Устройство рекуперации энергии колебательных движений поворотного звена

(19 3 С 7/08 511 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 1(. 12технич кни инсвиженийров иобретееренияго вклюсилы чкуса ,А.Милукас, Рудзянскайт танин У 157320,980.288881,лик. 976. ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) УСТРОЙСТВО РЕКУПЕРАЦИИ ЭНЕРГИИКОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ДВИЖЕНИЙ ПОВОРОТНОГЗВЕНА(57) Изобретение м.б. использовандля повышения эффективности ивания энергии колебательных дповоротных звеньев манипулятопромышленных роботов. Цель изния - повьппение КПД путем измжесткости элемента, момента ечения и направления действияпружины для настройки на требуемую1384820 частоту и амплитуду поворота звена.Спиральная пружина 8 одним концомприкреплена к корпусу 3, а другим -к барабану 9, связанному с рабочимвалом 2 посредством передачи 4 и муфты 1 О сцепления По крайней мере,одна из пружин 8 имеет направлениенавивки, противоположное направлениюнавивки пружины 7, а муфты 5 и 10выполнены электромагнитными. С цельюобеспечения рекуперации энергии колебательного движения подвижных частейпромышленного робота устр-во снабжено высокомоментным электродвигателем12 постоянного тока и преобразователем 13 обратной связи, В среднем поИзобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам рекуперации кинетической энергии за счет деформации упругого аккумулирую- щего 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,1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства, приспособленного для рекуперации энергии колебаний манипулятора промышленного робота; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.З - 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 по" воротному звену 1 рабочий вал 2, установленный в корпусе 3 с возможностью вращения. Вал 2 соединен посред. ством зубчатой передачи 4 и муфты 5 ложении звена 1 в соответствии с заданной программой по сигналу блока 14 управления включаются муфты 5 и 1 О, 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 которойприкреплен к корпусу 3, а другой - кбарабану 6. Устройство снабжено поменьшей мере одной дополнительнойспиральной пружиной 8 и дополнитель О ным подвижным барабаном 9. Дополнительная пружина 8. одним концом прикреплена к корпусу 3, а другим - кдополнительному барабану 9, последний связан с рабочим валом 2 посред ством передачи 4 и дополнительно установленной муфты 10 сцепления, Покрайней мере одна из дополнительныхпружин 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 11 промышленного робота. Устройство снабжено вы сокомоментным электродвигателем 12 постоянного тока типа ДК 1 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 валу1384820 2, а червяк 16 соединен с электродвигателем )2.Каждая пружина 7 и 8 выполнена спиральной и прикреплена своим на 5 . ружным концом посредством пальца 17 к неподвижной обойме 18, закрепленной в корпусе 3, а внутренним концом - посредством пальца 19 к подвижному барабану 6. Неподвижная обойма 1 О 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 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 соответственно посредством муфты 5 или 10 сцепления. Шестерни 23 имеют выступы 25 для взаимодействия с дисками 26 электромагнитной муфты 5 или 1 О. 25 Каждая муфта 5 и 1 О состоит из непод,вижной части 27 и подвижной части 28,Устройство работает следующим образом. ЗОПри 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 диска 45 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 механизмами 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 Ы(фиг.2), чтобы взять захватом, перенести и положить в заданное местопредмет из-за экономии времени поворот необходимо осуществить быстро,т.е. вести по циклуускорение-торможение". Для того, чтобы кинетическая энергия рамы манипулятора 11, накопленная при наборе скорости поворота, не была потеряна при торможениив конце цикла, управление циклом осу.ществляется следующим образом.От блока 14 управления подаетсякоманда на разгон электродвигателя12 до достижения максимальной скорости поворота звена 1. Поскольку амплитуда поворота звена 1 известна (онапрограммируется), 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, чтобывращение 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 5, не препятствовала повороту звена 1 пружиной 7, т.еэлектродвигатель 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 11 промьппленного 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 определяетсяуправляемым при помощи блока 14 поворотом вала электродвигателя 12 и одновременно червяка 16 т.е. "запиранием" последнего. Таким образом, при06максимальном значении --- угла по 2ворота звена 1, спиральная пружина 8 напряжена, При обратном повороте звена 1 в соответствии с программой вра щением электродвигателя 12 червяк 16 1отпирается 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 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 1 О, освобождается барабан 9 пружины 8 и одновременно включается электромагнитная муфта 5 подвижного барабана 6 пружины 7. Далее описанный цикл повторя 35 ется.В соответствии с задаваемой при помощи блока 14 управления программой циклы поворота звена 1 повторяют 40 ся до нужных значений амплитуды угс 6ловв в . Колебательная система цик 2лического поворота звена 1 работаетв 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 включения50 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 использоватькинетическую энергию поворотного звена 1 при его торможении в условияхавторезонанса, достижение которогов кратчайшие сроки обеспечивает описанное устройство, В результате этого обеспечивается повышение КПД прирекуперации энергии колебательныхдвижений поворотного звена 1 рамыманипулятора 11 промышленного робота. ф о р м у л а изобретения1, Устройство рекуперации энергииколебательных движений поворотногозвена, содержащее прикрепленный к поворотному звену рабочий вал, установленный в корпусе с возможностью вращения и соединенный посредством зубчатой передачи и муфты сцепления сподвижным 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 цельюповышения КПД путем изменения жесткости элемента, момента его включения и направления действия силы пружины для настройки на требуемую частоту и амплитуду поворота звена, оноснабжено по меньшей мере одной дополнительной спиральной пружиной и дополнительным подвижным барабаном, дополнительная пружина одним концомприкреплена к корпусу, а другим - кдополнительному барабану, последнийсвязан с рабочим валом посредствомпередачи и дополнительно установленной муфты сцепления, по крайней мереодна из дополнительных пружин имеетнаправление навивки, противоположноенаправлению навивки пружины, и всемуфты сцепления выполнены электромагнитными,2. Устройство по и.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюобеспечения рекуперации энергии колебательного движения подвижных частей промьппленного робота, оно дополнительно снабжено высокомоментнымэлектродвигателем 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,1384820 Видд гю оставитель Л.Тугаревехред А.Кравчук Корректор А. Обручар писно СССР/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгор Проектна Редактор Ю.СередЗаказ 1391/30 ИИПИпо303 ираж 431 Под осударственного комитета ам изобретений и открыти Москва, Ж, Раушская н