Устройство управления

 

Изобретение относится к средствам управления . Цель изобретения - повышение точности устройства и улучшение его эксплуатационных характеристик. Устройство управления содержит сферическую рукоятку (Р), закрепленную на основании посредством силомоментного сенсорного механизма, механизм блокировки рукоятки, причем сенсорный механизм выполнен в виде ОПБ основных продольных упругих балок 13 с тензопреобразователями крестообразно симметрично расположенных в поперечном сечении основного, закрепленного на основании устройства 14, и промежуточного 15 жестких держателей, расположенных по обе стороны торцев ОПБ, жесткого обода (О) 16 для крепления Р, взаимно перпендику

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (s1)s G 05 G 1/00, 9/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) С)ПИСАНИЕ ИЗС)6РЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4859763/24 (22) 16.08,90 (46) 15.02.93. Бюл. 1ч 6 (71) Центральный научно-исследовательский институт машиностроения (72) В.И. Лагутин, Ю.И. Радченко и Б.H. Харлов (56) Устройство управления. Проспект ин-та автоматизации Германского НИИ по авиации и космонавтики, ФРГ, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N 306613, кл; G 05 G 1/00, 04.01.89. (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к средствам управления. Цель изобретения — повышение точности устройства и улучшение его эксплуатационных характеристик. Устройство управления содержит сферическую рукоятку(Р), закрепленную на основании посредством силомоментного сенсорного механизма, механизм блокировки рукоятки, причем сенсорный механизм выполнен в виде ОПБ основных продольных упругих балок

13 с тенэопреобразователями крестообразно симметрично расположенных в поперечном сечении основного, закрепленного на основании устройства 14, и промежуточного

15 жестких держателей, расположенных по обе стороны торцев ОПБ. жесткого обода(0)

16 для крепления Р, взаимно перпендику1795437

5 i0

20

35 продольной силы, лярных пар дополнительных упругих балок (ДУП) 22, симметричных относительно продольной оси сенсорного механизма и размещенных между ОПБ вдоль их граней, жестких поперечных перемычек, к которым присоединены концы ОПБ, а также дополнительных тензопреобразователей, одни из которых размещены на наружной поверхности ДУП 22 и вДоль их боковых граней, а другие на поперечных упругих элементах, выполненных в виде кольца 19 с равнорас положенными по его окружности радиальными жесткими спицами (РЖС) 18, чередующимися для соединения с (О) 16 для крепления Р и с промежуточным держателем, и выполненными в поперечной плоскости в и ром ежутках между P)K С параллельных соединенных между собой отверстий 20 с осями симметрии, ориентиИзобретение относится к средствам управления..

В известных устройствах управления содержатся сферическая рукоятка, закрепленная на основании посредством силомоментного сенсорного механизма, механизм блокировки рукоятки, каналы связи и формирователь управляющих сигналов, причем сенсорный механизм выполнен в виде основных продольных упругих балок с тензопреобразователями, крестообразно симметрично расположенных в поперечном сечении, основного, закрепленного на основании и промежуточного жестких держателей, располо>кенных по концам основных продольных балок, жесткого обода для крепления рукоятки, соединенного с промежуточным держателем посредством поперечных упругих элементов с размещенными на них тензопреобразователями. Это устройство так>ке снабжено дополнительными тензоп реобразователями, взаимно перпендикулярными парами дополнительных упругих балок, симметричных относительно продольной оси и размещенных между основными продольными балками вдоль их граней, а также жесткими поперечными перемычками, к которым подсоединены концы основных продольных балок, при этом одна пара дополнительных упругих балок соединена с промежуточным держателем и поперечной . жесткой перемычкой, расположенной со стороны основного дер>кателя, а другая пара — с основным дер>ка,телем и поперечной жесткой перемычкой, рованнь ми радиально относительно продольной оси механизма, при этом основные и дополнительные тензопреобразователи связаны в мостовые схемы выделения компонентов сил и крутящего и изгибающих моментов по ортогональным осям, а схемы соединены с формирователем управляющих сигналов. В устройстве центры жесткости поперечных упругих элементов 21 и электрические центры мостовых схем выделения компонентов изгибающих моментов по ортогональным осям совмещены в одной плоскости с центром сферы Р, при этом РЖС расположены со стороны одного торца кольца, а дополнительные тензопреобразователи, соответствующие поперечным упругим элементам — со стороны другого торца кольца. 12 ил. расположенной со стороны промежуточного держателя, причем дополнительные тензопреобразователи размещены на дополнительных упругих балках на их наружных поверхностях и вдоль их боковых граней, а поперечные упругие элементы выполнены в виде кольца с равиорасположенными по его окружности радиальными жесткими спицами, чередующимися для соединения с ободом и с промежуточным дер>кателем и выполненными в поперечной плоскости в промежутках между спицами парами параллельных, соединенных между собой отверстий с осями симметрии, ориентированными радиально относительно продольной оси, при этом основные и дополнительные тенэопреобраэователи включены в мостовые схемы выделения компонентов сил и крутящего и изгибающих моментов по ортогональным осям, которые соединены с формирователем управляющих сигналов.

Недостатком данного устройства является недостаточные точность и удобство управления из-за сложности задания на сферической рукоятке желаемого сочетания управляющих усилий по компонентам, особенно компонентам поперечных сил и изгибающих моментов (так как при поперечном

30 нажатии на рукоятку одновременно реализуется соответствующая поперечная сила и изгибающий момент от этой силы) и влияния поперечных нагрузок (главным образом изгибающих моментов) на сигналы датчика

1795437

45

Целью изобретения является устранение указанного недостатка известного устройства, т.е. повышение точности и улучшение его эксплуатационных характеристик.

Эта цель достигается тем, что центры жесткости поперечных упругих элементов и электрические центры мостовых схем выделения компонентов изгибающих моментов по ортогональным осям совмещены в одной плоскости с центром сферы рукоятки, при этом жесткие спицы расположены со стороны одного торца кольца, а дополнительные тензопреобразователи, соответствующие поперечным упругим элементам, — co стороны другого торца.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства управления; на фиг, 2 — общий вид силомоментного сенсорного механизма; на фиг. 3 — 6 — различные сечения силомоментного сенсорного механизма; на фиг. 7 — 12— электрические мостовые схемы соединения тензопреобразовэтелей сенсорного механизма.

Устройство содержит сферическую рукоятку 1 (фиг. 1), закрепленную на основании 2 посредством силомоментного сенсорного механизма 3 с тензопреобразователями 4 (R; на фиг. 2 — 12), механизм блокировки 5 рукоятки и формирователи управляющих сигналов 6. Механизм блокировки 5 может быть выполнен в виде фигурной втулки 7, установленной посредством резьбы 8 на сенсорном механизме 3, Фиксация этой втулки осуществляется посредством контргайки 9. На торце втулки выполнен конический бурт 10, взаимодействующий с ответным коническим гнездом 11 на рукоятке, которая скреплена с сенсорным механизмом винтами 12. Сенсорный механизм 3 выполнен в виде упругих продольных балок 13 (фиг, 2, 4, 5), крестообразно симметрично расположенных в поперечном сечении, несущих тензопреобразователи R>v...й24, соединенные в схему (фиг. 10), воспринимающую крутящий момент М, основного 14 (фиг. 2) и промежуточного 15 (фиг. 2, 3) жестких держателей, жесткого обода 16 с отверстиями 17 для крепления рукоятки 1, соединенного с промежуточным держателем посредством жестких спиц 18, и кольца 19, в котором выполнены сквозные отверстия 20, образующие поперечные, упругие в продольном направлении элементы 21 с тензопреобразователями R>...R8, соединенными в схему (фиг. 7), воспринимающую продольную силу по оси Х. Жесткие спицы 18, соединяющие кольцо 19 (и выполненные в нем поперечные упругие элементы 21) с ободом 16 и с промежуточным держателем 15, расположены со стороны одного торца кольца, а тензопреобразователи R>...Ra — со стороны другого торца, Сенсорный механизм снабжен также двумя взаимно перпендикулярными парами дополнительных упругих балок 22 (фиг. 2, 4, 5), которые расположены между упругими балками 13 симметрично относительно продольной оси сенсорного механизма, с внутренней стороны каждая из этих балок имеет поперечные подрезы (фиг, 2), которые служат для повышения избирательности сенсорного механизма к поперечным нагрузкам, С внешней стороны на балках 22 напротив подрезов размещены тензопреобразователи Rg...R>2 (фиг. 2)п-6 и

Riz...йм (фиг, 4, 6), соединенные в схемы (фиг. 8, 9), воспринимающие поперечные силы по осям Y и Z, а на боковых поверхностях балок около подрезов размещены тензопреобразователи Rag„,Rza (фиг, 5) и Rag...Ra2 (фиг. 5), соединенные в схемы (фиг. 11, 12), воспринимающие изгибающие моменты Му и Mz. Каждая пара дополнительных упругих балок 22 соединена с одной стороны с основчым или промежуточным держателем, а с другой стороны — через жесткие поперечные перемычки 24 (фиг. 2, 4 — 6) — с продольными упругими балками 13. Мостовые электрические схемы соединения тензопреобразователей Ri (фиг. 7 — 12) связаны с формирователями 6 для усиления и формирования управляющих сигналов, при этом одни диагонали схем запитываются соответствующим напряжением. а с других— снимают первичные управляющие сигналы.

Центры жесткости поперечных упругих элементов 21 размещены в плоскости, проходящей через центр сферы "0" рукоятки 1. С этой же плоскостью совмещены электрические центры схем выделения компонентов изгибающих моментов Mv u Mz. (Электрический центр — это точка в поперечном сечении динамометрэ, нагружение поперечной силой в которой не вызывает появление электрического сигнала в схеме выделения изгибающих моментов).

Работа устройства осуществляется следующим образом (при разблокированном механизме 5).

При приложении к рукоятке 1 человеком-оператором силовой или моментной (или одновременно и той и другой) нагрузки создается нагружение соответствующих чувствительных элементов сенсорного механизма. При этом воздействие продольной силы Х вызывает плоскопараллельное смещение жесткого обода 16 относительно промежуточного держателя 15 за счет упругости поперечных элементов 21, соот1795437

20

40

50 ветствующее сжатие-растяжение тенэопреобразователей R>...Ря и появление электрического сигнала в измерительной диагонали моста (фиг. 7), пропорционального величине продольной силы по оси Х. Воздействие поперечной силы по оси Y вызывает плоскопараллельное смещение одной из жестких поперечных перемычек 24 (соседней с основным держателем) относительно промежуточного держателя 15. Возникающее за счет поперечной упругости дополнительных балок 22 соответствующее сжатие-растяжение тензопреобраэователей Rg...Rà вызывает появление электрического сигнала в выходной диагонали моста (фиг. 8), пропорционального величине приложенной силы по оси Y. В силу симметрии и особенностей упругой схемы данный преобразователь не. чувствителен к воздействию других нагрузок. Аналогично, воздействие поперечной силы по оси Z вызывает плоскопараллельное поперечное смещение жесткой перемычки 24 (соседней с промежуточным держателем) относительно основного держателя 14, соотсетствующее сжатие-растяжение тенэопреобразователей R>a...Rû и появление в выходной диагонали моста (фиг. 9) электрического сигнала, пропорционального величине приложенной силы по оси 2. B силу симметрии и особенностей упругой системы данный преобразователь нечувствителен к воздействию других нагрузок. Воздействие крутящего момента Мх приводит к относительному повороту вокруг продольной оси основного и промежуточного держателей, обусловленного крутильной упругостью продольных балок 13, которые воспринимают крутящий момент через дополнительные балки 22 и жесткие перемычки 24. Это вызывает соответствующее сжатие-растяжение тензопреобразователей R>7...Rza и появление в выходной диагонали моста (фиг, 10) электрического сигнала, пропорционального величине крутящего момента М>. В силу симметрии и особенноФормула изобретения

Устройство управления, содержащее сферическую рукоятку, закрепленную на основании посредством силомоментного сенсорного механизма, механизм блокировки рукоятки, причем сенсорный механизм выполнен в виде основных продольных упругих балок с тензопреобразователями, крестообразно симметрично расположенных в поперечном сечении, основного, закрепленного на основании устройства, и промежуточного жестких держателей, расположенных по обе стороны торцев основстей упоугой схемы данный преобразователь нечувствителен к воздействию продольной, поперечных сил и изгибающих моментов. Воздействие изгибающего момента Му вызывает изгиб дополнительных балок 22, ориентированных по плоскостям, параллельным плоскости ОУ, соответствующее сжатие-растяжение тенэопреобразователей йг5...Вгз и появление в выходной диагонали моста (фиг, 11) электрического сигнала, пропорционального величине изгибающего момента Му. 5 силу симметрии данного преобразователя и особенностей упругой схемы его выходной сигнал не зависит от воздействия других нагрузок. Аналогично, воздействие изгибающего момента

Mz вызывает изгиб соответствующих балок

22 (параллельных плоскости 0Y), сжатие-. растяжение тензопреобразователей

Ргз...йэг и появление в выходной диагонали моста (фиг. 12) электрического сигнала, пропорционального величине изгибающего момента Mz, Данный преобразователь в силу симметрии и особенностей упругой схемы нечувствителен к воздействию других нагрузок.

Размещение тензопреобраэователей

R25" Ргз и R29„.Rç2 B районе подрезав позволяет повысить чувствительность устройства к изгибающим моментам.

Выходные сигналы с мостов поступают в усилитель-формирователь управляющих сигналов 6 для последующей передачи на соответствующие органы управления. Из- менением соотношений величин, знаков и сочетаний нагрузок обеспечиваются широкие возможности управления по шести каналам, Для предохранения сенсорного механизма от перегрузок, когда управление обьектом не проводится, втулка 7 механизма блокировки 5 навинчивается по резьбе 8 на основание держателя до контакта ее конического бурта 10 с гнездом 11 обода 10, а затем фиксируется контргайкой 9, ных продольных балок, жесткого обода для крепления рукоятки, взаимно перпендикулярных пар дополнительных упругих балок, симметричных относительно продольной оси сенсорного механизма и размещенных между основными продольными балками вдоль их граней, жестких поперечных перемычек, к которым присоединены концы основных продольных балок, при этом одна пара дополнительных упругих балок соедииена с промежуточным держателем и поперечной жесткой перемычкой, . расположенной со стороны основного де1795437

10 ржателя, а другая пара дополнительных упругих балок соединена с основным держателем и поперечной жесткой перемычкой, расположенной со стороны промежуточного держателя, а также дополнительных тен- 5 зопреобразователей. одни из которых размещены на наружной поверхности дополнительных упругих балок и вдоль их боковых граней, поперечных упругих элементах, выполненных в виде кольца с 10 равнорасположенными по его окружности радиальными жесткими спицами, чередующимися для соединения с ободом для крепления рукоятки и с промежуточным держателем, и выполненными в поперечной 15 плоскости в промежутках между спицами параллельными, соединенными между собой отверстиями с осями симметрии, ориентированными радиально относительно продольной оси механизма, при этом основ- 20 ные и дополнительные тенэопреобразователи включены в плечи мостовых схем выделения компонентов сил и крутящего изгибающих моментов по ортогональным осям, а схемы соединены с формирователем управляющих сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства и улучшения его эксплуатационных характеристик, центры жесткости поперечных упругих элементов и электрические центры мостовых схем выделения компонентов изгибающих моментов по ортогональным осям совмещены в одной плоскости с центром сферы рукоятки, при этом жесткие спицы расположены со стороны одного тбрца кольца, а дополнительные тензопреобразователи, соответствующие поперечным упругим элементам, — со стороны другого торца кольца.

1795437

ВиРА

1795437 фиг.7.

Фиг.B.

Фиг.9.

Фиг.10.

Фиг.l2.

: Составитель О.Гудкова

Техред М.Моргентал Корректор Л.Филь

Редактор

Заказ 430 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская нэб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. ул.Гагарина, 101