Способ работы привода с рекуперацией механической энергии

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено в конструкциях цикловых промышленных роботов с преимущественно прямолинейным движением подвижного рабочего органа. При работе привода добавляют энергию рабочему органу, кинематически связанному с корпусом, разгоняют и перемещают его относительно корпуса в требуемом направлении, тормозят с аккумулированием кинетической энергии при подходе к точке позиционирования. Рабочий орган после его разгона кинематически отсоединяют от корпуса, а перед торможением соединяют с ним. Изобретение позволит снизить энергозатраты за счет уменьшения воздействия диссипативных сил и расширить функциональные возможности привода за счет обеспечения возможности перемещения рабочего органа на достаточно большие расстояния. 1 ил.

 

Предлагаемый способ относится к области машиностроения и может быть применен в конструкциях цикловых промышленных роботов и манипуляторов с преимущественно прямолинейным движением подвижного рабочего ограна, используемых для автоматизации и механизации основных и вспомогательных операций в промышленности.

Функциональный состав данных приводов, получивших название колебательного, маятникового, резонансного типа включает: корпус; подвижный рабочий орган; аккумулятор механической энергии; устройства фиксации (расфиксаций) рабочего органа на жесткие упоры, устройство добавления в привод энергии; систему управления.

Известен способ (см. Болотин Л.М., Корендясев А.И., Саламандра Б.Л., Тывес Л.И. Цикловые роботы с аккумуляторами механической энергии. Основы построения привода // Станки и инструмент №4, 1984, с.7-10), в котором используют колебательные свойства механической системы. В данном способе рабочий орган в исходном крайнем положении кинематически связывают с корпусом через устройство фиксации и жесткий упор. При расфиксации рабочего органа запасенная в аккумуляторе потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию движения рабочего органа относительно корпуса, производя его разгон. После прохождении положения статического равновесия рабочий орган тормозят, преобразуя его кинетическую энергию в потенциальную аккумулятора энергии. Затем производят позиционирование и фиксацию на жесткий упор. 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 приводе с рекуперацией механической энергии 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 расфиксаций рабочего органа. Данный способ реализуется устройством (см. а.с. №2065354, кл. В 25 J 18/00, 9/12, бюл. №23, 1996 г. «Механическая рука»). 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.

Известен способ, в котором добавление энергии в привод производят путем смещения положения статического равновесия рабочего органа, производимого в момент выстоя рабочего органа в крайних положениях.

Данный способ реализован в «Модуле линейного перемещения промышленного робота» (см. а.с. №1664546, кл. В 25 J 11/00, 9/00, бюл. №27, 1991 г.).

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, которое ограничивает уменьшение времени нахождения рабочего органа в рабочей зоне технологического оборудования.

Наиболее близким по технической сущности из известных является способ работы привода, где реализован способ подпитки энергии (см. заявка №2002118192/02(019023), положительное решение от 18.02.2004 г.). Рабочему органу, кинематически связанному с корпусом в исходном положении, добавляют энергию, достаточную для его возврата в исходное положение после выполнения требуемых функций.

Однако данный способ работы привода, так же как и все известные, осуществляется организацией постоянной кинематической связи рабочего органа с корпусом. Это не позволяет снизить энергозатраты, а также расширить функциональные возможности обеспечением возможности реализации перемещения рабочего органа на достаточно большие расстояния.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат за счет уменьшения воздействия диссипативных сил и расширение функциональных возможностей привода за счет обеспечения возможности перемещения рабочего органа на достаточно большие расстояния.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе работы привода с рекуперацией механической энергии, включающем добавление энергии рабочему органу, кинематически связанному с корпусом, достаточной для преодоления диссипативных сил, разгон и перемещение его относительно корпуса в требуемом направлении, торможение с аккумулированием кинетической энергии при подходе к точке позиционирования, рабочий орган после его разгона кинематически отсоединяют от корпуса, а перед торможением соединяют с ним.

Данный способ, например, может быть реализован в приводе с рекуперацией механической энергии (см. чертеж, где: а - исходное положение рабочего органа; б - движение рабочего органа в требуемом направлении после его разгона; положение рабочего органа в требуемой точке позиционирования).

На корпусе 1 с возможностью перемещения относительно него установлен рабочий орган 2. На рабочем органе 2 установлены аккумулятор энергии 3 и зацепы 4 с возможностью взаимодействия с устройством подпитки энергии 5 и устройствами 6, 7 фиксации (расфиксации) рабочего органа 2 относительно корпуса 1.

Привод с рекуперацией механической энергии работает следующим образом.

Перед началом работы (чертеж, а) в исходном состоянии рабочий орган, располагают на корпусе 1, фиксируя исходную координату устройством фиксации 6 и создавая потенциальную энергию в аккумуляторе энергии 3. Устройством подпитки энергии 5 добавляют в привод энергию, достаточную для компенсации потерь энергии при перемещении рабочего органа в требуемую точку позиционирования и возврата в исходное положение.

По команде на начало работы привода разъединяют устройства фиксации 6 и зацепы 4. Запасенной энергией в приводе разгоняют рабочий орган 2, перемещая его в направлении к требуемой точке позиционирования. После разгона исполнительный орган 2 кинематически отсоединяют от корпуса 1 и он продолжает свободное движение в направлении к требуемой точке позиционирования (чертеж, б). Перед началом торможения рабочий орган 2 кинематически соединяют с корпусом 1 и производят торможение, переводя кинетическую энергию движения рабочего органа 2 в потенциальную энергию аккумулятора энергии 3. В конце движения рабочий орган 2 фиксируют устройством фиксации 7, обеспечивая требуемое положение рабочего органа 2 относительно корпуса 1 (чертеж, в).

Устранение силового взаимодействия с корпусом рабочего органа на участке его движения уменьшает потери энергии привода и позволяет значительно увеличить зону, обслуживаемую приводом, что решает задачу энергосбережения и расширяет функциональные возможности.

Способ работы привода с рекуперацией механической энергии, включающий добавление энергии рабочему органу, кинематически связанному с корпусом, разгон и перемещение его относительно корпуса в требуемом направлении, торможение с аккумулированием кинетической энергии при подходе к точке позиционирования, отличающийся тем, что рабочий орган после его разгона кинематически отсоединяют от корпуса, а перед торможением соединяют с ним.