Кодовая система отсчета перемещений
Предложена кодовая система отсчета перемещений, содержащая привод, связанный с перемещаемым объектом через передаточный механизм, и абсолютный энкодер, состоящий из кодовой шкалы и элементов считывания информации с нее. Отличительной особенностью системы является то, что передаточный механизм в ней выполнен в виде троса, концы которого соединены образуя замкнутый контур, кодовая шкала выполнена в виде чередующихся светоотражающих и светопоглощающих участков троса, образующих кодовое кольцо, трос закреплен на стойке с помощью шкивов в натянутом состоянии, а элементы считывания размещены на стойке вдоль троса. Такая конструкция системы обеспечивает более высокую точность отсчета перемещений, чем прототип, за счет упрощения передаточного механизма и энкодера путем совмещения их функции. Технический результат предложения состоит именно в повышении точности.
Предлагаемая кодовая система отсчета перемещений относится к области автоматического управления движением различных технических объектов и может быть использована в системах программного управления перемещением объектов типа телевизионных камер-наблюдателей, прожекторов и т.п. в качестве устройства обратной связи.
В настоящее время системы, аналогичные предлагаемой, известны. К ним относится, в частности, описанная в книге «В.Ю. Шишмарев. Типовые элементы систем автоматического управления. - М.: Академия, 2004» на стр. 253 (рис. 17.4). Она содержит привод, включающий в себя электродвигатель, и датчик положения (энкодер), установленный непосредственно на валу двигателя (на его хвостовике). При использовании системы выходной конец вала электродвигателя кинематически связывают с перемещаемым объектом и отсчет перемещения объекта ведут по данным, выдаваемым энкодером. Система - аналог обладает высокой надежностью и простотой, однако имеет серьезный недостаток - далеко не всегда обеспечивает требуемую точность отсчета. Причина этого в том, что, выбирая привод (двигатель), обеспечивающий перемещение, исходят из нагрузки на него -преодолеваемого им механического сопротивления. Это обусловливает требования к передаточному отношению кинематической связи двигателя с перемещаемым объектом. Но в таком случае выбор этого отношения предопределяет дискретность и, следовательно, точность отсчета перемещения, поскольку энкодер установлен, как отмечалось, на хвостовике вала двигателя. Из этого предопределения и вытекает не всегда удовлетворительная точность.
Для повышения точности системы отсчета обычно поступают так привод кинематически связывают дважды: с одной стороны с перемещаемым объектом, а с другой стороны - с энкодером (применяют обычно абсолютный энкодер, т.к. он позволяет избежать появления накопленных ошибок отсчета). Получается две кинематических цепи. Передаточное отношение одной выбирается исходя из нагрузки на двигатель, а передаточное отношение другой - исходя из требуемой дискретности и точности. Подобным образом выполнена, например, кодовая система отсчета перемещений, описанная в работе «Я.Л. Либерман, Е.В. Кокшин. Система цифрового отсчета перемещений рабочего органа машины / Патент РФ 
131331 от 20.08.13», принятая нами за прототип.
Указанная система содержит привод, связанный с перемещаемым объектом через передаточный механизм (типа «ходовой винт - гайка»), и абсолютный энкодер, связанный с приводом через другой передаточный механизм (типа планетарный передачи), энкодер при этом состоит из кодовой шкалы и элементов считывания с нее (это общеизвестный состав частей абсолютного энкодера).
При небольших габаритных размерах, например, при использовании в станках с программным управлением, система-прототип действительно обеспечивает высокую точность отсчета. Вместе с тем, при увеличении ее габаритных размеров, например, в случае применения в системе программного управления телекамерой, где камера может перемещаться на расстояния до нескольких десятков метров, ее точность падает. Это вызвано тем, что с увеличением габаритных размеров становится труднее обеспечить высокую кинематическую точность передаточных механизмов. Увеличивается и момент инерции механизмов и кодовой шкалы, что также ухудшает точность.
Задачей разработки предлагаемой полезной модели, в связи с этим, является повышение точности кодовой системы отсчета перемещений, позволяющее ее применять в случаях, когда перемещения осуществляются на большие расстояния.
Технически решение поставленной задачи достигается за счет того, что используется один передаточный механизм упрощенной конструкции, совмещающий в себе функции собственно передаточного механизма и кодовой шкалы абсолютного энкодера. Конструктивно это выражается в том, что кодовая система отсчета перемещений, содержащая привод, связанный с перемещаемым объектом через передаточный механизм, и абсолютный энкодер, состоящий из кодовой шкалы и элементов считывания информации с нее, отличается от прототипа тем, что передаточный механизм выполнен в виде троса, концы которого соединены, образуя замкнутый контур, кодовая шкала выполнена в виде чередующихся светоотражающих и светопоглощающих участков троса, образующих кодовое кольцо, трос закреплен на стойке с помощью шкивов в натянутом состоянии, а элементы считывания размещены на стойке вдоль троса.
Схема предлагаемой кодовой системы отсчета приведена на фиг.
Система предназначена для отсчета перемещении телекамеры 1, выполняющей функции робота-наблюдателя в цехе разборки-сборки оборудования, подвергавшегося воздействию радиации. Установлена она на потолке цеха, играющем роль стойки 2.
Система имеет привод 3, связанный с объектом перемещения - телекамерой 1 через передаточный механизм, выполненный в виде троса 4, концы которого соединены так, что образуют замкнутый контур. Трос закреплен на стойке 2 в натянутом состоянии с помощью шкивов 5 и 6, из которых с приводом 3 соединен один - шкив 6. На тросе имеются светоотражающие 7 и светопоглощающие 8 участки. Те и другие выполнены, соответственно, путем покрытия специальной белой авиационной краской и воронением и на фигуре показаны условно: светоотражающие - жирно, светопоглощающие - тонко.
Светоотражающие и светопоглощающие участки троса образуют кодовое кольцо. Указанное кольцо - это материально воспроизведенная последовательность нулей и единиц, n-членные отрезки которой представляют собой зафиксированные в ней неповторяющихся кодовых комбинации (А.Н. Радченко. Кодовые кольца как способ представления кодовых множеств / Автоматика и телемеханика, 1959, 7). На фигуре в качестве примера использовано кольцо, содержащее шестнадцать четырехчленных кодовых комбинации: 0000, 0001, 0010, 0100, 1001, 0011, 0110, 1101, 1010, 0101, 1011, 0111, 1111, 1110, 1100, 1000. Если из всех комбинации, расположенных именно в таком порядке, выбирать по одному крайнему левому знаку и расположить их последовательно в виде кольца, а затем нули воспроизвести на тросе светопоглощающими, а единицы светоотражающими участками, то и получится кодовое кольцо. В данном примере оно содержит все четырехчленные кодовые комбинации, а в общем случае может содержать любые n-членные (разумеется, в этом случае оно будет соответствующей длины). Чтобы прочитать с кольца кодовые комбинации нужно 
элементов считывания (в приведенном примере - четыре), которые должны быть размещены вдоль троса. На фигуре показано, что эти элементы неподвижно закреплены на стойке 2. Выполнены они в предлагаемой системе в виде оптоэлектронных головок, каждая из которых содержит светоизлучатель и фотоприемник. Такие головки в настоящее время выпускаются серийно (наиболее распространенные из них головки типа Wenglor, SOE и др.).
При использовании системы включают привод 3 и считывают информацию с троса 5 с помощью элементов 9. Каждой из n кодовых комбинации будет соответствовать определенное положение телекамеры 1. В приведенном примере, включив привод 3 на вращение против часовой стрелки, с помощью элементов 9 можно получить перечисленные выше кодовые комбинации, соответствующие шестнадцати положениям телекамеры. Если применить пять, шесть и т.д. элементов считывания, то можно получить тридцать две, шестьдесят четыре и т.д. комбинации и отсчитать соответствующие им количества положений объекта перемещения. Таким образом можно построить требуемый вариант предложенной системы любой длины. Кинематическая точность отсчета перемещений при этом, в отличие от прототипа, не только не ухудшится, но даже увеличится, так как при увеличении габаритных размеров системы нетрудно увеличить и ее дискретность. Момент инерции передаточных механизмов и кодовой шкалы энкодера, образованного тросом и элементами считывания, если и возрастет, то несущественно. В итоге точность предложенной системы будет выше, чем системы-прототипа, что составит технический результат разработки.
Кодовая система отсчета перемещений объекта, связанного с приводом, содержащая передаточный механизм, кинематически связанный с приводом и объектом, и абсолютный энкодер, состоящий из кодовой шкалы и элементов считывания с нее информации, отличающаяся тем, что упомянутый передаточный механизм выполнен в виде троса, концы которого соединены с образованием замкнутого контура, а кодовая шкала выполнена в виде чередующихся светоотражающих и светопоглощающих участков троса, образующих кодовое кольцо, при этом трос в натянутом состоянии закреплен на стойке с помощью шкивов, а упомянутые элементы считывания размещены на стойке вдоль троса.
РИСУНКИ
