Резонансный манипулятор с линейным электроприводом

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к робототехнике, и может быть использовано для автоматизации технологических процессов.
Известен резонансный манипулятор, содержащий шарнирно связанную с основанием механическую руку с приводом ее поворота, упругий элемент, датчики знака скорости перемещения механической руки и фиксаторы ее крайних положений (Авторское свидетельство СССР №1572801, МПК B25J 9/00, опубл. 23.06.1990).
Недостатками прототипа являются сложность конструкции привода в виде силового гидроцилиндра одностороннего действия и, как следствие, низкие энергетические показатели манипулятора, сложность регулирования скорости перемещения и амплитуды колебаний механической руки.
Целью полезной модели является упрощение конструкции привода, повышение энергетических показателей за счет возможности обеспечения резонансного режима работы резонансного манипулятора, возможность регулирования скорости перемещения и амплитуды колебаний механической руки.
Поставленная цель достигается тем, что в резонансном манипуляторе, содержащем шарнирную связанную с основанием механическую руку с приводом ее поворота, упругий элемент, датчик знака скорости перемещения механической руки с фиксацией ее крайних положений, привод поворота механической руки выполнен в виде снабженного блоком управления плоского линейного асинхронного двигателя, статор которого установлен на основании, а ротор жестко связан с механической рукой, упругий элемент установлен между механической рукой и основанием, а датчик знака скорости перемещения механической руки установлен на основании на оси симметрии между точками фиксации фиксаторами крайних положений механической руки.
На фиг. 1 изображен предлагаемый резонансный манипулятор, вид спереди; на фиг. 2 - вид А по фиг. 1; на фиг. 3 - узел I по фиг. 1.
Резонансный манипулятор (фиг. 1) содержит механическую руку 1, на которой жестко установлен ротор 2 (фиг. 2) плоского линейного асинхронного двигателя (ПЛАД). Статор 3 ПЛАД крепится на основании 4 (фиг. 2). Два фиксатора крайних положений механической руки содержат жестко установленные на механической руке зацепы 5 и 6 и подвижно установленные на основании 4 защелки 7 и 8 с приводами на основе электромагнитов 9 и 10 (фиг. 3). К механической руке 1 крепятся концы упругого элемента 11 (упругий элемент 11 состоит из двух частей), а другие концы закреплены на основании 4. Механическая рука 1 установлена подвижно на основании 4 посредством шарнира 12. На основании 4 на симметрии оси АА'относительно точек фиксации «В» и «С» фиксаторами крайних положений механической руки 1 установлен датчик знака скорости 13 механической руки. Статор 3 ПЛАД электрически соединен с блоком управления (БУ) 14. С БУ 14 электрически соединены обмотки электромагнитов 9 и 10, датчика знака скорости 13 и обмотка электромагнита привода 15 хвата 16 механической руки 1.
Резонансный манипулятор работает следующим образом.
Пусть механическая рука 1 находится в точке «В» и зафиксирована зацепом 5 и защелкой 7. В какой-то момент времени блок управления (БУ) включает электромагнит 9, якорь которого втягивается в электромагнит и отцепляет зацеп 5 от зещелки 7. Механическая рука 1 за счет предварительно деформированного упругого элемента 11 (одна часть которого, обращенная к точке «В», сжата, а другая, со стороны точки «С», растянута) начинает движение в направлении точки «С». В какой-то момент времени, при прохождении первого по ходу торца ротора 2 мимо датчика знака скорости 13, поступает сигнал на БУ 14. БУ подключает статор 3 ПЛАД к источнику трехфазного питания, появляется электромагнитная сила, приложенная к ротору 2 в направлении точки «С». Через какое-то время БУ 14 отключает статор 3 ПЛАД от источника питания. Механическая рука по инерции продолжает движение в направлении точки «С» и фиксируется в точке «С» защелкой 8 и зацепом 6.
Через определенное время, задаваемое технологическим процессом, БУ 14 включает электромагнит 10, отцепляется защелка 8 от зацепа 6. Под действием предварительно деформированного упругого элемента 11 механическая рука начинает движение в направлении точки «В».
В какой-то момент времени, при прохождении первого по ходу в направлении точки «В» торца ротора 2 мимо датчика знака скорости 13, БУ 14 включает статор 3 ПЛАД к источнику питания, но с другим порядком чередования фаз. Появляется электромагнитная сила, приложенная к ротору 2 в направлении точки «В». Далее процесс повторяется.
Ротор 2 ПЛАД выполнен в виде двух металлических листов, жестко закрепленных друг с другом и жестко установленных на механической руке 1 (фиг. 2). Один лист, обращенный к статору 3, выполнен из электропроводного материала, например, медь, а другой лист, обращенный к механической руке, выполнен из электромагнитного материала, например, электротехническая сталь.
Электромагнитные приводы 9 и 10 (фиг. 3) имеют неподвижную часть (соленоид), жестко укрепленную на основании 4 и подвижно соединенную с зацепами 7 и 8. Между зацепом и соленоидом установлен упругий элемент (на фиг. 3 показан схематично), ограничивающий ход втягивания якоря в соленоид при подаче напряжения на его обмотки.
БУ 14 может быть реализован на базе тиристорных коммутаторов (Кублановский, Я.С. Тиристорные устройства / Я.С. Кублановский. - М.: Энергия, 1978 - 96 с.), которые могут подключать статор ПЛАД к источнику трехфазного питания по команде датчика знака скорости 13 с одним порядком чередования фаз и с другим порядком чередования фаз. БУ может подключать к источнику питания электромагниты 9, 10 и 15.
Датчик знака скорости 13 может быть выполнен на базе светодиодов (Кашкаров, А.П. Устройства на светодиодах и не только / А.П. Кашкаров. - М: ДМК-Пресс, 2012 - 208 с.), которые контролируют направление прохождения мимо себя одного или другого торца ротора 2 ПЛАД.
Резонансный манипулятор имеет более высокие энергетические показатели, чем прототип, за счет обеспечения работы привода резонансного манипулятора в автоколебательном режиме, при этом ПЛАД компенсирует только потери энергии в механической резонансной системе, которые определяются жесткостью упругого элемента 11 и массой механической руки 1 с переносимым грузом. За счет изменения длительности включения ПЛАД, которая задается длиной ротора 2, может обеспечиваться необходимая скорость перемещения механической руки. Амплитуда колебаний может регулироваться как за счет изменения расположения фиксаторов 7 и 8 на основании 4, так и длинами зацепов 5 и 6 или защелок 7 и 8.
БУ управляет работой и привода хвата 16, например, при включении электромагнита 15 хват разжимается или сжимается (определяется технологией), если механическая рука 1 зафиксирована в точках «В» или «С».