Устройство рекуперации энергии колебательных движений поворотного звена

 

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