Устройство рекуперации энергии колебательных движений поворотного звена

Устройство рекуперации энергии колебательных движений поворотного звена

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение м.б. использовано для повьшения эффективности использования энергии колебательных движений поворотных звеньев манипуляторов и промышленных роботов. Цель изобретения - повьшение КПД путем измерения жесткости элемента, момента его включения и направления действия силы пружины для настройки на требуемую

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (!1) (51) 4 F 03 G 7/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4136804/25-06 (22) 20.10.86 (46) 30.03.88. Бюл. №- 12 (71) Каунасский политехнический институт им.Антанаса Снечкуса (72) Ю,Ю.Гяцявичюс, А.А.Милукас, Ю.П.Рудзякскас и Г.Ю.Рудзянскайте (53) 62) .83(088.8) (56) Заявка Великобритании ¹ 157320, кл. F 2 S, опублик. 1980.

Заявка Франции № 2288881, кл. F 03 G 7/08, опублик. 1976. (54) УСТРОЙСТВО РЕКУПЕРАЦИИ ЭНЕРГИИ

КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ ПОВОРОТНОГО

ЗВЕНА (57) Изобретение м.б. использовано для повышения эффективности использования энергии колебательных движений поворотных звеньев манипуляторов и промышленных роботов. Цель изобретения — повышение КПД путем измерения жесткости элемента, момента его включения и направления действия силы пружины для настройки на требуемую

1384820 частоту и амплитуду поворота звена.

Спиральная пружина 8 одним концом прикреплена к корпусу 3, а другим— к барабану 9, связанному с рабочим валом 2 посредством передачи 4 и муфты 10 сцепления :По крайней мере, одна из пружин 8 имеет направление навивки, противоположное направлению навивки пружины 7, а муфты 5 и 10 выполнены электромагнитными. С целью обеспечения рекуперации энергии колебательного движения подвижных частей промышленного робота устр-во снабжено высокомоментным электродвигателем

12 постоянного тока и преобразователем 13 обратной связи. В среднем поИзобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам рекуперации кинетической энергии за счет деформации упругого аккумулирующего элемента — пружины, и может быть использовано для повышения эффективности использования энергии колебательных движений поворотных звеньев манипуляторов, промышленных роботов и других механизмов, Целью изобретения является повышение КПД путем изменения жесткости элемента, момента его включения и направления действия силы пружины для настройки на требуемую частоту и амплитуду. поворота звена, а также обеспечение рекуперации энергии колебательного движения подвижных частей промышленного робота.

На фиг.l изображена принципиальная схема предлагаемого устройства, приспособленного для рекуперации энергии колебаний манипулятора промышленного робота; на фиг.2 — вид А на фиг.l; на фиг.3 — сечение Б-Б на фиг.l; на фиг.4 — вид В на фиг.3.

Устройство рекуперации энергии колебательных движений поворотного звена 1 содержит прикрепленный к по" воротному звену 1 рабочий вал 2, установленный в корпусе 3 с возможностью вращения. Вал 2 соединен посредством зубчатой передачи 4 и муфты 5 ложении звена 1 в соответствии с заданной программой по сигналу блока

l4 управления включаются муфты 5 и

10, в результате чего вал начинает вращаться за счет «накопленной кинетической энергии звена и напрягает пружину 8. Излишек кинетической энергии звена трансформируется в потенциальную энергию пружины 8. При обратном повороте звена за счет энергии пружины 8 ускоряется поворот звена. Ускорение вращения длится до того момента, когда звено займет среднее положение, а вся энергия пружины .перейдет в энергию поворота звена.

1 з.п. ф-лы, 4 ил. сцепления 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 дополнитель1О ным подвижным барабаном 9. Дополнительная пружина 8. одним концом прикреплена к корпусу 3, а другим — к дополнительному барабану 9, последний связан с рабочим валом 2 посред15 ством передачи 4 и дополнительно установленной муфты 10 сцепления. По крайней мере одна из дополнительных пружин 8 имеет направление навивки, противоположное направлению навивки

20 пружины 7. Все муфты 5 и 10 сцепления выполнены электромагнитными.

Поворотное звено 1 выполнено в виде рамы манипулятора ll промышленного робота. Устройство снабжено вы сокомоментным электродвигателем 12 постоянного тока типа ДК1 с тиристорным приводом и преобразователем

13 обратной связи, управляемым посредством блока 14 управления по параметрам движения рабочего вала 2.

Электродвигатель 12 связан с валом 2 посредством самотормозящейся червячной передачи, червячное колесо 15 которой жестко установлено на валу

2, а червяк 16 соединен с электродвигателем )2.

Каждая пружина 7 и 8 выполнена спиральной и прикреплена своим на5 . ружным концом посредством пальца 17 к неподвижной обойме 18, закрепленной в корпусе 3, а внутренним концом — посредством пальца 19 к подвиж ному барабану 6. Неподвижная обойма

18 закрыта снизу крьппкой 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- 15 ходящихся с последней в зацеплении шестерен 23. Каждая шестерня 23 установлена при помощи подшипников 24 на верхнем конце подвижного барабана 6 или 9 своей пружины 7 или 8 и 20 соединена с барабаном 6 или 9 соот ветственно посредством муфты 5 или

10 сцепления. Шестерни 23 имеют выступы 25 для взаимодействия с дисками

26 электромагнитной муфты 5 или 10. 25

Каждая муфта 5 и 10 состоит из непод,вижной части 27 и подвижной части 28.

Устройство работает следующим образом. ЗО

При повороте рамы манипулятора 11 при помощи электродвигателя 12, червяка 16 и червячного колеса 15 включается электромагнитная муфта 5 и вращением барабана 6, передаваемым от вала 2 шестернями 22 и 23 передачи 4, осуществляется завод спиральной,пружины 7. В зависимости от направления движения поворотного звена

1 рамы манипулятора 11 к валу 2 при 40 помощи муфт 5 и 10 может подключаться то пружина 7, то пружина 8 с противоположным направлением навивки.

Крутящий момент, передаваемый на шестерню 23 при взаимодействии с диска45 ми 26 электромагнитной муфты 5, осуществляет поворот барабана 6. Спиральная пружина 7, подвижный конец которой соединен с барабаном 6, заводится при вращении последнего. При обратном повороте барабана 6 пружина

7 раскручивается, помогая поворачивать барабан 6 и, тем самым, вал 2, на котором установлена рама манипулятора 11. Управление всеми механизма ми и устройствами осуществляется от блока 14 управления при контроле об.ратной связи по данным преобразователя 13 об угле поворота вала 2.

При повороте звена 1 рамы манипулятора 11 промышленного робота вокруг своей оси на некоторый угол (фиг.2), чтобы взять захватом, перенести и положить в заданное место предмет из-за экономии времени поворот необходимо осуществить быстро, т.е. вести по циклу ускорение-торможение". Для того, чтобы кинетическая энергия рамы манипулятора 11, накопленная при наборе скорости поворота, не была потеряна. при торможении в конце цикла, управление циклом осуI ществляется следующим образом.

От блока 14 управления подается команда на разгон электродвигателя

12 до достижения максимальной скорости поворота звена 1. Поскольку амплитуда поворота звена 1 известна (она программируется), то разгон электродвигателя 12 ведется до половины амплитуды поворота звена 1. Для обратного поворота звена 1 рамы манипулятора 11 вращение электродвигателя 12 программируется таким образом, чтобы вращение электродвигателя 12 через червяк 16 и колесо 15 не препятствовало повороту звена 1 за счет энергии раскручивающейся пружины 7, накопленной за счет кинетической энергии звена 1 в первой фазе его поворота. Другими словами вращение электродвигателя 12 посредством блока 14 управления во второй фазе цикла задается так, чтобы самотормозящаяся червячная передача, состоящая из червяка 16 и колеса 15, не препятствовала повороту звена l пружиной 7, т.е. электродвигатель 12 своим опережающим вращением как бы "выключает" самотормозящуюся червячную передачу, а систему поворота звена 1 пружиной

7 "отпирает". В среднем положении звена 1 рамы манипулятора ll промьппленного робота в соответствии с заданной программой по сигналу блока

l4 управления выключается электромаг1 нитная муфта 5 и включается электромагнитная муфта 10, в результате чего рабочий вал 2 через зубчатую передачу 4 начинает вращаться за счет накопленной кинетической энергии звена

1 и напрягает дополнительную спиральную пружину 8. При этом излишек кинетической энергии звена 1 трансформируется в потенциальную энергию спиральной пружины 8. Точный конец амплитуды поворота звена I определяется

1384820 управляемым при помощи блока 14 поворотом вала электродвигателя 12 и одновременно червяка 16 т.е. "запиранием" последнего. Таким образом, при (6 максимальном значении — — — угла по2 ворота звена 1, спиральная пружина 8 напряжена. При обратном повороте звена 1 в соответствии с программой вра- 1О щением электродвигателя 12 червяк 16

1! II отпирается и за счет потенциальной энергии заведенной спиральной пружины 8 ускоряется поворот звена 1. Ускорение вращения длится до момента, когда звено 1 займет среднее положение и к этому времени вся потенциальная энергия пружины 8 переходит в кинетическую энергию поворота звена l. Преобразователем 13 обратной связи контролируется достигаемая скорость вращения вала 2 и звена 1, и если заданную скорость не обеспечивает потенциальная энергия спиральной пружины 8, помогает электродвигатель 12. В среднем положении звена

1 после того, когда вся потенциальная энергия пружины 8 израсходована и перешла в кинетическую энергию поворота звена 1, от сигнала блока 14 программного управления отключается электромагнитная муфта 10, освобождается барабан 9 пружины 8 и одновременно включается электромагнитная муфта 5 подвижного барабана 6 пружины 7. Далее описанный цикл повторя35 ется.

В соответствии с задаваемой при помощи блока 14 управления программой циклы поворота звена 1 повторяют40 ся до нужных значений амплитуды угоС лов ††. Колебательная система цик2 лического поворота звена 1 работает в резонансном режиме, даже при переносе манипулятором 11 промьппленного робота различных тяжестей, При увеличении тяжести переносимого груза увеличивается и жесткость упругого элемента — набора спиральных пружин 7 и 8 путем параллельного включения

50 двух или нескольких пружин 7 и 8 с одинаковым направлением навивки. Таким образом, указанная колебательная система, благодаря 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 условиях авторезонанса, достижение которого в кратчайшие сроки обеспечивает описанное устройство. В результате этого обеспечивается повышение КПД при рекуперации энергии колебательных движений поворотного звена 1 рамы манипулятора 11 промышленного робота. формула изобретения

1. Устройство рекуперации энергии колебательных движений поворотного звена, содержащее прикрепленный к поворотному звену рабочий вал, установленный в корпусе с возможностью вращения и соединенный посредством зубчатой передачи и муфты сцепления с подвижным барабаном, и упругий аккумулирующий элемент в виде пружины, один конец которой прикреплен к корпусу, а другой — к барабану, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения КПД путем изменения жесткости элемента, момента его включения и направления действия силы пружины для настройки на требуемую частоту и амплитуду поворота звена, оно снабжено по меньшей мере одной дополнительной спиральной пружиной и дополнительным подвижным барабаном, дополнительная пружина одним концом прикреплена к корпусу, а другим — к дополнительному барабану, последний связан с рабочим валом посредством передачи и дополнительно установленной муфты сцепления, по крайней мере одна из дополнительных пружин имеет направление навивки, противоположное направлению навивки пружины, и все муфты сцепления выполнены электромагнитными.

2. Устройство по и.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения рекуперации энергии колебательного движения подвижных частей промьппленного робота, оно дополнительно снабжено высокомоментным электродвигателем постоянного тока с тиристорным приводом и преобразователем обратной связи, управляемым по параметрам движения рабочего вала, электродвигатель связан с рабочим валом посредством дополнительно установленной самотормозящейся червячной передачи, а поворотное звено выполнено в ..виде рамы промьппленного робота, Sup R

Фиг. 2

Ы:й

1384820

ВидР

28 фиг. 4

Составитель Л.Tyrapea

Редактор Ю.Середа Техред А.Кравчук Корректор А.Обручар

Тираж 431 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1391/30

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4