Устройство рекуперации энергии колебательных движений поворотного звена Советский патент 1988 года по МПК F03G7/08 

23

Фий, 1

-А/

СО

00 4

00

ю

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 А и муфты 10 сцепления.J, По крайней мере, одна из пружин 8 имеет направление навивки, противоположное направлению навивки пружины 7, а муфты 5 и 10 вьшолнены электромагнитными,С целью обеспечения рекуперации энергии колебательного движения подвижных частей промьшшенного робота устр-во снабжено высокомоментным электродвигателем 12 постоянного тока и преобразователем 13 обратной связи. В среднем положении звена 1 в соответствии с заданной программой по сигналу блока 14 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 сред- нее положение, а вся энергия пружины перейдет в энергию поворота звена. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

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

1

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам рекуперации кинетической энергии за счет деформации упругого аккумулирующего элемента - пружины, и может быть использовано для повьшения эффективности использования энергии колебательных движений поворотных звеньев манипуляторов, промышленных роботов и других механизмов .

Целью изобретения является повьш1е ние 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 промьшшенного робота.

На фиг.1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства, приспособленного для рекуперации энергии колебаний манипулятора промьшшенного робота; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - вид В на фиг.З.

Устройство рекуперации энергии колебательных движений поворотного звена 1 содержит прикрепленный к поворотному звену 1 рабочий вал 2, установленный в корпусе 3 с возможностью вращения. Вал 2 соединен посредством зубчатой передачи 4 и муфты 5

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 дополнительным подвижным барабаном 9, Дополнительная пружина 8, одним концом прикреплена к корпусу 3, а другим - к дополнительному барабану 9, последний связан с рабочим валом 2 посредством передачи 4 и дополнительно установленной муфты 10 сцепления. По крайней мере одна из дополнительных пружин 8 имеет направление навивки, противоположное направлению навивки

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

Поворотное звено 1 выполнено в виде рамы манипулятора 11 промьшшенного робота. Устройство снабжено вы сокомоментным электродвигателем 12 постоянного тока типа ДК1 с тирис- торным 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, a червяк 16 соединен с электродвигателем 1 2.

Каждая пружина 7 и 8 выполнена спиральной и прикреплена своим на- ружным концом посредством пальца 17 к неподвижной обойме 18, закрепленной в корпусе 3, а внутренним концом - посредством пальца 19 к подвиж iHoMy барабану 6. Неподвижная обойма 18 закрыта снизу крьшкой 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- 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 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. Каждая муфта 5 и 10 состоит из непод ,вшшой части 27 и подвижной части 28

Устройство работает следующим образом.

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 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 диска- ми 26 электромагнитнрй муфты 5, осуществляет поворот барабана 6. Спиральная пружина 7, подвижный конец которой соединен с барабаном 6, заводится при вращении последнего. При повороте барабана 6 пружина 7 раскручивается, помогая поворачи вать барабан 6 и, тем самым, вал 2, на котором установлена рама манипулятора 1I. Управление всеми механизма- |МИ и устройствами осуществляется от I блока 14 управления при контроле об- .ратной связи по данным преобразователя 13 об угле поворота вала 2.

f

с - ю 15 20 25 .

30

35

40

50

55

При повороте звена I рамы манипулятора 1 1 промьш1ленного робота вокруг своей оси на некоторый угол о (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 осуществляется следующим образом.

От блока 14 управления подается команда на разгон электродвигателя 12 до достижения максимальной скорости поворота звена 1. Поскольку амплитуда поворота звена I известна (она программируется), то разгон электродвигателя 12 ведется до половины амплитуды поворота звена 1. Для обратного поворота звена 1 рамы манипулятора I1 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 I4 управления во второй фазе цикла задается так, чтобы самотормозящаяся червячная передача, состоящая из червяка 16 и колеса 15, не препятствовала повороту звена 1 пружиной 7, т.е. электродвигатель I2 своим опережающим вращением как бы выключает самотормозящуюся червячную передачу, а систему поворота звена 1 пружиной 7 отпирает. В среднем положении звена 1 рамы манипулятора 1 промьш - ленного робота в соответствии с заданной программой по сигналу блока 14 управления выключается электромагнитная 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 1 определяется

управляемым при помощи блока 14 поворотом вала электродвигателя 12 и одновременно червяка 16 т.е. запиранием последнего. Таким образом, при

об

максимальном значении - --- угла поворота звена 1, спиральная пружина 8 напряжена. При обратном повороте звёность наилучшим образом использоват кинетическую энергию поворотного зв на 1 при его торможении в условиях авторезонанса, достижение которого в кратчайшие сроки обеспечивает опи санное устройство. В результате это го обеспечивается повьппение КПД при рекуперации энергии колебательных

на 1 в соответствии с программой вра-10 движений поворотного звена 1 рамы

щением электродвигателя 12 червяк 16 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 потенци- альная энергия пружины 8 переходит вкинетическую энергию поворота звена 1. 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 электродви- гатель 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 повторяется.

В соответствии с задаваемой при помощи блока 14 управления программой циклы поворота звена 1 повторяют ся до нужных значений амплитуды уг

. ot лов -j-Колебательная система циклического поворота звена 1 работает в резонансном режиме, даже при переносе манипулятором 11 промьшшенного робота различных тяжестей. При увеличении тяжести переносимого груза увеличивается и жесткость упругого элемента - набора спиральных пружин 7 и 8 путем параллельного включения 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 повьппение КПД при рекуперации энергии колебательных

о

Q

5

5

0

5

манипулятора 11 промышленного робота.

Формула изобретения

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 промьшшенного робота.

1384820

Вид R

фиг. 3

Вид В

фиг.