專利名稱：主控軸和執(zhí)行軸之間的回轉(zhuǎn)角和作用力遠(yuǎn)距離傳遞裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)電機(jī)的問題，更確切一些說，是關(guān)于主要用于仿效機(jī)械手中的主控軸和執(zhí)行軸之間的回轉(zhuǎn)角和作用力遠(yuǎn)距離傳遞裝置的結(jié)構(gòu)問題。
目前已知的仿效機(jī)械手，主要是在對操作者本身的生命有危險的極端條件下使用。由于這個緣故，對以傳動耦合方式同仿效機(jī)械手的相應(yīng)的連桿連接起來的、并保證仿效機(jī)械手在空間的位置完全相符的主控軸和執(zhí)行軸之間的回轉(zhuǎn)角和作用力遠(yuǎn)距離傳遞裝置提出如下要求安全可靠、使用壽命長、以及與具有非常大的適當(dāng)能力的算子的參數(shù)的一致性性。其中包括允許存在角傳遞的靜態(tài)誤差和相對來說不太高的向主控軸傳遞作用力的準(zhǔn)確度。但是，由于在主控軸和執(zhí)行軸之間、以及在裝置中使用的不同類型的電動機(jī)的各軸之間存在傳動耦合，在這些耦合中存在著由軸的移動所受的阻力引起的損耗，因此作用力遠(yuǎn)距離傳遞的準(zhǔn)確度便降低了。當(dāng)負(fù)載不大時，傳動耦合中的阻力的大小可以同負(fù)載相比擬，因而對負(fù)載的真實數(shù)值進(jìn)行估價，實際上是非常復(fù)雜的。由于這種原因，為了保證高度準(zhǔn)確地傳遞作用力，也就是說為了保證操作者有較舒適的工作條件，降低其疲勞程度，必須補(bǔ)整傳動耦合中的阻力，補(bǔ)整電動機(jī)的非線性特性及其它因素。
然而，我們知道，主控軸和執(zhí)行軸之間的回轉(zhuǎn)角和作用力遠(yuǎn)距離傳遞裝置設(shè)有與主控軸和執(zhí)行軸傳動耦合的主控的和執(zhí)行的整流直流電動機(jī)，這些電動機(jī)的線圈與控制主控的和執(zhí)行的整流電動機(jī)的信號放大器的各輸出端相連接;整流電動機(jī)的軸位傳感器，這些傳感器與執(zhí)行整流電動機(jī)定子磁場幅值的給定部件的輸入端相連接;以及負(fù)載力矩傳感器，它們與執(zhí)行的和主控的整流電動機(jī)的各軸相連接，傳感器的各輸出端連接在主控整流電動機(jī)定子磁場峰值的給定部件的輸入端上。后者的輸出端通過主控整流電動機(jī)定子磁場峰值的修正部件，與主控整流電動機(jī)的控制信號放大器的輸入端接通。執(zhí)行整流電動機(jī)定子磁場峰值的給定部件的輸出端與執(zhí)行整流電動機(jī)的控制信號放大器的輸入端接通(N.M.Ezopob等著“雙向動作隨動系統(tǒng)的設(shè)計”，1987，機(jī)械制造(莫斯科)，第141頁)。
在所述的裝置中，執(zhí)行整流電動機(jī)定子磁場峰值的給定部件、位置傳感器和帶有控制信號放大器的執(zhí)行電動機(jī)等，用來遠(yuǎn)距離傳遞回轉(zhuǎn)角角;而主控整流電動機(jī)定子磁場峰值的給定部件、負(fù)載力矩傳感器、主控整流電動機(jī)定子磁場峰值的修正部件和帶有控制信號放大器的主控電動機(jī)等，用來把作用力傳遞給主控軸。帶有兩個獨立電路的遠(yuǎn)距離傳遞回轉(zhuǎn)角和作用力的裝置的這種結(jié)構(gòu)，由整流直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特性所決定，它能保證對傳動耦合中的阻力、電動機(jī)的非線性特性及其它因素加以補(bǔ)償。但是，整流電動機(jī)的使用，降低了該裝置的可靠性和使用壽命，這是因為在整流電動機(jī)中裝有小電刷部件，由于結(jié)構(gòu)的原因，它很快就會被耗盡，特別是在極端條件下更是如此。此外，可靠性之所以降低，因為存在兩個位置傳感器，其中的一個是在極端條件下工作的，還因有兩個彼此獨立的對應(yīng)于回轉(zhuǎn)角和作用力的遠(yuǎn)距離傳遞電路，在這兩個電路中，功能部件進(jìn)行仿效。
我們知道，還有一種主控軸和執(zhí)行軸之間的回轉(zhuǎn)角和作用力遠(yuǎn)距離傳遞裝置，它裝有主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)，這些電機(jī)的軸以傳動耦合方式對應(yīng)地與主控軸和執(zhí)行軸連接著，在前兩個軸當(dāng)中的一個軸上，安裝了位置傳感器，并將該傳感器的輸出端連接在主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)線圈的電流形成部件的主控輸入端上，而電流形成部件的控制輸入端與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)定子磁場峰值的給定部件的輸出端電性接通，峰值給定部件的各輸入端與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)相連接，而主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)線圈的電流形成部件的各輸出端，連接在主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)的彼此電性連通的相應(yīng)的線圈上(SU，A，1176425)。
所介紹的遠(yuǎn)距離傳遞裝置，同時還裝有與另一個軸連接的第二個位置傳感器。因此位置傳感器既安裝在主控軸上，也安裝在執(zhí)行軸上。主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)定子磁場峰值的給定部件是一個比較元件，在其各輸入端連接著二個位置傳感器的輸出端。
所介紹的后一種裝置與前面所述的裝置相比，其特點是更安全可靠，工作壽命更長，這是采用了不帶小電刷整流子部件的結(jié)果，也正是由于這個原因，它能在極端異常的條件下更加可靠的工作。這種裝置的結(jié)構(gòu)特點是只有一個共用的通道，既傳遞回轉(zhuǎn)角又傳遞作用力，因此主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)軸上的作用力的比率，取決于這些作用力的大小，這就降低了它向主控軸傳遞的準(zhǔn)確度。除此之外，當(dāng)傳遞到主控軸上的力，其大小等于必須用來克服傳動耦合中的阻力時，更加降低了作用力的傳遞準(zhǔn)確度。因此降低了仿效機(jī)械手的工作準(zhǔn)確度，使操作員的疲勞程度增加，并縮小了加到執(zhí)行軸上的能相當(dāng)準(zhǔn)確地傳遞給主控軸的負(fù)載的變化范圍。
本發(fā)明的任務(wù)就是要造出這樣一種主控軸和執(zhí)行軸之間的回轉(zhuǎn)角和作用力遠(yuǎn)距離傳遞裝置，該裝置中的主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)的相應(yīng)的線圈彼此之間電性相通，該同步電機(jī)定子磁場峰值的形成取決于與作用在裝置上的外部作用力相關(guān)的參數(shù)，以便使該裝置可以在不降低回轉(zhuǎn)角的遠(yuǎn)距離傳遞的準(zhǔn)確度的條件下，提高作用力的遠(yuǎn)距離傳遞的準(zhǔn)確度。
解決所提出來的這一任務(wù)的方法是，在主控軸和執(zhí)行軸之間的回轉(zhuǎn)角和作用力遠(yuǎn)距離傳遞裝置中，裝有主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)，這些同步電機(jī)的軸與裝置的主控軸和執(zhí)行軸對應(yīng)地傳動耦合，同步機(jī)的兩個軸當(dāng)中的一個軸上，安裝了位置傳感器，位置傳感器的輸出端連接在主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)線圈的電流形成部件的主控輸入端上，該電流形成部件的控制輸入端與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)的定子磁場峰值的給定部件的輸出端電性相連，定子磁場峰值的給定部件的輸入端與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)相連，而主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)線圈的電流形成部件的各輸出端與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)的彼此電性連接的相應(yīng)的線圈相接通。根據(jù)本發(fā)明，該裝置設(shè)有負(fù)載力矩傳感器，這些傳感器分別與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)的軸相連，而上述各傳感器的輸出端與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)定子磁場峰值的給定部件的輸入端接通。
合理的做法是使遠(yuǎn)距離傳遞裝置含有主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)定子磁場峰值的修正部件，其輸入端與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)定子磁場峰值的給定部件的輸出端接通，而其輸出端則與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)線圈的電流形成部件的控制輸入端接通。
有益的做法是使遠(yuǎn)距離傳遞裝置中的主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)定子磁場峰值的修正部件含有積分器。
有效的做法是使遠(yuǎn)距離傳遞裝置中的主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)定子磁場峰值的修正部件還含有加法器，最好將加法器的一個輸入端連接到積分器的輸入端上，而將另一個輸入端連接到積分器的輸出端上。
為使主控軸和執(zhí)行軸之間的回轉(zhuǎn)角和作用力遠(yuǎn)距離傳遞裝置，可以在不降低回轉(zhuǎn)角的傳遞準(zhǔn)確度的條件下，提高傳遞給主控軸的作用力的遠(yuǎn)距離傳遞準(zhǔn)確度，采取補(bǔ)償傳動耦合中的運(yùn)動所受到的阻力是其中一項措施。因此能提供操作員獲得一個較為舒適的工作條件，減輕其疲勞度，此外還能擴(kuò)大加在執(zhí)行軸上的負(fù)載的變化范圍，在此范圍內(nèi)，可以確保生物技術(shù)系統(tǒng)(操作員-仿效機(jī)械手)的高效率。由于上述原因，化費在每一道工序(或每個動作工作)的時間縮短了，完成工作的質(zhì)量提高了，而且還擴(kuò)展了能夠利用該裝置完成的工作類別和級別。
下面將利用


實施本發(fā)明的各種不同的詳細(xì)方案。
圖1所示為按照本發(fā)明實施的主控軸和執(zhí)行軸之間的回轉(zhuǎn)角和作用力遠(yuǎn)距離傳遞裝置的工作原理方塊圖;
圖2與圖1同，圖中表示按照本發(fā)明實施的裝置，帶有同步電機(jī)定子磁場峰值的修正部件，以及與主控同步電機(jī)的軸連接的位置傳感器。
圖3與圖2同，圖中表示帶有同步電機(jī)線圈的電流形成部件的及同步電機(jī)定子磁場峰值的修正部件的工作原理方塊圖的本發(fā)明的傳遞裝置圖。
圖4(a、b、c、d)為示于圖1的裝置內(nèi)同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子線圈和定子線圈順向連接時，轉(zhuǎn)子磁場和定子磁場的矢量圖。
圖5(a、b、c、d)與圖4同，圖中表示實施圖2所示的裝置中，當(dāng)同步電機(jī)的定子線圈和轉(zhuǎn)子線圈相接時，定子和轉(zhuǎn)子的磁場矢量圖。
圖6(a、b、c、d)與圖5同，圖中表示同步電機(jī)線圈對向連接時的情觥 主控軸和執(zhí)行軸之間的回轉(zhuǎn)角和作用力遠(yuǎn)距離傳遞裝置，裝有主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)1、2(圖1)，同步電機(jī)的軸3、4以傳動的方式對應(yīng)地與主控軸和執(zhí)行軸5、6耦合，在所述的方案中，則是通過聯(lián)軸器7、8耦合。為了降低主控軸和執(zhí)行軸5、6的轉(zhuǎn)速，通過減速器(圖中未畫出)將它們與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)1、2的軸3、4連接起來。
在同步電機(jī)1、2當(dāng)中的一個(在所述的方案中，是在執(zhí)行同步電機(jī)2)上安裝了軸位傳感器9，該傳感器的輸出端與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)線圈的電流形成部件11的主控輸入端10接通，該電流形成部件的控制輸入端12與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)的定子磁場峰值的給定部件13的輸出端電性相連。在所述的方案中，定子磁場峰值的給定部件13的輸出端直接連接在控制輸入端12上。定子磁場峰值的給定部件13的輸入端與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)1、2連接著。這個連接是借助于負(fù)載力矩傳感器14、15來實現(xiàn)的，這兩個傳感器與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)1、2的軸對應(yīng)地連接著，而且其輸出端被連接在定子磁場峰值的給定部件13的輸入端上。
線圈的電流形成部件11的輸出端(輸出端的個數(shù)與同步電機(jī)1、2的線圈數(shù)相等)與同步電機(jī)1、2的相應(yīng)的線圈電性接通。因為同步電機(jī)1的線圈數(shù)等于同步電機(jī)2的線圈數(shù)，但在不同型號的同步電機(jī)中，它們的數(shù)量可能是不同的，所以在圖1中沒有表示線圈本身，而電流形成部件11與各線圈的連接，以及各線圈之間的連接，假定用一條直線表示。
為了提高向主控軸與(圖2)傳遞作用力的準(zhǔn)確度，將定子磁場峰值的給定部件13的輸出端連接在主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)定子磁場峰值的修正部件16的輸入端上，而后者的輸出端照樣連接到線圈的電流形成部件11的控制輸入端12上，此外，在所述的方案中，將軸位傳感器9安裝在主控同步電機(jī)1上。
為了在負(fù)載力矩的大小發(fā)生變化的條件下，照樣能提高向主控軸5傳遞作用力的準(zhǔn)確度，在峰值修正部件16中裝有積分器17(圖3)，并附帶加法器18，加法器的一個輸入端連接在積分器17的輸入端上，而加法器的另一個輸入端連接在積分器的輸出端上。這樣，加法器18的輸出端就作為修正部件16的輸出端用。
在所述的方案中，同步電機(jī)1、2的相應(yīng)的定子線圈對向連接，而且其連接方法既可以并聯(lián)，也可以串聯(lián)。此外，如圖3所示，裝置中采用了三相同步電機(jī)1、2，也就是說有三個線圈。在這種情況下，(線圈)繞組中電流形成部件11的結(jié)構(gòu)取決于，在該部件控制輸入端和主控輸入端12，10上，以代碼形式輸進(jìn)的有關(guān)同步電機(jī)1，2的定子磁場的幅值(強(qiáng)度)和取向的信息。線圈的電流形成部件11的主控輸入端10用作讀寫存儲器19的地址輸入端，在該存儲器中，用代碼寫入了同步電機(jī)1、2的線圈的供電脈沖寬度和脈沖極性的信息。固定存儲器19的輸出線連接在脈沖寬度代碼變換器21的各控制輸入端20上，該變換器的個數(shù)等于每個同步電機(jī)1、2的線圈數(shù)。在所述的方案中，每個變換器21都裝有減法計數(shù)器22，其調(diào)節(jié)輸入端用作變換器21的控制輸入端20;還裝有兩個輸入端的邏輯元件23“與”，其輸出端連接在減法計數(shù)器22的減法輸入端24上。減法計數(shù)器22的借位逆轉(zhuǎn)輸出端連接在邏輯元件23“與”的輸入端25上，且用作變換器21的輸出端。圖3中為簡化線圈的電流形成部件11的結(jié)構(gòu)，只畫出了一個變換器21的原理圖。
所有的變換器21的輸出端連接在換向器27的給定脈沖寬度的輸入端26上，換向器的個數(shù)等于每一個同步電機(jī)1、2的線圈數(shù)。在所述的方案中，每一個換向器27裝有帶兩個輸入端的邏輯億件28、29“與”，它們的第一輸入端彼此連接在一起，且用作換向器的輸入端26。邏輯元件28“與”的第二輸入端連接在邏輯元件30“異或”的輸出端上，同時還連接在反相器31的輸入端上。后者的輸出端連接在邏輯元件29“與”的第二輸入端。邏輯元件28、29“與”的輸出端連接在電鍵32、33的控制輸入端上，電鍵的各動力輸入端連接在電壓電源34上，而各輸出端連接在一起，且用作換向器27的輸出端，如上所述，各輸出端與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)1、2的相應(yīng)的線圈接通。
邏輯元件30“異或”的第一輸入端用作換向器27的給定脈沖極性的輸入端35，且連接在固定存儲器19的相應(yīng)的輸出端上，而第二輸入端用作給定輸入端36，該給定輸入端連接在測定控制信號極性的電路37的輸出端上，后者的輸入端連接在測定控制信號模量的電路36的輸入端上。而且電路37、38的互相連接著的輸入端用作線圈的電流形成部件11的控制輸入端12。所有的換向器27的各輸入端36都連接在一起。圖中為了簡化線圈的電流形成部件11的結(jié)構(gòu)，在圖3中所示的原理圖上只畫出了一個換向器27。
測定控制信號模量的電路38的輸出端連接在減法計數(shù)器40的調(diào)節(jié)輸入端39上，減法計數(shù)器的借位輸出端連接在寫入端上，同時還連接在脈沖寬度代碼的變換器21的給定脈沖頻率的輸入端41上。輸入端41用作邏輯元件23“與”的第二輸入端。在減法計數(shù)器40的減法輸入端42上，連接著主控振蕩器43的輸出端，該輸出端同時連接在分頻器44的輸入端上。分頻器44的輸出端連接在脈沖寬度代碼變換器21的余額輸入端45上。減法計數(shù)器22的輸入端用作寫入端45。
為了更好地理解主控軸和執(zhí)行軸之間的回轉(zhuǎn)角和作用力遠(yuǎn)距離傳遞裝置的工作原理，在圖4、5、6中給出了遠(yuǎn)距離傳遞裝置在各種工作狀態(tài)下，對應(yīng)于主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)1、2的轉(zhuǎn)子磁場φrz、φri的及對應(yīng)于主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)1、2的定子磁場
sz、φsi的矢量圖a、b、c、d。
主控軸和執(zhí)行軸之間的回轉(zhuǎn)角和作用力遠(yuǎn)距離傳遞裝置的工作過程如下。由位置傳感器9(圖1)給出主控和執(zhí)行的同步電機(jī)1、2的定子磁場
sz、
si的方向，以便使由轉(zhuǎn)子磁場
rz、
ri中的某一個磁場與對應(yīng)的一個定子磁場
sz、
si組成的夾角固定不變變，(或者在同步電機(jī)1、2的時間常數(shù)的范圍內(nèi)變化，在所述裝置的實施方案中，角(
ri，
si)是固定不變的。)這一點可通過下述方式來實現(xiàn)，例如，在同步電機(jī)1、2的定子線圈上加上電壓，并使電壓的矢量和，與
rz或
ri組成的角在數(shù)值上保持固定不變，而且使角度的大小為90°，這對提高效率是有好處的。為了使主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)1、2的力矩旋轉(zhuǎn)，用M1和M2來表示相應(yīng)的力矩，并可寫成M1＝K1
rz
szSin(
rz，
sz)M2＝K2
ri
siSin(
ri，
si) (1)式中K1、K2-由同步電機(jī)1、2的結(jié)構(gòu)決定的系數(shù)，其中包括轉(zhuǎn)子和定子的形式、轉(zhuǎn)子和定子之間的空氣間隙的大小、同步電機(jī)的尺寸等。增強(qiáng)或減弱定子磁場峰值的給定部件13的輸出信號，將相應(yīng)地引起定子磁場
sz、
si峰值的增大或減小。例如由負(fù)載引起的力矩Mi的增大，導(dǎo)致峰值的給定部件13的輸出信號的加強(qiáng)，因此M1、M2按照(1)式增大，也就是說在裝置中能將作用力傳遞到主控軸5上。反之，一旦M0增大，隨著
rz的旋轉(zhuǎn)，M1將在M0的作用方向上同時增大。同時在Mi不變的條件下，M2的增大導(dǎo)致執(zhí)行同步電機(jī)2的軸4沿相同的方向旋轉(zhuǎn)，這就是說完成了回轉(zhuǎn)角的遠(yuǎn)距離傳遞。
由于備有定子磁場峰值的修正部件16(圖2)，所以在Mo與Mi之差較小的情況下，裝置中的動作就能達(dá)到平衡?？梢钥闯?，隨著負(fù)載力矩傳感器14、15的結(jié)構(gòu)、同步電機(jī)1、2及定子磁場峰值的給定部件13的結(jié)構(gòu)的不同，也可以使修正指向減小nMo與Mi之間的差值的方向進(jìn)行，其中n-作用力的換算系數(shù)。
當(dāng)修正部件16，比如作為積分器18配合執(zhí)行工作時，只有當(dāng)nMo與Mi相等時，才能達(dá)到平衡(即積分器17的輸出信號恒定不變)，也就是說只有當(dāng)峰值
sz、
si和角(
rz
sz)、(
ri，
si)達(dá)到這樣的條件，在此條件下，作用到執(zhí)行軸6和主控軸5上的力矩之比等于n時，才能達(dá)到平衡。同時可以利用改變角(
rz，
sz)或(
ri，
si)(在所述的方案中就是改變后者)，來補(bǔ)償在主控軸和執(zhí)行軸5、6之間，以及在相應(yīng)的主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)1、2的軸3、4之間的傳動耦合中的阻力、同步電機(jī)1、2的非線性特性和其它因素，并且以高準(zhǔn)確度來實現(xiàn)向主控軸5進(jìn)行負(fù)載力矩的遠(yuǎn)距離傳遞。同時還不會降低角的遠(yuǎn)距離傳遞的準(zhǔn)確度，這是由于在同步電機(jī)1、2的相應(yīng)的定子線圈中存在電性聯(lián)系，以及當(dāng)nMo與Mi之間的差值增大時，峰值給定部件13的輸出端上的信號增強(qiáng)所致。
主控同步電機(jī)1的軸3的位置代碼從位置傳感器9進(jìn)入固定存儲器19的地址輸入端，在該存儲器中記錄著向同步電機(jī)1、2的三個線圈供電的電源脈沖的寬度和極性，這些同步電機(jī)確保它們的定子磁場的方向垂直于由固定儲存裝置19的地址輸入端上的角代碼給定的
rz的方向。脈寬代碼通過脈沖寬度代碼變換器21的輸入端20，由固定存儲器19攜帶到各減法計數(shù)器22中(圖中只畫出了一個計數(shù)器22)。攜帶這些代碼的頻率是恒定的，而且是由脈沖從分解主控振蕩器43的頻率的分頻器44的輸出端帶走的，并輸入變換器21的輸入端45。在寫入零代碼以后，在各計數(shù)器22的借位反向輸出端上出現(xiàn)邏輯1，它們開始供給線圈脈沖。通過同樣途徑，脈沖從減法計數(shù)器40的借位輸出端，經(jīng)過邏輯電路23“與”傳輸?shù)接嫈?shù)器22的減法輸入端24此時在邏輯元件23“與”的輸入端25上也是邏輯單位。脈沖重復(fù)周期就等于主控振蕩器43的脈沖重復(fù)周期，乘以從模量測定電路38的輸出端送入減法計數(shù)器40的調(diào)節(jié)輸入端39的信號的模量代碼，因此此，各減法計數(shù)器22的各個借位輸出端上的脈沖寬度，也與該代碼成正比。當(dāng)計數(shù)器22中的數(shù)值等于零時，上述的各借位輸出端上的脈沖便發(fā)送完畢，同時，在各借位輸出端上出現(xiàn)邏輯零的信號，并且從減法計數(shù)器40的借位輸出端，經(jīng)過邏輯元件23“與”到達(dá)計數(shù)器22的減法輸入端24的脈沖也就停止了。從極性判定電路37的輸出端到達(dá)換向器27的給定輸出端36的控制信號，決定脈沖是否從變換器21的輸出端，通過邏輯元件28“與”和29“與”。同時根據(jù)到達(dá)極性給定輸入端35的信號，利用電鍵32或33，使線圈與電壓電源34的這個或那個極接通。元件30“異或”根據(jù)測定極性的電路37的輸出端上的信號，對線圈電源的脈沖極性進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此保證了作用在同步電極定子線圈上的電壓值與傳給線圈的電流形成部件11的控制輸入端12的代碼數(shù)值之間的比例關(guān)系。
下面利用圖4所示的矢量圖，說明在同步電機(jī)1、2(圖1)的定子線圈匹配接通的情況下，圖1所示的回轉(zhuǎn)角和作用力遠(yuǎn)距離傳遞裝置的工作原理。
假設(shè)在開始時刻，同步電機(jī)1、2的轉(zhuǎn)子磁場和定子磁場的方位如圖4a中的實線所示。當(dāng)Mi增大時，峰值給定部件13的輸出信號加強(qiáng)，因此
sz及
si也隨之增大，這將導(dǎo)致M1、M2增大，而且為了使執(zhí)行同步電機(jī)2的軸4的回轉(zhuǎn)角αi保持不變，操作員將被迫增大Mo。新的平衡狀態(tài)的形式將是
如果由于某些原因，引起了傳動耦合的阻力增大，測將
rz的方位變化
r′z時，阻力就會得到補(bǔ)償，如圖4a中的虛線所示。如果假設(shè)在開始時刻，同步電機(jī)1、2的磁場的方位如圖4a中的虛線所示，而Mi和傳動耦合中的阻力減小了，那么M1和M2就會按照(1)式，以類似的方式減小，因此為了保持平衡，操作員將被迫減小Mo。
如果在開始時刻，同步電機(jī)1、2的轉(zhuǎn)子和定子磁場的配置如圖44b中的實線所示，并且操作人員通過增大Mo來扭轉(zhuǎn)主控同步電機(jī)1的軸3，使其由狀態(tài)αz變?yōu)棣羫′，則由于Mo增大，
sz、
si也增大，因此M1、M2也隨之增大。然而，既然Mi不變，那么執(zhí)行同步電機(jī)2的軸4沿反時針方向旋轉(zhuǎn)到方位
r′i，如圖4b中的虛線所示。此時
sz、
si旋轉(zhuǎn)一同樣的角度，M1減小，并且操作員將被迫減小Mo。此后，磁場建立起新的平衡狀態(tài)，如圖4b中的虛線所示。
如果Mi和Mo的方向相反，則同步電機(jī)1、2的磁場方向可能具有如圖4c中的實線所示的樣子。當(dāng)Mo減小時，由于M1的作用，磁場
rz將沿反時針方向旋轉(zhuǎn)。同時由于利用峰值給定部件13減小
sz、
si，則M1、M2隨著減小，而且在Mi的作用下，
ri沿同樣的方向轉(zhuǎn)過一角度αs′i，因此
sz、
si也轉(zhuǎn)過同樣的角度。為了使
rz停止旋轉(zhuǎn)，操作員增大Mo，此后，磁場的配置達(dá)到新的平衡，如圖4c中的虛線所示。當(dāng)Mi減小時，同樣會發(fā)生類似的過程。
現(xiàn)在讓同步電機(jī)1、2的磁場
rz、
sz、
ri、
si的配置方位在開始時刻如圖4d中的實線所示，且Mi的作用方向改變。同時從負(fù)載力矩傳感器14、15發(fā)出的信號將具有相反的極性，而且峰值給定部件13的輸出信號將隨著上述兩個信號之差的增大而增大，而且在增大了的M2(和同方向的Mi沿)的作用下，磁場
ri向反時針方向旋轉(zhuǎn)，而且
sz、
si與其一起旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過一段時間之后后，由于
rz、
ri及
sz的對向運(yùn)動，M1的方向改變符號(到達(dá)
r″z、
s″z的配置方位時)，峰值給定部件13的輸出信號也同時改變符號，并且同步電機(jī)1、2的定子磁場的方向改變?yōu)橄喾吹姆较?。因此M2改成相反的方向，執(zhí)行軸6被剎住(M1的方向已經(jīng)不變)。經(jīng)過這些變換過程之后，同步電機(jī)1、2的磁場的平衡配置方位變成如圖4d中的虛線所示
r′z、
s′z、
′ri、
′si。如果現(xiàn)在Mi的方面重新改變，則過程將向相反的方向進(jìn)行，且操作員將會感覺到M1的變化。如果當(dāng)Mi改變方向時，它給出較大的nMo，則同步電機(jī)1、2的定子磁場將隨nMo和Mi的差值符號的變化而同時轉(zhuǎn)換。
圖5(a、b、c、d)所示的矢量圖是用來說明其結(jié)構(gòu)如圖2所示的裝置的工作原理的。而且圖5(a、b)對應(yīng)于Mi的一個作用方向，圖5c對應(yīng)于Mi作用的反方向，而圖5d表示當(dāng)Mi的方向變化時所發(fā)生的過程。同時，由于采用了主控同步電機(jī)1的軸位傳感器9(圖2)，使得角(
rz
sz)恒定，且等于90°。所有的變化都表示在圖5中的a、b、c、d各圖中，且所發(fā)生的這些變化，都與圖4(a、b、c、d)所示的相似。
主控軸與執(zhí)行軸之間的回轉(zhuǎn)角和作用力遠(yuǎn)距離傳遞裝置的結(jié)構(gòu)，表示在圖3中(包括同步電機(jī)1、2的定子線圈的對向連接)。用來說明該裝置的工作原理的矢量圖表示在圖6(a、b、c、d)中。圖6中的(a、b)矢量圖表示當(dāng)Mi沿一個方向作用時的同步電機(jī)1、2(圖3)的磁場方位配置，圖6c-Mi的方向相反時的情況，而圖6d表示當(dāng)Mi的方向變化時所發(fā)生的過程。所有的變化都是用矢量圖表示的，且所發(fā)生的這些變化都與圖4、圖5所示的相似。所不同的只是同步電機(jī)1、2的軸3、4失調(diào)的數(shù)值小，如圖6所示的差值(αz-αi)＜90°。
因此，提高向主控軸傳遞作用力的準(zhǔn)確度，就能向操作員提供更方便的工作條件，減輕它的疲勞感，并能擴(kuò)大加給執(zhí)行軸的負(fù)載的變化范圍，在此范圍內(nèi)能保證生物技術(shù)系統(tǒng)(操作員-仿效機(jī)械手)的高效率。
權(quán)利要求
1.主控軸和執(zhí)行軸之間的回轉(zhuǎn)角和作用力遠(yuǎn)距離傳遞裝置，該裝置設(shè)有主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)(1、2)，這些電機(jī)的軸(3、4)對應(yīng)地與主控軸和執(zhí)行軸(5、6)進(jìn)行傳動耦合，并在其中的一個軸上安裝了位置傳感器(9)，該傳感器的輸出端連接在主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)線圈的電流形成部件(11)的主控軸入端(10)上，(11)的控制輸入端(12)與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)的定子磁場峰值的給定部件(13)的輸出端電性相連，(13)的輸入端與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)(1、2)相連，而主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)線圈的電流形成部件(11)的輸出端連接在主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)(1、2)的彼此以電性連接方式連接著的相應(yīng)的線圈上，該裝置的特征為裝有負(fù)載力矩傳感器(14、15)，這些傳感器與主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)(1、2)的軸(3、4)相連接，傳感器的輸出端連接在主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)的定子磁場峰值的給定部件(13)的輸入端上。
2.按照權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)距離傳遞裝置，其特征為裝有主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)定子磁場峰值的修正部件(16)，其輸入端連接在主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)定子磁場峰值的給定部件(13)的輸出端上，而其輸出端連接在主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)線圈的電流形成部件(11)的控制輸入端(12)上。
3.按照權(quán)利要求2所述的遠(yuǎn)距離傳遞裝置，其特征為主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)定子磁場峰值的修正部件(16)帶有積分器(17)。
4.按照權(quán)利要求3所述的遠(yuǎn)距離傳遞裝置，其特征為主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)定子磁場峰值的修正部件(16)還補(bǔ)充裝有加法器(18)，它的一個輸入端連接在積分器(17)的輸入端上，而另一個輸入端與積分器(17)的輸出端相連。
全文摘要
在主控軸和執(zhí)行軸之間的回轉(zhuǎn)角和作用力遠(yuǎn)距離傳遞裝置中，主控的和執(zhí)行的同步電機(jī)(1、2)的軸(3、4)與主控軸和執(zhí)行軸(5、6)對應(yīng)地進(jìn)行傳動耦合，在其中的一個軸上裝有位置傳感器(9)，該傳感器的輸出端連接在同步電機(jī)線圈的電流形成部件(11)的主控輸入端上。電流形成部件的控制輸入端與同步電機(jī)定子磁場峰值的給定部件(13)的輸出端電性相連，與同步電機(jī)的軸相連接的兩個負(fù)載力矩傳感器(14、15)連接在(13)的輸入端上。電流形成部件的輸出端連接在同步電機(jī)相應(yīng)的線圈上。
文檔編號H02P5/52GK1032412SQ8710660
公開日1989年4月12日 申請日期1987年9月28日 優(yōu)先權(quán)日1987年9月28日
發(fā)明者朱德米拉·伊瓦諾納·馬朱黑納, 阿萊克桑德·瑟吉維奇·米克哈萊夫, 伊格爾·米克哈洛維奇·楚申科夫 申請人:列寧白俄羅斯國家大學(xué)