Способ подпитки энергией привода колебательного типа

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в конструкциях цикловых промышленных роботов и манипуляторов, применяемых для автоматизации и механизации основных и вспомогательных операций в промышленности. Производят предварительную настройку привода рабочего органа на требуемое положение статического равновесия рабочего органа и добавление энергии для движения рабочего органа при статическом положении последнего. Энергию добавляют для движения рабочего органа в одном направлении из исходного положения. Предварительную настройку привода рабочего органа осуществляют на положение статического равновесия, смещенное в направлении, противоположном направлению движения рабочего органа из исходного положения. Величину смещения определяют в соответствии с величиной добавляемой энергии из условия получения дополнительной энергии, необходимой для перемещения рабочего органа в исходное положение. В результате обеспечивается повышение быстродействия за счет устранения операции добавления энергии приводу для возврата рабочего органа в исходное положение. 1 ил.

Предлагаемый способ относится к области машиностроения и может быть применен в конструкциях цикловых промышленных роботов и манипуляторов, используемых для автоматизации и механизации основных и вспомогательных операций в промышленности.

Известен способ, при котором подпитка энергией привода колебательного типа осуществляется во время перемещения рабочего органа.

Повышение быстродействия при данном способе ограничено, с одной стороны, трудностью расчета необходимого количества подкачиваемой энергии, а с другой стороны, техническими характеристиками устройств, реализующих данный способ, например, электродвигатель (см. А.с. №1219341, кл. В 25 J 18/00, бюл. №4, 1986 г.)

Известен способ, когда подпитка энергией в привода колебательного типа происходит на определенных участках движения рабочего органа (Сысоев С.Н., Егоров И.Н., Черкасов Ю.В. Методы позиционирования исполнительного органа на жесткий упор // Станки и инструмент. - 1990. - №8. - С.12). Это достигается добавлением энергии в процессе принудительного вывода рабочего органа в точку позиционирования и в момент расфиксации рабочего органа. Данный способ реализуется устройством (см. А.с. №2065354, кл. В 25 J 18/00, 9/12, бюл. №23, 1996 г., “Механическая рука”). В данном механизме устройства позиционирования рабочего органа выполнены в виде постоянных магнитов, подпитка энергией системы осуществляется при помощи магнитных сил. Во время расфиксации рабочего органа магнитные силы отталкивают его, а при позиционировании дотягивают рабочий орган в точку позиционирования.

Недостатком данного способа является то, что подпитка энергией привода производится на небольшом участке движения рабочего органа, что снижает точностные характеристики и тем самым ограничивает потенциальные скоростные характеристики привода. Кроме этого устройства позиционирования и подпитки энергии требуют точной настройки и не допускают значительных отклонений от многочисленных параметров привода, к которым относятся и масса перемещаемых предметов, нестабильность сил трения, значительные динамические нагрузки и др.

Наиболее близким по технической сущности из известных является способ подпитки энергии, включающий предварительную настройку привода рабочего органа на требуемое положение статического равновесия рабочего органа и добавление энергии для движения рабочего органа (SU 1664546 А1, B 23 J 11/00, 23.07.1991, “Модуль линейного перемещения промышленного робота”, бюл. №27, 1991 г.).

Точностные характеристики привода подпитки энергии, его динамические воздействия на систему определяют ошибку добавления энергии и являются одним из определяющих критериев получения максимального быстродействия и надежности работы.

Приводы колебательного типа широко применяются в манипуляционных механизмах загрузки заготовок в основное технологическое оборудование. Время работы данных механизмов является вспомогательным. Уменьшение данного вспомогательного времени возможно уменьшением времени нахождения рабочего органа в рабочей зоне основного технологического оборудования. В данное время входит и время подпитки энергией привода.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение быстродействия за счет устранения операции добавления энергии приводу для возврата рабочего органа в исходное положение..

Поставленная задача достигается тем, что добавление энергии производят для движения рабочего органа в одном направлении из исходного положения, а предварительную настройку привода рабочего органа осуществляют на положение статического равновесия, смещенное в направлении, противоположном направлению движения рабочего органа из исходного положения, на величину, которую определяют в соответствии с величиной добавляемой энергии из условия получения дополнительной энергии, необходимой для перемещения рабочего органа в исходное положение.

Данный способ, например, может быть реализован устройством подпитки энергии в угловой привод колебательного типа (см. чертеж).

Устройство содержит рабочий орган 1, шарнирно установленный в корпусе и подпружиненный силовой пружиной 2 и несущий на себе захват 3, фиксаторы крайних положений 4, 5 рабочего органа, а также устройства расфиксации (на чертеже не показаны), на рабочем органе 1 установлены ответные элементы 6, 7 с возможностью взаимодействия с фиксаторами 4, 5 в крайних положениях, а также дополнительную пружину 8, связанную с рабочим органом с помощью гибкого троса 9, поршень 10 силового цилиндра 11 через шток 12 связан с дополнительной пружиной 8, силовой цилиндр выполнен с возможностью регулировки длины хода поршня.

Работает устройство следующим образом.

Перед началом работы производят предварительную настройку привода. Рабочий орган 1 выводят в крайнее левое исходное положение. В данном положении оно удерживается устройством фиксации 4, 6. Длина троса 9 выбрана таким образом, что он натянут, а дополнительная пружина 8 находится в ненагруженном состоянии равновесия. Затем рабочий орган 1 выводят в крайнее правое положение, в котором он удерживается устройством фиксации 5, 7. Далее смещают положение статического равновесия рабочего органа 1 в сторону его исходного положения путем изменения заделки пружины 2, добавляя в статике в привод энергию. Величину данного смещения определяют в соответствии с величиной добавляемой энергии из условия получения приводом дополнительной энергии, необходимой для перемещения рабочего органа в исходное положение.

При этом силовая пружина 2 растягивается и запасает энергию, необходимую для перемещения рабочего органа из данного крайнего положения в исходное.

Затем рабочий орган 1 перемещают в крайнее левое (исходное) положение, фиксируют устройством фиксации 4, 6 и настраивают ход поршня 10 силового цилиндра 11, величину натяжения дополнительной пружины 8 из условия добавления энергии в привод, достаточной для перемещения рабочего органа 1 из исходного положения в крайнее правое положение.

При подаче команды из системы управления на начало работы привода поршень 10 цилиндра 11, связанного штоком 12 с пружиной 8, под действием давления в верхней полости цилиндра 11 перемешается вниз, при этом пружине 8 сообщается потенциальная энергия. После того как дополнительная пружина 8 накопила дополнительную энергию, служащую для компенсации диссипации в системе, из системы управления подается команда на расфиксацию рабочего органа 1, который начинает перемещаться из левого (исходного) положения в правое. Потенциальная энергия основной пружины 2 и дополнительной пружины 8 переходит в кинетическую энергию движения рабочего органа 1. После прохождения среднего положения начинается торможение рабочего органа 1 и кинетическая энергия пружины 8 и рабочего органа 1 переходит в потенциальную энергию основной пружины 2, тем самым пружина 2 запасает энергию, необходимую для перемещения рабочего органа 1 в крайнее левое положение. Так как ось силовой пружины 2 смещена относительно оси рабочего органа 1 вправо, то в крайнем правом положении рабочего органа 1 пружина 2 растягивается больше, чем в крайнем левом (исходном) положении, что позволяет накопить дополнительную энергию, необходимую для компенсации потерь энергии при движении рабочего органа 1 из правого крайнего положения в левое (исходное). После позиционирования рабочего органа 1 в крайнем правом положении трос 9 остается натянутым, а дополнительная пружина 8, отдав всю свою энергию в систему, выходит в положение статического равновесия.

Для осуществления обратного хода рабочего органа 1 поршень 10 цилиндра 11 перемещается в верхнее исходное положение, взаимодействуя через шток 12 и пружину 8 с тросом 9, ослабляя натяжение которого таким образом, чтобы при выходе рабочего органа 1 в крайнее левое (исходное) положение трос 9 натянулся, а пружина 8 осталась в равновесии. После этого рабочий орган 1 расфиксируется и начинает перемещаться влево.

Таким образом подкачка энергии в систему осуществляется при помощи дополнительной пружины 8 в статике только в крайнем левом (исходном) положении рабочего органа. При помощи регулирования натяжения дополнительной пружины 8 корректируется количество энергии, добавляемой в систему.

Предлагаемый способ подпитки энергией привода колебательного типа позволяет устранить операцию добавления энергии приводу для возврата рабочего органа в исходное положение, снизить вспомогательное время на подпитку энергией привода, тем самым повысить быстродействие привода.

Формула изобретения

Способ подпитки энергией привода колебательного типа, включающий предварительную настройку привода рабочего органа на требуемое положение статического равновесия рабочего органа и добавление энергии для движения рабочего органа при статическом положении последнего, отличающийся тем, что добавление энергии производят для движения рабочего органа в одном направлении из исходного положения, а предварительную настройку привода рабочего органа осуществляют на положение статического равновесия, смещенное в направлении, противоположном направлению движения рабочего органа из исходного положения, на величину, которую определяют в соответствии с величиной добавляемой энергии из условия получения дополнительной энергии, необходимой для перемещения рабочего органа в исходное положение.

РИСУНКИ