Динамо-машины  Электрические машины, экономичность 

1 2 3 4 5 6 7 8 [ 9 ] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

Таблица 2.6. Максимальные параметры движения человеческих рук

Движение

Вращение плеча Изгиб плеча Вращение локтя Изгиб локтя Вращение кисти Изгиб кисти Движение схвата

Угол поворота а, рад

1,5 1,5

1,5 1,5

ряющие этому требованию, но использующие простейшие сельсин-ные схемы с усилением момента (благодаря применению сдвига фаз возбуждений датчика и приемника [70] МЭМ-5С и использованию совмещенных сельсинов-двигателей с полым ротором [40] МЭМ-10С). Но индикаторная сельсинная схема обладает также свойством обратимости по положению. Действительно, ро-торы сельсинов согласуются независимо от того, на какую оа поступает управляющее воздействие: на ось сельсина-датчика ил* на ось сельсина-приемника. Эта схема обладает также и CBoftcTBOf обратимости по моменту: момент, приложенный к оси сельсина датчика воспринимается осью сельсина-приемника, и наоборт Ошибка в положении осей сельсина-приемника и сельсина-датчик. определяется синхронизирующим моментом, равным разности мс ментов, приложенных к этим осям.

Индикаторная схема, построенная на самых мощных сельсина* (датчик НД-521 и приемник НС-501), имеет максимальны! синхронизирующий момент 0,26 Н-м, что недостаточно дл1 применения ее в качестве системы управления манипулятором!

безредукторной схеме.

Сельсины типа CC-I95, выпускаемые для силовых синхрон raquo; следящих систем с удельным синхронизирующим моменте 0,15 Н-м/град, не могут быть применены в манипуляторе из-з значительной массы (более 60 кг). I

Индикаторная схема с сельсином-датчиком типа НД-521 сельсином-приемником того же типа развивает максимальна! синхронизирующий момент 1,2 Н-м при рассогласовании сел* синов на 70 deg; и имеет удовлетворительные статические и динаМ ческие характеристики. Чтобы применить данную систему в ма raquo; пуляторе малой грузоподъемности, необходимо между ося* сельсина-датчика и задающего органа и сельсина-приемника исполнительного органа установить понижающие редукторы сос ветственно Pi и Рг с передаточным числом /. Это, с одной роны, увеличит синхронизирующий момент и точность отрабоТ системы в i раз, но с другой - приведет к возможности ло gt; lt;ч согласования осей системы в 360/г положениях, а также к зв

чйтельному искажению в передаче моментов с исполнительного рана на задающий вследствие сил трения и инерции в редук-лпах и сеаьсинах. Поскольку контроль за положением исполни--геаьных laquo;рук raquo; манипулятора осуществляется оператором визуаль-fio возможность ложного согласования задающих и исполнительных laquo;рук* манипулятора не представляет опасности. Перед нача-дом и в процессе работы оператор всегда может согласовать их положение.

Для уяснения свойств системы в передаче усилия рассмотрим уравнение моментов при движении входной оси с постоянным ускорением:

М, = Мг + + + (7, + Уг) (2.14)

где Ml и Мг - соответственно моменты на задающей (входной) и исполнительной (выходной) осях; М, и М2-приведенные к входной оси моменты трения сельсинов и редукторов; J\ и У2 - приведенные моменты инерции роторов сельсинов и звеньев кинематических цепей от валов сельсинов до входного и выходного валов системы; а - угол поворота вала задающего механизма.

Из полученного уравнения видно, что оператор, кроме полезного момента, равного приложенному моменту нагрузки М-2, будет ощущать приведенные к входной оси моменты трения звеньев кинематических цепей исполнительного и задающего механизмов Wpi, М,р2 gt; а также приведенные динамические моменты от инерции роторов сельсинов и связанных с ним звеньев кинематических цепей (У + Уа) di/dt.

Приведенные моменты трения находятся в прямой зависимости от передаточного числа редукторов (, а приведенные динамические моменты будут прямо пропорциональны квадрату передаточного числа. При значительной редукции вредные моменты от сил трения и инерции могут в несколько раз превышать приложенный к исполнительному органу момент нагрузки М-у.

В подобных случаях оператору трудно контролировать усилия, приложенные к исполнительному органу, кроме того, ему приходится затрачивать большие усилия для управления даже ненагру-*енным манипулятором. С введением масштабности в передаче момента с исполнительного органа на задающий уменьшается действие вредных моментов на руку оператора, а следовательно, о легчается управление манипулятором. 1ри этом уравнение моментов запи1

- уравнс!

+ laquo; (М, + М,,) + (У, + KlJ,) где к *

запишется в следующем виде:

(2.15)

коэффищ1ент масштабирования.

РостиТГтпям! усилением момента позволила laquo;хции дРнФорматорную схему, сохранив все ее рабочие мля манипуляторов с небольшими усилиями

на вы-51

-ih-o

I Датчик

~~\праемник Выход

Рис. 2.11. Индикаторная сельсинная схема с усилением момента

ходной ОСИ ДЛЯ каждого из четырнадцати движений была исполь. зована одна индикаторная сельсинная схема с фазосдвигающими емкостями (рис. 2.11).

Приведем основные результаты расчета этой схемы для мани-пулятора МЭМ-5С [70]. Из расчетных кривых М = / ( sect;] (рис. 2.12) следует, что в системе с сельсинами НД-521 при включении в цепь возбуждения приемника конденсатора емкостью 200 мкФ и номинальных по абсолютной величине фазных ЭДС датчика и приемника (рис. 2.12, а) масштабный коэффициент ра. вен 0,67. Если уменьшить ЭДС датчика в 1,1 раза, коэффициеи масштабирования снизится до 0,5 (рис. 2.12, б), а при уменьшени! ЭДС в 1,31 раза станет равным примерно 0,4 (рис. 2.12, в). Пр этом, правда, максиматьный момент на валу приемника в отнс сительных единицах снизится с 1,28 до 1 (т. е. станет равны) моменту при синфазном питании сельсинов), зато датчик разгр) зится более чем в 2 раза. Эти выводы подтверждены эксперимен тальными зависимостями, представленными на рис. 2.12 (пунк

тирные линии).

Теоретические положения и выводы, сделанные в [70], под тверждены в дистанционных электромеханических манипулятора: . .....-, lt;п н R них лля упоавлени)

Рис. 2.12. зависимость синхрон на валах датчика и приемника нд-з1 ui gt;иш н на валах д к конденсатором

каждой из степеней подвижности механических рук использо-gafjbi сельсинные индикаторные схемы с конденсатором емкостью 200 мкФ в цепи возбуждения сельсина-приемника типа НД-521, а для улучшения работы системы напряжение возбуждения датчика ( нижено до 0,8 номинального. Применение этой схемы позволило значительно снизить стоимость и в несколько раз повысить надежность системы управления манипулятором.

Система обеспечила работоспособность манипулятора при следзющих технических данных (движение, качение кисти): грузоподъемность 50 Н; масштабность в передаче момента с исполнительного органа на управляющий с учетом влияния моментов трения и инерции системы 1:1; максимальная скорость конца рабочего инструмента 685 мм/с; максимальное ускорение 2690 мм/с ; усилие трогания 6 Н.

Для создания электромеханического сельсинного манипулятора большей мощности к рассмотренной системе была добавлена схема компенсационного усилителя с использованием совмещенных сельсинов-двигателей СДС-ЗМ.

Статор двигателя СДС-ЗМ аналогичен статору сельсина НД-521, алюминиевый полый ротор может вращаться в подшипниках относительно вала внутреннего ротора. Обмотка внутреннего ротора однофазная, статорная - трехфазная. Все три фазы двигателя могут быть использованы в случае применения двигателя в следящей системе в качестве совмещенного сельсина-двигателя. При этом статорная обмотка служит обмоткой синхронизации. Момент полого ротора зависит от угла поворота внутреннего ротора относительно статора. При совпадении осей обмоток в зазоре машины отсутствует вращающиеся магнитное поле и полый ротор неподвижен. При повороте внутреннего ротора в зазоре возникает вращающее магнитное поле и полый ротор начинает вращаться. Момент и скорость полого ротора зависят от абсолютной величины угла поворота внутреннего ротора и достигают максимальных значений примерно при 80-100 deg;. Направление вращения и знак момента зависят от знака угла поворота.

Совмещенный сельсин-двигатель типа СДС-ЗМ имеет следующие технические характеристики: максимальный пусковой момент не менее 0,4 Н м, частота вращения в режиме холостого хода примерно 2700 об/мин. Механическая характеристика (зависимость момента от скорости) при угле поворота внутреннего ротора е = 90 deg; монотонно падающая с нелинейностью 25%. Двигатель обладает удовлетворительными регулировочными ха-V TepHCTHKaMH и не уступает обычным двигателям с полым ро-Ром соответствующих габаритных размеров, работающим laquo;на (0 deg;* - работает laquo;на упор raquo; при моменте 0,4 Н-м jjT deg;) с продолжительностью включения 30%. Для нормаль-J, Работы необходим интенсивный обдув двигателя, так как непрерывном включении и пусковом режиме в течение 30 мин

Рис. 2.13. Схема безусилительной обр тимой системы с мотосином

обмотка внутреннего ротора пе регревается на 130 deg; С. Напряду ние питания статорной и ротор ной обмоток 45 В, частота пи тания 50 Гц, емкость кондец сатора в статорной обмотк 300 мкФ.

На рис. 2.13 приведена кине. магическая схема управленил одной степенью подвижносц-манипулятора с использование! raquo; СДС-ЗМ. Исполнительный механизм / включает сельсин-приемнщ /, понижающий редуктор 2, выходной вал 3. Управляющий меха низм состоит из сельсина-датчика 4, понижающего редуктора J, упругой муфты 6, которая через шестеренчатую передачу 7 сое динена с внутренним ротором 9 двигателя СДС-ЗМ 10. Вал вну треннего ротора сочленен с входным валом системы 14. KpoMil того, через шестеренчатую передачу 8 муфта 6 соединена с корпу сом двигателя W. Полый ротор СДС-ЗМ через шестеренчатук передачу 12 соединен с выходным валом привода 13. Электрическг сельсины (датчик СД и приемник СП) соединены по обычна схеме для сельсинов, работающих в индикаторном режиме. Обмот ка ротора двигателя СДС-ЗМ включена в сеть; в обмотку статор; включен конденсатор С емкостью 300 мкФ. При соединении меха нической передачи статора СДС-ЗМ с его полым ротором получа ется замкнутая пропорциональная следящая система, осущест вляющая слежение статора СДС-ЗМ за его внутренним ротором Система работает следующим образом. При повороте входное вала привода 14 (см. рис. 2.13) деформируется упругая муфт: б и ось внутреннего ротора 9 двигателя СДС-ЗМ смещается от носительно оси его статора 10. Полый ротор приходит raquo; вращение и, поворачивая через шестеренчатую передачу 12 редак тор 5 и сельсин-датчик 4, компенсирует трение и инерцию этО части кинематической цепи, одновременно приводя через передач 8 статор двигателя СДС-ЗМ 10 в согласованное положение с вну ренним ротором 9. Сельсин-приемник / приводит выходной исполнительного механизма в согласование с входным вало управляющего механизма 14. Так осуществляется позиционн слежение исполнительного органа за задающим.

Приложенный к валу исполнительного механизма момент грузки передается сельсином-датчиком 4 через редуктор 5, упр! гую муфту 6, шестеренчатую передачу 7 на входной вал М; одН временно через шестеренчатую передачу 8 статор двигать СДС-ЗМ рассогласовывается из-за деформации упругой муФ 54

его внутренним ротором 9. В результате на валу 13 создается ротиводействующий момент М. Изменяя напряжение питания СДС-ЗМ, передаточное число передачи 12 и жесткость упругой 1уфты 6, можно добиться, чтобы этот противодействующий момент Мк был равен моменту трения кинематической цепи от полого ротора двигателя СДС-ЗМ до сельсина-датчика 4 и приведенному к валу 13 моменту трения кинематической цепи исполнительного механизма. Тогда масштаб передачи момента близок к единице, Mj = Mj. Если момент М. превышает значения вредных моментов, то М, lt;;М2, т. е. момент, приложенный к валу 3 исполнительного механизма, будет передаваться на вал 14 управляющего механизма в определенном масштабе.

Реализация приведенной кинематической схемы в манипуляторах сопряжена с конструктивными трудностями: для подвода питания к вращающемуся статору мотосина необходимо устанавливать токосъемные кольца и щетки, что снижает надежность системы управления. Приведенная на рис. 2.14 схема системы управления лишена этих недостатков. В данной схеме статор СДС неподвижен, а согласование компенсирующей следящей системы осуществляется через дифференциал, что облегчает конструктии-ную компоновку коробки приводов манипуляторов, уменьшает до минимума наличие электрических контактов в схеме.

Описанная система управления (рис. 2.13) реализована на манипуляторе типа МЭМ-ЮСД грузоподъемностью 100 Н. При высокой надежности в работе, простоте устройства и эксплуатации достигнуты вполне удовлетворительные технические характеристики манипулятора, например, на движении laquo;качание ки-

HA-Sti

Рис.

Кинематическая схема безусилительной обратимой следящей системы

с мотосином