электромагнитными.

Поворотное звено 1 выполнено в виде рамы манипул тора 11 промьшшенного робота. Устройство снабжено вы сокомоментным электродвигателем 12 посто нного тока типа ДК1 с тирис- торным приводом и преобразователем 13 обратной св зи, управл емым посредством блока 14 управлени  по параметрам движени  рабочего вала 2, Электродвигатель 12 св зан с валом 2 посредством самотормоз щейс  черв чной передачи, черв чное колесо 15 которой жестко установлено на валу

2, a черв к 16 соединен с электродвигателем 1 2.

Кажда  пружина 7 и 8 выполнена спиральной и прикреплена своим на- ружным концом посредством пальца 17 к неподвижной обойме 18, закрепленной в корпусе 3, а внутренним концом - посредством пальца 19 к подвиж iHoMy барабану 6. Неподвижна  обойма 18 закрыта снизу крьшкой 20. Каждый .барабан 6 и 9 установлен в своей обойме 18 на подшипниках 21. Передача 4 выполнена в виде закрепленной на рабочем валу 2 шестерни 22 и на- ход щихс  с последней в зацеплении шестерен 23. Кажда  шестерн  23 установлена при помощи подшипников 24 на верхнем конце подвижного барабана 6 или 9 своей пружины 7 или 8 и соединена с барабаном 6 или 9 соот- ветственно посредством муфты 5 или 10 сцеплени . Шестерни 23 имеют выступы 25 дл  взаимодействи  с дисками 26 электромагнитной муфты 5 или 10. Кажда  муфта 5 и 10 состоит из непод , вшшой части 27 и подвижной части 28

Устройство работает следующим образом .

При повороте рамы манипул тора 11 при помощи электродвигател  12, черв ка 16 и черв чного колеса 15 включаетс  электромагнитна  муфта 5 и вращением барабана 6, передаваемым от вала 2 шестерн ми 22 и 23 передачи 4, осуществл етс  завод спиральной , пружины 7. В зависимости от направлени  движени  поворотного звена 1 рамы манипул тора 11 к валу 2 при помощи муфт 5 и 10 может подключатьс  то пружина 7, то пружина 8 с противоположным направлением навивки. Крут щий момент, передаваемый на шестерню 23 при взаимодействии с диска- ми 26 электромагнитнрй муфты 5, осуществл ет поворот барабана 6. Спиральна  пружина 7, подвижный конец которой соединен с барабаном 6, заводитс  при вращении последнего. При повороте барабана 6 пружина 7 раскручиваетс , помога  поворачи вать барабан 6 и, тем самым, вал 2, на котором установлена рама манипул тора 1I. Управление всеми механизма- |МИ и устройствами осуществл етс  от I блока 14 управлени  при контроле об- .ратной св зи по данным преобразовател  13 об угле поворота вала 2.

f

с - ю 15 20 25 .

30

35

40

50

55

При повороте звена I рамы манипул тора 1 1 промьш1ленного робота вокруг своей оси на некоторый угол о (фиг.2), чтобы вз ть захватом, перенести и положить в заданное место предмет из-за экономии времени поворот необходимо осуществить быстро, т.е. вести по циклу ускорение-торможение . Дл  того, чтобы кинетическа  энерги  рамы манипул тора 11, накопленна  при наборе скорости поворота , не была потер на при торможении в конце цикла, управление циклом осуществл етс  следующим образом.

От блока 14 управлени  подаетс  команда на разгон электродвигател  12 до достижени  максимальной скорости поворота звена 1. Поскольку амплитуда поворота звена I известна (она программируетс ), то разгон электродвигател  12 ведетс  до половины амплитуды поворота звена 1. Дл  обратного поворота звена 1 рамы манипул тора I1 вращение электродвигател  12 программируетс  таким образом, чтобы вращение электродвигател  12 через черв к 16 и колесо 15 не преп тствовало повороту звена 1 за счет энергии раскручивающейс  пружины 7, накопленной за счет кинетической энергии звена 1 в первой фазе его поворота . Другими словами вращение электродвигател  12 посредством блока I4 управлени  во второй фазе цикла задаетс  так, чтобы самотормоз ща с  черв чна  передача, состо ща  из черв ка 16 и колеса 15, не преп тствовала повороту звена 1 пружиной 7, т.е. электродвигатель I2 своим опережающим вращением как бы выключает самотормоз щуюс  черв чную передачу, а систему поворота звена 1 пружиной 7 отпирает. В среднем положении звена 1 рамы манипул тора 1 промьш - ленного робота в соответствии с заданной программой по сигналу блока 14 управлени  выключаетс  электромагнитна  муфта 5 и включаетс  электромагнитна  муфта 10, в результате чего рабочий вал 2 через зубчатую передачу 4 начинает вращатьс  за счет накопленной кинетической энергии звена 1 и напр гает дополнительную спиральную пружину 8. При этом излишек кинетической энергии звена 1 трансформируетс  в потенциальную энергию спиральной пружины 8. Точный конец амплитуды поворота звена 1 определ етс 

управл емым при помощи блока 14 поворотом вала электродвигател  12 и одновременно черв ка 16 т.е. запиранием последнего. Таким образом, при

об

максимальном значении - --- угла поворота звена 1, спиральна  пружина 8 напр жена. При обратном повороте звёность наилучшим образом использоват кинетическую энергию поворотного зв на 1 при его торможении в услови х авторезонанса, достижение которого в кратчайшие сроки обеспечивает опи санное устройство. В результате это го обеспечиваетс  повьппение КПД при рекуперации энергии колебательных

на 1 в соответствии с программой вра-10 движений поворотного звена 1 рамы

щением электродвигател  12 черв к 16 отпираетс  и за счет потенциальной энергии заведенной спиральной пружины 8 ускор етс  поворот звена 1. Ускорение вращени  длитс  до момента, когда звено 1 займет среднее положение и к этому времени вс  потенци- альна  энерги  пружины 8 переходит вкинетическую энергию поворота звена 1. Преобразователем 13 обратной св зи контролируетс  достигаема  скорость вращени  вала 2 и звена 1, и если заданную скорость не обеспечивает потенциальна  энерги  спиральной пружины 8, помогает электродви- гатель 12. В среднем положении звена 1 после того, когда вс  потенциальна  энерги  пружины 8 израсходована и перешла в кинетическую энергию поворота звена 1, от сигнала блока 14 программного управлени  отключаетс  электромагнитна  муфта 10, освобождаетс  барабан 9 пружины 8 и одновременно включаетс  электромагнитна  муфта 5 подвижного барабана 6 пружины 7. Далее описанный цикл повтор етс .

В соответствии с задаваемой при помощи блока 14 управлени  программой циклы поворота звена 1 повтор ют с  до нужных значений амплитуды уг

. ot лов -j-Колебательна  система циклического поворота звена 1 работает в резонансном режиме, даже при переносе манипул тором 11 промьшшенного робота различных т жестей. При увеличении т жести переносимого груза увеличиваетс  и жесткость упругого элемента - набора спиральных пружин 7 и 8 путем параллельного включени  двух или нескольких пружин 7 и 8 с одинаковым направлением навивки. Таким образом, указанна  колебательна  система, благодар  автоматическому управлению ее, при необходимости всегда может быть введена в авторезонанс при разной конфигурации самой системы. Это обеспечивает возможность наилучшим образом использовать кинетическую энергию поворотного звена 1 при его торможении в услови х авторезонанса, достижение которого в кратчайшие сроки обеспечивает описанное устройство. В результате этого обеспечиваетс  повьппение КПД при рекуперации энергии колебательных

о

Q

5

5

0

5

манипул тора 11 промышленного робота.

Claims (2)

1.Устройство рекуперации энергии колебательных движений поворотного звена, содержащее прикрепленный к поворотному звену рабочий вал, установленный в корпусе с возможностью вращени  и соединенный посредством зубчатой передачи и муфты сцеплени  с подвижным барабаном, и упругий аккумулирующий элемент в виде пружины, один конец которой прикреплен к корпусу , а другой - к барабану, отличающеес  тем, что, с целью повышени  КПД путем изменени  жесткости элемента, момента его включени  и направлени  действи  силы пружины дл  настройки на требуемую частоту и амплитуду поворота звена, оно снабжено по меньшей мере одной дополнительной спиральной пружиной и дополнительным подвижным барабаном, дополнительна  пружина одним концом прикреплена к корпусу, а другим - к дополнительному барабану, последний св зан с рабочим валом посредством передачи и дополнительно установленной муфты сцеплени , по крайней мере одна из дополнительных пружин имеет направление навивки, противоположное направлению навивки пружины, и все муфты сцеплени  вьшолнены электромагнитными .

2.Устройство по п.1, о т л и - чающеес  тем, что, с целью обеспечени  рекуперации энергии колебательного движени  подвижных частей промьшшенного робота, оно дополнительно снабжено высокомоментным электродвигателем посто нного тока

с тиристорным приводом и преобразователем обратной св зи, управл емым по параметрам движени  рабочего вала, электродвигатель св зан с рабочим валом посредством дополнительно установленной самотормоз щейс  черв чной передачи, а поворотное звено выполнено в .виде рамы промьшшенного робота.

1384820

Вид R

фиг. 3

Вид В

фиг.