WO2021133187A1 - Сервопривод - Google Patents
Сервопривод Download PDFInfo
- Publication number
- WO2021133187A1 WO2021133187A1 PCT/RU2019/001002 RU2019001002W WO2021133187A1 WO 2021133187 A1 WO2021133187 A1 WO 2021133187A1 RU 2019001002 W RU2019001002 W RU 2019001002W WO 2021133187 A1 WO2021133187 A1 WO 2021133187A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- gear
- rotor
- servo drive
- speed sensor
- drive ring
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F15B9/00—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J13/00—Controls for manipulators
Definitions
- the invention relates to the field of robotics, in particular, to devices for driving elements of a robotic arm.
- a servo drive which is used for a multi-axis drive mechanism such as a multi-axis manipulator, a robotic arm, etc.
- the servo drive contains a motor, a gearbox, a torque transducer driven in rotation relative to the stator of the motor and designed to measure the torque after the gearbox, and a ring output shaft connected to the outer peripheral part of the torque sensor.
- the output shaft ring is located at a distance from the torque sensor in the direction of the stator, so that the distance from the first end surface of the torque sensor to the engine is greater than the distance from the first end surface of the output shaft ring to the engine.
- the servo is characterized in that after installing the output shaft ring, the overall length of the servo towards the output shaft does not change, and the space occupied by the servo does not increase.
- the servo drive still has a fairly large dimensions, and also does not contain means for monitoring the engine speed and output shaft.
- connecting a servo driven device directly to a torque transducer is not always desirable.
- US patent US10500734 describes a robot control servo, which consists of a housing, motor assemblies located inside the housing and including a hollow output shaft and a wave reducer, as well as a gear wheel containing bearings for rotating them.
- the first sensing element and the first source element together constitute a rotation sensor for detecting rotation of the output element.
- the servo drive has a compact structure and small dimensions, which directly affects its size and weight. However, this servo drive uses a complex gearbox, and there are also no means of monitoring the torque and speeds of the motor and gearbox shafts.
- US patent US8291788 describes variants of servo drives, which is a rotary drive assembly that is designed to operate the upper arm of the robot.
- the rotary drive assembly includes a cylindrical supporting frame, an engine mounted coaxially with the frame, a gear train connected to the engine and located inside the frame, a torsion spring, and an output shaft.
- One end of the torsion spring is rotatably connected to the output of the gear train, while the torsion spring is located inside the frame.
- the unit also contains two absolute position sensors for determining, respectively, the angular position of the gear train relative to the frame and the angular position of the output shaft relative to the frame.
- RF patent RU1 85774 describes a robotic servo drive used in mobile robotics.
- the robotic servo drive contains a housing with a gearbox attached to it and located in it, an output shaft connected to the gearbox by means of a screw connection, an absolute encoder connected to the output shaft of the gearbox through a gear train, an electric motor with a shaft with a gear wheel connected to the gearbox through a gear train, a control board located in the housing from the side of the electric motor and fixed by means of a screw connection to one of the walls of the housing. It also contains an electric motor shaft blocker installed near the shaft gear wheel and attached to the servo drive housing by means of a screw connection from the gearbox side.
- the main disadvantage of the known servo drives is their compactness due to the exclusion from the design of the means for measuring the torque, and if they are present - increased dimensions, which is essential for the use of a servo drive in robotic manipulators.
- the challenge is to create a servo that has a compact design and at the same time contains controls such as, first of all, the means for measuring the torque and, additionally, the means for measuring the rotational speed of the rotor and the output drive element, and also ensures the transmission of a large torque.
- the technical result of the claimed invention is to reduce the size and weight of the servo drive while increasing the load capacity of the device and providing the ability to control the amount of transmitted torque.
- a servo drive containing an electric motor, a cycloidal gearbox, a torque sensor and a drive ring.
- the electric motor has a stator, which is connected to the rim of the torque sensor, and a rotor, kinematically connected by a cycloidal gearbox through a shaft.
- the cycloidal gearbox includes at least one eccentric with a gear mounted on it, having holes for placing pins therein with a gap, and an internal gear wheel meshing with the gear.
- the drive ring is connected to the gear wheel and rotates as the rotor rotates. In this case, the hub of the torque sensor is rigidly connected to the pins.
- the claimed servo drive uses a cycloidal gearbox, which, on the one hand, can withstand heavy loads due to the fact that approximately 40% of the gear and gear teeth are meshed at the same time, which is several times more than this indicator for conventional gear, worm and planetary gearboxes.
- this type of gearbox is quite reliable and simple in comparison with a wave gearbox, and also takes up a small volume. A decrease in the occupied volume and an increase in the magnitude of the transmitted torque made it possible to place a compact torque sensor in the servo drive, consisting of a rim and a hub connected by ribs, while not being a servo element that transmits rotation to an external device driven by the servo.
- the number of gear teeth is one unit less than the number of teeth of a toothed wheels, which provides the maximum gear ratio and the maximum transmitted torque of the cycloidal gearbox without changing its dimensions.
- the cycloidal reducer includes two eccentrics and two gears, the gearwheel being in engagement with two gears, and the pins are located in the holes made in the two gears.
- the eccentrics are installed on the shaft in such a way that the gears are rotated 180 ° relative to each other and their eccentricities are diametrically opposite.
- the servo uses a combined tapered bearing on which the drive ring is mounted.
- a bearing includes inner bearing races, outer bearing races and rollers, the rollers being mounted alternately with rotation of 90 ° relative to each other.
- the tapered bearing provides the compactness of the servo drive due to its integration into the design, the ability to take simultaneously radial and axial loads, and makes it easy to eliminate backlash.
- the servo drive may additionally comprise a rotor speed sensor and a drive ring speed sensor, respectively.
- the gear wheel of the rotor speed sensor and the gear wheel of the speed sensor of the drive ring are preferably mounted on the rear cover connected to the gear wheel.
- FIG. 1 is a general view of an embodiment of the claimed servo drive
- in fig. 2 is a simplified sectional view of an embodiment of a servo drive
- in fig. 3 is a drawing of a version of the servo drive (main view)
- area A is an enlarged view of an annular bearing
- section B-B is an enlarged view of the rollers of an annular bearing.
- FIG. 1 shows a general view of the servo drive 1, the overall dimensions of which are essentially determined by the front cover 2, on which the power supply and control board of the servo drive 1 can be placed, the outer surface of the torque sensor 3, the outer surface of the drive ring 4, through which torque is transmitted to the movable elements of the external driven device, the outer surface of the gear wheel 5 with internal engagement and the rear cover 6.
- the front cover 2 and the torque sensor 3 are relatively stationary and can be fixed on the driven device by means of, for example, screws, for which fastening holes 7 can be made on the outer surface of the torque sensor 3.
- Drive ring 4, gear wheel 5 and the rear cover 6 are connected together, made rotatable relative to the front cover 2 and the torque sensor 3 and can be attached to the movable elements of the driven device by means of, for example, screws, for which the corresponding fastening holes can be made on the drive ring 4 8.
- FIG. 2 shows a simplified sectional view of a variant of the claimed servo drive 1.
- Servo drive 1 contains a torque sensor 3, an electric motor 9 with a stator 10 and a rotor 11, a shaft 12 connected to the rotor 11, mounted in a housing on bearings and on which, in turn, a cycloidal reducer is installed. It is preferable to make the shaft 12 split, as shown for example in FIG. 3.
- a cycloidal gearbox generally includes the following components: at least one eccentric 13 mounted on a shaft 12; a gear 14 mounted on an eccentric 13 through a bearing 15, while the gear 14 is provided with holes 16 of the gear (see Fig. 3); a toothed wheel 5 engaging with its inner teeth with the outer teeth of the pinion 14; pins 17, which pass through the holes 16 of the gear, and the diameter of the holes 16 of the gear is greater than the diameter of the pins 17.
- gear ratio of such a reducer is determined by the ratio of the number of teeth of the gear 14 and the gear 5, and it is maximum if the number of teeth of the gear 14 is less than the number of teeth of the gear 5 per unit.
- the pins 17 are rigidly fixed in the annular bearing 18.
- the annular bearing 18 itself is connected to the hub 19 of the torque sensor 3, and the rim 20 of the said sensor 3 is connected to the front cover 2 (see Fig. 3).
- the hub 19 and the rim 20 are interconnected by ribs (not shown in the figures).
- Deformation sensors located on the ribs for example strain gages or capacitive sensors (not shown in the figures), can determine the amount of deformation of the ribs.
- This design of the torque sensor 3 is quite compact, and its placement according to the present invention makes it easy to control the amount of torque transmitted by the servo drive.
- the torque is transmitted through the gear 14 to the pins 17, and from the pins 17 to the hub 19. In this case, the deformation of the ribs having a certain flexibility occurs, which is fixed by the deformation sensors, and the transmitted torque is determined by its magnitude.
- two eccentrics 13 are used and, accordingly, two gears 14 mounted on them through two bearings 15, as shown for example in FIG. 2, 3.
- the eccentrics 13 are installed on the shaft 12 in such a way that the gears 14 are rotated 180 ° relative to each other, and their eccentricities are diametrically opposite. This makes it possible to further increase the maximum value of the transmitted torque, balance dynamic loads and reduce bending forces exerted on the elements of the cycloidal gearbox.
- the claimed servo-drive 1 shown in detail in FIG.
- the annular bearing 18 is made in the form of a combined tapered bearing, which includes outer rings 21.1, 21.2, inner rings 22.1, 22.2 and rollers 23 located between them (see enlarged view A in Fig. 3).
- the rollers 23 are installed alternately with a rotation of 90 ° relative to each other (see section B-B in Fig. 3).
- Such an annular bearing 18 can simultaneously support radial and axial loads, which usually requires the use of two bearings, leading to an increase in the weight and size of the device.
- the annular bearing 18 may contain shims 24, which, with this design, make it easy to eliminate play.
- the use of such an annular bearing 18 makes it possible to reduce the dimensions and weight of the servo drive 1 while maintaining or even increasing its load capacity.
- the servo drive 1 may comprise a drive ring speed sensor 25 and / or a rotor speed sensor 26 for monitoring the speed and current position of the drive ring 4 and rotor 11, respectively.
- the drive gear 27 of the drive ring speed sensor is attached to the pins 17, with which the gear 28 of the drive ring speed sensor is engaged with its teeth.
- the specified gear 28 is mounted on the rear cover 6 through bearings for rotation and contains a magnet 29 of the drive ring rotation speed sensor.
- the drive ring 4, the toothed ring 5 and the rear cover 6 are connected, so that the rotation of the drive ring 4 causes the rear cover 6 to rotate.
- the gear 28, rolling around the drive gear 27, rotates together with the magnet 29 installed in it around its axis, thereby making planetary motion.
- the movement of the sensor magnet 29 is recorded by the drive ring speed sensor 25, and in this way the speed and position of the drive ring 4 are determined.
- a drive gear 30 of the rotor speed sensor is installed on the shaft 12, with which the gear 31 of the rotor speed sensor is meshed with its teeth.
- the specified gear 31 is mounted on the rear cover 6 through bearings for rotation and contains a magnet 32 of the rotor speed sensor.
- the rotation of the drive gear 30 mounted on the shaft 12 causes the gear 31 to rotate and, accordingly, the rotation of the magnet 32 relative to the rotor speed sensor 26. In this way, the frequency of rotation and the position of the rotor I.
- the claimed servo drive is characterized by a compact and lightweight design, increased load capacity, and at the same time includes means for measuring the transmitted torque.
Abstract
Изобретение относится к робототехнике, в частности, к сервоприводам для приведения в движение элементов роботизированного манипулятора. Сервопривод содержит электродвигатель, циклоидальный редуктор, датчик крутящего момента и приводное кольцо. Статор электродвигателя соединен с ободом датчика крутящего момента, а ротор электродвигателя кинематически соединен с циклоидальным редуктором посредством вала. Циклоидальный редуктор включает по меньшей мере один эксцентрик с установленной на нем шестерней, имеющей отверстия для размещения в них штифтов с зазором, и зубчатое колесо с внутренним зацеплением, находящееся в зацеплении с шестерней. Приводное кольцо соединено с зубчатым колесом и вращается при вращении ротора. При этом ступица датчика крутящего момента жестко соединена со штифтами. Технический результат - снижение габаритов и массы сервопривода, повышение нагрузочной способности устройства, обеспечение возможности контроля величины передаваемого крутящего момента.
Description
СЕРВОПРИВОД
Изобретение относится к области робототехники, в частности, к устройствам для приведения в движение элементов роботизированного манипулятора.
Из патента США US9561585 известен сервопривод, используемый для многоосного приводного механизма, такого как многоосевой манипулятор, роботизированная рука и др. Сервопривод содержит двигатель, редуктор, датчик крутящего момента, приводимый во вращение относительно статора мотора и предназначенный для измерения момента после редуктора, а также кольцо выходного вала, соединенную с внешней периферийной частью датчика крутящего момента. При этом кольцо выходного вала размещено на расстоянии от датчика крутящего момента в направлении статора, так что расстояние от первой торцевой поверхности датчика крутящего момента до двигателя больше, чем расстояние от первой торцевой поверхности кольца выходного вала до двигателя. Сервопривод характеризуется тем, что после установки кольца выходного вала общая длина сервопривода в направлении выходного вала не изменяется, и пространство, занимаемое сервоприводом, не увеличивается. Однако сервопривод все равно имеет достаточно большие габариты, а также не содержит средств контроля частоты вращения двигателя и выходного вала. Кроме того, присоединение приводимого сервоприводом устройства напрямую к датчику крутящего момента не всегда желательно.
Патент США US10500734 описывает сервопривод управления роботом, который состоит из корпуса, узлов двигателя, расположенных внутри корпуса и включающих в себя полый выходной вал и волновой редуктор, а также зубчатое колесо, содержащие подшипники для их соединения с возможностью вращения. Первый чувствительный элемент и первый элемент-источник в совокупности составляют датчик вращения для обнаружения вращения выходного элемента. Сервопривод имеет компактную структуру и небольшие размеры, что влияет напрямую на его размеры и вес. Однако в данном сервоприводе используется редуктор сложной конструкции, а
также отсутствуют средства контроля крутящего момента и скоростей валов двигателя и редуктора.
Патент США US8291788 описывает варианты сервоприводов, представляющих собой узел поворотного привода, который предназначен для приведения в действие верхнего рычага робота. Узел поворотного привода включает в себя несущую раму цилиндрической формы, двигатель, установленный соосно с рамой, зубчатую передачу, соединенную с двигателем и размещенную внутри рамы, торсионную пружину, и выходной вал. Один конец торсионной пружины соединен с выходом зубчатой передачи с возможностью вращения, при этом торсионная пружина размещена внутри рамы. Узел также содержит два датчика абсолютного положения для определения соответственно углового положения зубчатой передачи относительно рамы и углового положения выходного вала относительно рамы.
Патент РФ RU1 85774 описывает робототехнический сервопривод, используемый в передвижной робототехнике. Робототехнический сервопривод содержит корпус с прикрепленными к нему и расположенными в нем редуктором, выходным валом, соединенным с редуктором посредством винтового соединения, абсолютным энкодером, соединенным с выходным валом редуктора через зубчатую передачу, электродвигателем с валом с зубчатым колесом, соединенным с редуктором посредством зубчатой передачи, платой управления, расположенной в корпусе со стороны электродвигателя и крепящейся посредством винтового соединения к одной из стенок корпуса. Также он содержит блокиратор вала электродвигателя, установленный возле зубчатого колеса вала и крепящийся на корпус сервопривода посредством винтового соединения со стороны редуктора. Техническим результатом является существенное энергосбережение при статических нагрузках, упрощение разработки новых робототехнических решений.
Основным недостатком известных сервоприводов является обеспечение их компактности за счет исключения из конструкции средств измерения крутящего момента, а если они присутствуют - увеличенные габариты, что является существенным для использования сервопривода в роботизированных манипуляторах.
Таким образом, существует задача создания такого сервопривода, который обладает компактной конструкцией и при этом содержит средства контроля, такие как,
прежде всего, средства измерения крутящего момента и, дополнительно, средства измерения частоты вращения ротора и выходного приводного элемента, а также обеспечивает передачу большого момента.
Техническим результатом заявленного изобретения является снижение габаритов и массы сервопривода при одновременном повышении нагрузочной способности устройства и обеспечении возможности контроля величины передаваемого крутящего момента.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается в сервоприводе, содержащем электродвигатель, циклоидальный редуктор, датчик крутящего момента и приводное кольцо. Электродвигатель имеет статор, который соединен с ободом датчика крутящего момента, и ротор, кинематически соединенный циклоидальным редуктором посредством вала. Циклоидальный редуктор включает по меньшей мере один эксцентрик с установленной на нем шестерней, имеющей отверстия для размещения в них штифтов с зазором, и зубчатое колесо с внутренним зацеплением, находящееся в зацеплении с шестерней. Приводное кольцо соединено с зубчатым колесом и вращается при вращении ротора. При этом ступица датчика крутящего момента жестко соединена со штифтами.
В заявленном сервоприводе использован циклоидальный редуктор, который, с одной стороны, выдерживает большие нагрузки благодаря тому, что одновременно в зацеплении находится примерно 40% зубьев шестерни и зубчатого колеса, что в несколько раз больше этого показателя для обычных шестеренчатых, червячных и планетарных редукторов. С другой стороны, такой тип редуктора достаточно надежен и прост в сравнении с волновым редуктором, а также занимает малый объем. Уменьшение занимаемого объема и повышение величины передаваемого момента позволило разместить в сервоприводе компактный датчик крутящего момента, состоящий из обода и ступицы, соединенных ребрами, при этом не являющийся элементом сервопривода, передающим вращение внешнему устройству, приводимому сервоприводом.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается в также предпочтительных вариантах исполнения изобретения, согласно одному из которых количество зубьев шестерни на единицу меньше количества зубьев зубчатого
колеса, что обеспечивает максимальное передаточное отношение и максимальный передаваемый момент циклоидального редуктора без изменения его габаритов.
Предпочтительно, если циклоидальный редуктор включает два эксцентрика и две шестерни, при этом зубчатое колесо находится в зацеплении с двумя шестернями, а штифты размещены в отверстиях, выполненных в двух шестернях. Это позволяет повысить передаваемый момент, а также уравновесить динамические нагрузки и снизить изгибающие усилия, оказываемые на редуктор. При этом эксцентрики устанавливают на валу таким образом, что шестерни развернуты на 180° друг относительно друга и их эксцентриситеты диаметрально противоположны.
Также является предпочтительным, если в сервоприводе используется комбинированный конический подшипник, на котором установлено приводное кольцо. Такой подшипник включает внутренние кольца подшипника, внешние кольца подшипника и ролики, причем ролики установлены поочередно с поворотом на 90° друг относительно друга. Конический подшипник обеспечивает компактность сервопривода за счет его интегрированности в конструкцию, способность воспринимать одновременно радиальные и осевые нагрузки, позволяет легко устранять люфты.
Для целей осуществления контроля частоты вращения и определения текущего положения ротора и приводного кольца сервопривод может дополнительно содержать соответственно датчик частоты вращения ротора и датчик частоты вращения приводного кольца. При этом шестерня датчика частоты вращения ротора и шестерня датчика частоты вращения приводного кольца предпочтительно установлены на задней крышке, соединенной с зубчатым колесом.
Далее изобретение и некоторые возможные варианты его осуществления более подробно поясняются со ссылками на фигуры, на которых показаны: на фиг. 1 - общий вид варианта исполнения заявленного сервопривода; на фиг. 2 - упрощенный вид варианта исполнения сервопривода в разрезе; на фиг. 3 - чертеж варианта исполнения сервопривода (основной вид), область А - увеличенный вид кольцевого подшипника, сечение Б-Б - увеличенный вид роликов кольцевого подшипника.
На фигурах ссылочными позициями отмечены:
1 - сервопривод;
2 - передняя крышка;
3 - датчик крутящего момента;
4 - приводное кольцо;
5 - зубчатое колесо;
6 - задняя крышка;
7, 8 - крепежные отверстия;
9 - электродвигатель;
10 -статор;
11 - ротор;
12 - вал;
13 - эксцентрик;
14 - шестерня;
15 - подшипник;
16 - отверстия шестерни;
17 -штифт;
18 - кольцевой подшипник;
19 - ступица;
20 - обод;
21.1, 21.2 - внешние кольца;
22.1, 22.2 - внутренние кольца;
23 - ролик;
24 - регулировочная шайба;
25 - датчик частоты вращения приводного кольца;
26 - датчик частоты вращения ротора;
27 - приводная шестерня датчика частоты вращения приводного кольца;
28 - шестерня датчика частоты вращения приводного кольца;
29 - магнит датчика частоты вращения приводного кольца;
30 - приводная шестерня датчика частоты вращения ротора;
31 - шестерня датчика частоты вращения ротора;
32 - магнит датчика частоты вращения ротора.
На фиг. 1 приведен общий вид сервопривода 1, габаритные размеры которого по существу определяются передней крышкой 2, на которой может размещаться плата питания и управления сервоприводом 1, наружной поверхностью датчика 3 крутящего момента, наружной поверхностью приводного кольца 4, посредством которого передается крутящий момент подвижным элементам внешнего приводимого устройства, наружной поверхностью зубчатого колеса 5 с внутренним зацеплением и задней крышкой 6.
Согласно конструкции сервопривода 1 , передняя крышка 2 и датчик 3 крутящего момента являются относительно неподвижными и могут крепиться на приводимом устройстве посредством, например, винтов, для чего на наружной поверхности датчика 3 крутящего момента могут быть выполнены крепежные отверстия 7. Приводное кольцо 4, зубчатое колесо 5 и задняя крышка 6 соединены вместе, выполнены вращающимися относительно передней крышки 2 и датчика 3 крутящего момента и могут крепиться к подвижным элементам приводимого устройства посредством, например, винтов, для чего на приводном кольце 4 могут быть выполнены ответные крепежные отверстия 8. Возможны и другие варианты реализации крепления элементов сервопривода 1 к управляемому устройству и его подвижным элементам.
На фиг. 2 представлен упрощенный вид варианта заявленного сервопривода 1 в разрезе. Сервопривод 1 содержит датчик 3 крутящего момента, электродвигатель 9 со статором 10 и ротором 11, соединенный с ротором 11 вал 12, установленный в корпусе на подшипниках и на котором, в свою очередь, установлен циклоидальный редуктор. Является предпочтительным выполнение вала 12 составным, как для примера показано на фиг. 3.
Циклоидальный редуктор в общем случае включает следующие компоненты: по меньшей мере один эксцентрик 13, установленный на валу 12; шестерню 14, установленную на эксцентрике 13 через подшипник 15, при этом в шестерне 14 выполнены отверстия 16 шестерни (см. фиг. 3); зубчатое колесо 5, входящее своими внутренними зубьями в зацепление с внешними зубьями шестерни 14; штифты 17, которые проходят через отверстия 16 шестерни, причем диаметр отверстий 16 шестерни больше диаметра штифтов 17.
При приведении ротора 11 во вращение начинает вращаться установленный на валу 12 эксцентрик 13, вызывая плоскопараллельное перемещение шестерни 14 в ее плоскости, определяемое величиной эксцентриситета эксцентрика 13. В свою очередь, такое перемещение шестерни 14 приводит к вращению зубчатого колеса 5 и соединенного с ним приводного кольца 4, установленных на кольцевом подшипнике 18, тем самым приводя во вращение подвижный элемент приводимого устройства (на фигурах не показан). Передаточное отношение такого редуктора определяется соотношением количества зубьев шестерни 14 и зубчатого колеса 5, и оно максимально, если количество зубьев шестерни 14 меньше количества зубьев зубчатого колеса 5 на единицу.
В кольцевом подшипнике 18 жестко закреплены штифты 17. При этом сам кольцевой подшипник 18 соединен со ступицей 19 датчика 3 крутящего момента, а обод 20 указанного датчика 3 соединен с передней крышкой 2 (см. фиг. 3). Между собой ступица 19 и обод 20 соединены ребрами (на фигурах не показаны). Размещенные на ребрах датчики деформации, например тензорезисторы или емкостные датчики (на фигурах не показаны), могут определять величину деформации ребер. Такая конструкция датчика 3 крутящего момента является достаточно компактной, а его размещение согласно настоящему изобретению позволяет легко контролировать величину передаваемого сервоприводом крутящего момента. Крутящий момент передается через шестерню 14 на штифты 17, а от штифтов 17 - на ступицу 19. При этом происходит деформация имеющих определенную гибкость ребер, которая фиксируется датчиками деформации, и по ее величине определяется передаваемый крутящий момент.
В предпочтительном варианте исполнения изобретения используются два эксцентрика 13 и, соответственно, установленные на них через два подшипника 15 две шестерни 14, как для примера показано на фиг. 2, 3. При этом эксцентрики 13 устанавливаются на валу 12 таким образом, что шестерни 14 развернуты на 180° друг относительно друга, а их эксцентриситеты диаметрально противоположны. Это позволяет дополнительно повысить максимальную величину передаваемого крутящего момента, уравновесить динамические нагрузки и снизить изгибающие усилия, оказываемые на элементы циклоидального редуктора.
Согласно еще одному предпочтительному варианту исполнения заявленного сервопривода 1, подробно показанному на фиг. 3, кольцевой подшипник 18 выполняют в виде комбинированного конического подшипника, который включает внешние кольца 21.1, 21.2, внутренние кольца 22.1, 22.2 и размещенные между ними ролики 23 (см. увеличенный вид А на фиг. 3). При этом ролики 23 устанавливают поочередно с поворотом на 90° друг относительно друга (см. сечение Б-Б на фиг. 3). Такой кольцевой подшипник 18 одновременно может воспринимать радиальные и осевые нагрузки, что обычно требует использования двух подшипников, приводя к увеличению веса и размеров устройства. Кроме того, кольцевой подшипник 18 может содержать регулировочные шайбы 24, которые при такой конструкции позволяют легко устранять люфты. Таким образом, использование подобного кольцевого подшипника 18 позволяет снизить габариты и массу сервопривода 1 при сохранении или даже повышении его нагрузочной способности.
Кроме того, сервопривод 1 может содержать датчик 25 частоты вращения приводного кольца и/или датчик 26 частоты вращения ротора для контроля частоты вращения и текущего положения соответственно приводного кольца 4 и ротора 11.
Для измерения частоты вращения и определения положения приводного кольца 4 на штифтах 17 закрепляется приводная шестерня 27 датчика частоты вращения приводного кольца, с которой своими зубьями сцеплена шестерня 28 датчика частоты вращения приводного кольца. В свою очередь, указанная шестерня 28 установлена на задней крышке 6 через подшипники с возможностью вращения и содержит магнит 29 датчика частоты вращения приводного кольца. Как было указано выше, приводное кольцо 4, зубчатое кольцо 5 и задняя крышка 6 соединены, так что вращение приводного кольца 4 вызывает вращение задней крышки 6. При этом шестерня 28, обкатываясь по приводной шестерне 27, вращается вместе с установленным в ней магнитом 29 вокруг своей оси, совершая тем самым планетарное движение. Перемещение магнита 29 датчика фиксируется датчиком 25 частоты вращения приводного кольца, и таким способом определяется частота вращения и положение приводного кольца 4.
Для измерения частоты вращения и определения положения ротора 11 на валу 12 установлена приводная шестерня 30 датчика частоты вращения ротора, с которой
своими зубьями сцеплена шестерня 31 датчика частоты вращения ротора. В свою очередь, указанная шестерня 31 установлена на задней крышке 6 через подшипники с возможностью вращения и содержит магнит 32 датчика частоты вращения ротора. Вращение установленной на валу 12 приводной шестерни 30 приводит к вращению шестерни 31 и, соответственно, вращению магнита 32 относительно датчика 26 частоты вращения ротора. Таким способом определяется частота вращения и положение ротора И.
Заявленный сервопривод характеризуется компактной и легкой конструкцией, повышенной нагрузочной способностью и при этом включает средства измерения передаваемого крутящего момента.
Claims
1. Сервопривод, содержащий: электродвигатель, имеющий статор и ротор, циклоидальный редуктор, кинематически соединенный с ротором посредством вала и включающий: установленный на валу по меньшей мере один эксцентрик, установленную на эксцентрике шестерню, имеющую отверстия для размещения в них штифтов с зазором, и зубчатое колесо с внутренним зацеплением, находящееся в зацеплении с шестерней, приводное кольцо, соединенное с зубчатым колесом и выполненное с возможностью вращения при вращении ротора, и датчик крутящего момента, включающий концентрично установленные обод и ступицу, соединенные посредством ребер, причем обод жестко соединен со статором, а ступица жестко соединена со штифтами.
2. Сервопривод по п. 1, в котором количество зубьев шестерни на единицу меньше количества зубьев зубчатого колеса.
3. Сервопривод по п. 1 или 2, в котором циклоидальный редуктор включает два эксцентрика и две шестерни, при этом зубчатое колесо находится в зацеплении с двумя шестернями, а штифты размещены в отверстиях, выполненных в двух шестернях, причем эксцентрики установлены на валу таким образом, что шестерни развернуты на 180° друг относительно друга и их эксцентриситеты диаметрально противоположны.
4. Сервопривод по п. 1, в котором приводное кольцо установлено на комбинированном коническом подшипнике, включающем внутренние кольца подшипника, внешние кольца подшипника и ролики, причем ролики установлены поочередно с поворотом на 90° друг относительно друга.
5. Сервопривод по п. 1, дополнительно содержащий датчик частоты вращения ротора, при этом шестерня датчика частоты вращения ротора установлена с возможностью вращения на задней крышке, соединенной с зубчатым колесом.
6. Сервопривод по п. 1, дополнительно содержащий датчик частоты вращения приводного кольца, при этом шестерня датчика частоты вращения приводного кольца установлена с возможностью вращения на задней крышке, соединенной с зубчатым колесом.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2019/001002 WO2021133187A1 (ru) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | Сервопривод |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2019/001002 WO2021133187A1 (ru) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | Сервопривод |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2021133187A1 true WO2021133187A1 (ru) | 2021-07-01 |
Family
ID=76573123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2019/001002 WO2021133187A1 (ru) | 2019-12-23 | 2019-12-23 | Сервопривод |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2021133187A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU210305U1 (ru) * | 2021-12-29 | 2022-04-06 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" | Контроллер сервопривода для управления бесколлекторным электродвигателем с редуктором |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2162041C2 (ru) * | 1999-01-06 | 2001-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Эметрон" | Сервопривод с малыми пульсациями момента |
| US20140298939A1 (en) * | 2011-10-26 | 2014-10-09 | Robotis Co., Ltd. | Separable actuator |
| RU185774U1 (ru) * | 2018-06-04 | 2018-12-18 | Алла Ханифовна Мухаметзянова | Робототехнический сервопривод |
-
2019
- 2019-12-23 WO PCT/RU2019/001002 patent/WO2021133187A1/ru active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2162041C2 (ru) * | 1999-01-06 | 2001-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Эметрон" | Сервопривод с малыми пульсациями момента |
| US20140298939A1 (en) * | 2011-10-26 | 2014-10-09 | Robotis Co., Ltd. | Separable actuator |
| RU185774U1 (ru) * | 2018-06-04 | 2018-12-18 | Алла Ханифовна Мухаметзянова | Робототехнический сервопривод |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU210305U1 (ru) * | 2021-12-29 | 2022-04-06 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" | Контроллер сервопривода для управления бесколлекторным электродвигателем с редуктором |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0305535B1 (en) | Epicyclic reduction gear | |
| US8821338B2 (en) | Elastic rotary actuator | |
| US5324240A (en) | Eccentric gear system | |
| US6508737B2 (en) | Eccentric orbiting type speed reducer | |
| JP4913045B2 (ja) | 偏心揺動型減速機および偏心揺動型減速機を用いた産業用ロボットの旋回部構造 | |
| EP0710782A1 (en) | Planetary gear type speed reducer | |
| EP2960546A1 (en) | Eccentric gearbox | |
| RU2506477C1 (ru) | Планетарный циклоидальный редуктор с предварительной ступенью | |
| US11506262B2 (en) | Mechanical reduction gearing and associated geared motor | |
| WO2021133187A1 (ru) | Сервопривод | |
| JP2014059050A (ja) | バックラッシュを除去した高変速比の遊星歯車機構式減速機 | |
| RU219077U1 (ru) | Сервопривод | |
| JP2013245801A (ja) | 遊星運動を利用する内接歯車式の減速機 | |
| JPH082518Y2 (ja) | 内接噛合式遊星歯車機構の低速軸又は内歯歯車の支持構造 | |
| CN211599411U (zh) | 一种少齿差齿轮啮合减速器 | |
| RU185563U1 (ru) | Электромеханический привод | |
| CN208519125U (zh) | 一种减速机及其摆线减速机构 | |
| CN210218568U (zh) | 减速器 | |
| TWI428521B (zh) | 擺線型減速機構 | |
| EP3687036A1 (en) | Speed reducer and motor with speed reducer | |
| CN108044645B (zh) | 一种变厚机器人关节传动结构 | |
| CN204852191U (zh) | 一种工业机器人rv减速器 | |
| WO2019190351A1 (ru) | Планетарный механизм и планетарная передача на его основе | |
| RU2733447C1 (ru) | Двухступенчатый циклоидальный редуктор | |
| JPH0972390A (ja) | フェースギア系遊星歯車装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 19957787 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19957787 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |