ПРИВОД С РЕКУПЕРАЦИЕЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ (МАНИПЛАН)

Предполагаемое устройство относится к области машиностроения и может быть применено при конструировании промышленных роботов и манипуляторов с преимущественно прямолинейным движением подвижного рабочего органа, используемых для автоматизации вспомогательных загрузочно-разгрузочных операций в промышленности.
Известны способы позиционирования позиционировании подвижного исполнительного органа на жесткий упор, заключающиеся в использовании колебательного переходного процесса при позиционировании (см. А.с. №992126, опубл. БИ №4, 1983 г. Сысоева С.Н., Черкасова Ю.В., «Методы позиционирования исполнительного органа на жесткий упор» Станки и инструмент, №8, с.12).
С использованием данных способов известны приводы, получившие название приводов колебательного, маятникового, резонансного типа, цикловые приводы с рекуперацией механической энергии (см. Сысоев С.Н., Глушков А.А. «Цикловые приводы колебательного типа» Владим. гос. ун-т. - Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2010. - 2010. - 186 с).
Функционально данный привод состоит из корпуса, подвижного рабочего органа, аккумулятора механической энергии и устройств фиксации (расфиксации) рабочего органа на жесткие упоры, а также устройства добавления в привод энергии и систему управления. Данные приводы по сравнению с традиционными отличаются повышенными скоростными и энергосберегающими характеристиками.
Недостатками данных устройств являются ограничения величины перемещения рабочего органа и высокие энергозатраты, связанные с постоянным его силовым взаимодействием с корпусом.
Известно устройство, реализующее способ (см. пат. РФ №2266191 «Способ работы привода с рекуперацией механической энергии» Сысоева С.Н., опубл. 20.12.2005 г., Бюл. №35) работы привода. Способ включает 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. Отличие способа заключается в том, что рабочий-орган после его разгона кинематически отсоединяют от корпуса, а перед торможением соединяют с ним.
Устройство, реализующее данный способ и получившее название «маниплан» (см. Сысоев, С.Н. Концептуальное проектирование манипуляционных механизмов с рекуперацией механической энергии / С.Н.Сысоев // Мехатроника. Автоматизация. Управление: труды I Всерос. конф. с межд. участ. - М, 2004. - С.259), состоит из корпуса, рабочего органа, аккумулятора механической энергии и устройств позиционирования. После разгона рабочего органа, его отсоединяют от корпуса, а при подходе к требуемой точке позиционирования - соединяют. Это позволяет снизить энергозатраты и увеличить рабочий ход. Однако, чем больше величина хода рабочего органа, тем труднее обеспечить сохранение требуемой его ориентации в пространстве из-за отсутствия силового взаимодействия рабочего органа с корпусом. Кроме этого, с увеличением величины хода рабочего органа увеличивается изменение величины потерь запасенной в приводе энергии, что затрудняет безударную работу устройств позиционирования. Все это ограничивает эффективность работы привода.
Наиболее близким по технической сущности из известных является «маниплан» (см. Пат. РФ на полезную модель №105852 «Привод с рекуперацией механической энергии (маниплан)» МПК B25J 9/00, заявка №201149127/02 заявл. 30.11.10 г., опубл. 27.06.11, Бюл. №2 Сысоева С.Н., Черкасова Ю.В., Плаксина А.С., Воздугана А.А.). Устройство включает корпус, аккумуляторы механической энергии подвижного рабочего органа и устройства фиксации его на корпусе в крайних положениях. Подвижный рабочий орган выполнен удлиненной формы в направлении перемещения с установленными на нем зацепами и стабилизаторами направления движения, а аккумулятор механической энергии выполнен в виде подпружиненного троса, закрепленного на корпусе и установленного перпендикулярно направлению перемещения рабочего органа с возможностью взаимодействия с зацепами.
Недостатком данного устройства и всех известных является ограничения сохранения требуемой ориентации в процессе перемещения подвижного рабочего органа, связанные со скоростью его движения. Чем больше его неустойчивость, тем большие скорости он должен развивать.
Задачей полезной модели является повышение эффективности работы привода за счет обеспечения возможности перемещения рабочего органа на достаточно большие расстояния с расширенным диапазоном величин скоростей перемещения подвижного рабочего органа.
Поставленная задача достигается тем, что в приводе с рекуперацией механической энергии (маниплан), включающем корпус, подвижный рабочий орган с аккумуляторами механической энергии и устройства фиксации его на корпусе в крайних положениях, на подвижном рабочем органе дополнительно установлено по крайней мере одно несущее крыло.
Привод включает корпус 1 и подвижный рабочий орган 2, установленный с возможностью перемещения относительно него. На подвижном рабочем органе установлено одно несущее крыло 3 и закреплены безнасосные вакуумные захваты 4, выполняющие функции его фиксации и расфикасации относительно корпуса, а также функции демпфирующих устройств. На корпусе установлены подпружиненные тросы 5 (левый и правый) с возможностью взаимодействия с зацепами 6 (правый и левый) (фиг.1), закрепленными на подвижном рабочем органе. Левый трос 5 установлен с возможностью силового взаимодействия с правым зацепом 6, а правый трос - с левым зацепом 6. Для работы привода требуется устройство подпитки энергией, которое на фиг. не показано. Подпитка привода энергией может осуществляться различными известными способами и устройствами для их реализации (см. «пат. РФ №2239549 «Способ подпитки энергией привода колебательного типа» Сысоева С.Н., Михайлова Р.Г., опубл. 10.11.2004, БИ №31), например, дополнительным натяжением в исходном положении подпружиненного троса 5.
Привод с рекуперацией механической энергии (маниплан) работает следующим образом.
Перед началом работы (фиг 1, а, фиг.2) в исходном состоянии рабочий орган 2, располагают на корпусе 1, фиксируя исходную координату устройством фиксации вакуумным захватом 4 и создавая потенциальную энергию в аккумуляторе энергии подпружиненном тросе 5. При установке рабочего органа 2 натягивают трос 5 правым зацепом 6, организуя энергию в приводе, 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 рабочую полость левого вакуумного захвата с атмосферой, расфиксируя тем самым подвижный рабочий орган 2 относительно корпуса. Энергией запасенной в приводе разгоняют рабочий орган, 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 (фиг.1, б). При подходе подвижного рабочего органа к требуемой точке позиционирования левый зацеп 6 взаимодействует с правым тросом 5, который натягиваясь, осуществляет торможение подвижного рабочего органа и перевод кинетической энергии движения подвижного рабочего органа в потенциальную энергию натяжения подпружиненного троса.
В конце движения подвижный рабочий орган фиксируется правым вакуумным захватом 4, обеспечивая его требуемое положение относительно корпуса 1 (фиг.1, в). Последовательность перемещения подвижного рабочего органа в исходное положение осуществляется аналогичным образом.
Установка на подвижный рабочий орган привода по крайней мере одного несущего крыла повышает его эффективность работы за счет сохранения требуемой ориентации в процессе перемещении при расширенном диапазоне скоростей.