РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЙ СЕРВОПРИВОД

Настоящая полезная модель относится к интеллектуальным мехатронным модулям, а именно к робототехническим сервоприводам, используемым в передвижной робототехнике.
Из существующего уровня техники известно устройство для автоматического регулирования положения объекта по двум взаимно перпендикулярным направлениям (Патент RU 2579781, опубл. 10.04.2016 г.), который содержит перемещаемый объект, ходовые винты, электродвигатели, понижающие редукторы, блок управления приводами, абсолютные энкодеры угла поворота, цифровой выход которых подключен к измерительно-вычислительному комплексу. Измерительно-вычислительный комплекс через силовые модули управляет режимами функционирования привода: разгон, номинальное движение, торможение, останов. Недостатками данной конструкции являются не универсальность, очень узкое поле применения, большие размеры, большой вес, невозможность применения в суставах роботов, малая жесткость конструкции. Помимо этого, данным устройством не предусмотрены способы экономии энергии.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является сервопривод по патенту US 2014298939 (опубл. 26.10.2012). Исполнительный механизм для управления совместным движением робота включает в себя первый модуль замедления и второй модуль замедления, который принимает и выводит тяговое усилие, будучи в передаче с первым модулем замедления. Первый модуль замедления включает в себя приводной электродвигатель, первую печатную плату печати для управления приводным двигателем посредством обратной подачи на выход второго модуля замедления, по меньшей мере, один первый редуктор, который приводится во вращение приводным двигателем и корпус. Второй модуль замедления включает в себя, по меньшей мере, один другой редуктор, который вращается, будучи в передаче с первым редуктором и корпус, на котором второе редуктора насаживается и которое соединено с корпусом. Недостатком данного технического решения является отсутствие тормозного устройства, которое позволяет экономить электроэнергию.
Задача, на решение которой, направлено заявленное техническое решение заключается в экономии электроэнергии, уменьшении металлоемкости, упрощении разработки новых робототехнических решений и расширении функционала робототехнических сервоприводов.
Данная задача достигается за счет того, что робототехнический сервопривод, содержит корпус с прикрепленными к нему и расположенными в нем редуктором, выходным валом, соединенным с редуктором посредством винтового соединения, абсолютным энкодером, соединенным с выходным валом редуктора через зубчатую передачу, электродвигателем с валом с зубчатым колесом, соединенным с редуктором посредством зубчатой передачи, платой управления, расположенной в корпусе со стороны электродвигателя и крепящейся посредством винтового соединения к одной из стенок корпуса, также содержит блокиратор вала электродвигателя, установленный возле зубчатого колеса вала, и крепящийся на корпус сервопривода посредством винтового соединения со стороны редуктора. Блокиратор вала представляет собой тормозное электромагнитное устройство. В качестве редуктора используется такой вид редуктора как планетарный, циклоидальный, волновой. Корпус сервопривода выполнен из металлозамещающей пластмассы, приводящей к уменьшению веса устройства
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является существенное энергосбережение при статических нагрузках, упрощение разработки новых робототехнических решений.
Устройство робототехнического сервопривода изображено на фиг. 1.
Робототехнический сервопривод включает в себя выходной вал 1, редуктор 2 в сборе, абсолютный энкодер 3, корпус 4, вал электродвигателя с зубчатым колесом 5, блокиратор вала 6, плату управления.
Редуктор 2 соединяется своей последней ступенью с выходным валом 1 посредством винтового соединения. Вал электродвигателя с зубчатым колесом 5 соединяется с первой ступенью редуктора посредством зубчатой передачи. Блокиратор вала 6 крепится на корпус сервопривода посредством винтового соединения со стороны редуктора. Блокиратор вала 6 и электромагнит в сборе представляют собой тормозное устройство. Абсолютный энкодер 3 соединяется с выходным валом редуктора через зубчатую передачу. Плата управления располагается в корпусе сервопривода со стороны двигателя и крепится посредством винтового соединения к одной из стенок корпуса. От платы управления сигнал подается на электродвигатель по проводам. Все детали располагаются в корпусе 4 и крепятся к нему посредством винтового соединения. Электродвигатель, который находится внутри корпуса, вращает редуктор посредством зубчатого соединения 5, редуктор вращает выходной вал, выходной вал вращает энкодер посредством зубчатой передачи, обеспечивая обратную связь с платой управления.
Блокиратор вала 6 представляет собой тормозное электромагнитное устройство. Блокиратор вала соединяется с втягивающим электромагнитом, который крепится к корпусу со стороны двигателя, прямо под блокиратором вала посредством втулки. Встроенное тормозное электромагнитное устройство способно динамически использоваться при наличии высоких статических нагрузок путем команд пользователя. Блокиратор вала 6 может иметь либо выступ, который цепляется за выступ на зубчатом колесе 5, либо иметь резиновое покрытие для остановки трением. При необходимости блокирования вала блокиратор вала 6, который представляет собой изогнутую балку с выступом, отпускается электромагнитом и под действием пружины зацепляется за выступ зубчатого колеса. Таким образом, мгновенно останавливая движение. Данный способ торможения превосходит другие тормоза по скорости и резкости торможения. Небольшой люфт тормозного устройства незначителен и не превышает 0,5 градуса.
В качестве редуктора используется один из следующих видов редукторов: планетарный, циклоидальный, волновой и др.
Корпус сервопривода выполнен из металлозамещающей пластмассы, приводящей к уменьшению веса, что в свою очередь уменьшает общее энергопотребление робототехнического решения.
Сервопривод питается от напряжения 10-24 вольт. Плата управления состоит из драйвера электродвигателя, контроллера и системы датчиков. Входной шиной данных является IIC, также могут применяться CAN и RS-485. Интерфейс состоит из набора регистров, изменяя значение которых можно управлять сервоприводом.
Работает устройство следующим образом.
При статической нагрузке, когда от сервопривода требуется только удерживать одно положение, он тратит большое количество электроэнергии, тогда как в заявленном робототехническом сервоприводе вал электродвигателя 5 блокируется блокиратором вала 6, и вся нагрузка ложится на редуктор 2 и блокиратор вала 6, при этом потребление электроэнергии снижается практически до нуля. Если более не требуется удерживать одно положение, блокиратор вала 6 посредством электромагнита возвращается на исходное положение.
Преимущество данного сервопривода заключается в возможности экономить электроэнергию при статических нагрузках, ставить робота в неподвижное положение при отсутствии электроэнергии и отсутствии нужды конструировать собственный тормоз при проектировании робота.
Робототехнический энергосберегающий сервопривод включает в себя тормозное устройство и плату управления с программным обеспечением, позволяющее динамически использовать блокиратор вала для снижения энергопотребления при высоких статических нагрузках, получить дополнительный функционал, ускорить разработку новых робототехнических устройств.
Программное обеспечение обладает большим набором функций. Благодаря ему сервопривод может блокировать устройство, не прерывая цикла работы. В существующих сервоприводах тормозные устройства являются пассивными и срабатывают только при отключении питания. В робототехническом энергосберегающем сервоприводе тормозное устройство срабатывает по команде пользователя, блокируя двигатель и продолжая снимать показания с датчиков. Преимущество данного метода заключается в получении функции энергосбережения.