Рука манипулятора

 

РУКА МАНИПУЛЯТОРА, содержащая подвижные звенья, выполненные в виде цилиндрических корпусов с концентрически расположенными в них трубчатыми валами, на концах которых жестко, закреплены зубчатые колеса, причем каждый цилиндрический корпус подвижного звена связан с цилиндрическим тройником, причем в тройниках расположены дифференциальные механизмы, включающие сателлитные конические зубчатые колеса для передачи транзитных движений через звенья, отличающаяся тем, что, с целью снижения энергои металлоемкости и повыщения точности за счет облегчения конструкции, дифференциальные механизмы снабжены пустотелыми жестко соединенными по середине перемычками силовыми водилами, имеющими зубчатые колеса и размещенными на торцах тройников, причем на цилиндрических тройниках выполнены зубчатые венцы, при этом тройники и силовые водила дифференциальных механизмов образуют вращательные пары, оси которых являются осями.изгиба последующего подвижного звена, при этом передаточные отношения цилиндричеса S ких зубчатых колес водил равны передаточному отнощению зубчатых венцов тройни (Л ков предыдущего и последующего подвижного звена.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ . РЕСПУБЛИК

„„SU„„1042989

3(5р В 25 J 3 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTQPGH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3451450/25-08 (22) 11.06.82 (46) 23.09.83. Бюл. № 35 (72) Б. А. Петров (71) Ленинградский завод ВТУЗ при объединении «Металлический завод» (53) 62-229.72 (088.8) (56) 1. Электромеханическое обеспечение автоматических комплексов. Межвузовский сборник, Новосибирск, НЭТИ, 1979, с. 2739 (прототип). (54) (57) РУКА МАНИПУЛЯТОРА, содержащая подвижные звенья, выполненные в виде цилиндрических корпусов с концентрически расположенными в них трубчатыми валами, на концах которых жестко. закреплены зубчатые колеса, причем каждый цилиндрический корпус подвижного звена связан с цилиндрическим тройником, причем в тройниках расположены дифференциальные механизмы, включающие сателлитные конические зубчатые колеса для передачи транзитных движений через звенья, отличающаяся тем, что, с целью снижения энерго- и металлоемкости и повышения точности за счет облегчения конструкции, дифференциальные механизмы снабжены пустотелыми жестко соединенными по середине перемычками силовыми водилами, имеющими зубчатые колеса и размещенными на торцах тройников, причем на цилиндрических тройниках выполнены зубчатые венцы, при этом тройники и силовые водила дифференциальных механизмов образуют вращательные пары, оси которых являются осями,изгиба последующего подвижного звена, при этом передаточные отношения цилиндрических зубчатых колес водил равны передаточному отношению зубчатых венцов тройников предыдущего и последующего подвижного звена.

1042989 2

45 1

Изобретение относится к манипуляторостроению и может быть использовано в качестве исполнительных органов (ИО) манипуляторов и роботов.

Одной из основных проблем в этой области является проблема создания исполнительных органов, приближающихся по своим параметрам к руке человека.

Известна рука манипулятора, содержащая подвижные звенья, выполненные в виде цилиндрических корпусов с концентрически расположенными в них трубчатыми вала- ми, на концах которых жестко закреплены зубчатые колеса, причем каждый цилиндрический корпус подвижного звена связан с цилиндрическим тройником, причем в тройниках расположены дифференциальные механизмы, включающие сателлитные конические зубчатые колеса для передачи транзисторных движений через звенья (1).

Недостатками известного устройства являются расщепление плечевого звена на два параллельных участка, эксцентричное расположение кистевого звена относительно продольной оси предплечья, повышенная масса и габариты плеча, недостаточно оптимальная силовая взаимосвязь движений.

Целью изобретения является снижение энерго- и металлоемкости и повышение точности за счет облегчения конструкции.

Цель достигается тем, что рука манипулятора, содержащая подвижноые звенья, выполненные в виде цилиндрических корпусов с концентрически расположенными в них трубчатыми валами, на концах которых жестко закреплены зубчатые .колеса, причем каждый цилиндрический корпус подвижного звена связан с цилиндрическим тройником, причем в тройниках расположены дифференциальные механизмы, включающие саттелитные конические зубчатые колеса для передачи транзитных движений через звенья, дифференциальные механизмы снабжены пустотелыми жестко соединенными ио середине перемычками силовыми водилами, имеющими зубчатые колеса, и размещенными на торцах тройников, причем на цилиндрических тройниках выполнены зубчатые венцы, при этом тройники и силовые водила дифференциальных механизмов образуют вращательные пары, оси которых являются осями изгиба поступающего .подвижного звена, при этом передаточные отношения цилиндрических зубчатых колес водил равны передаточному отношению зубчатых венцов тройников предыдущего и последующего подвижного звена.

На чертеже показана кинематическая структура двухшарнирного участка предлагаемой руки манипулятора.

Устройство содержит подвижные звенья

1, 2 и 3 выполненные в виде цилиндрических корпусов с концентрически расположенными в них трубчатыми валами, на концах которых жестко закреплены ведущие и ведомые конические зубчатые колеса

Каждое подвижное звено оканчивается цилиндрическими тройниками 4, 5, 6 и 7, соединенными цилиндрическими корпусами либо жестко, либо через подшипники. (Ь последнем случае образуется вращательная пара относительно продольной оси подвижного звена) . Внутри тройников 4-7 равномерно по обе стороны от продольной оси расположены сателлитные конические зубчатые колеса трехзвенных дифференциальных механизмов, служащих для передачи через шарнир транзитных движений. Вдоль по обе стороны от двух соседних тройников 4, 5 и 6, 7, образующих один шарнир, расположены силовые водила 8-11. Силовые водила выполнены в виде полых корпусов с жестко закрепленными на концах трубчатыми валами 1219. Трубчатые валы 12-19 соосно установлены в тройниках 4-7 и образуют с ними вращательные пары, оси которых являются осями изгиба подвижного звена 1-3. Причем суммарный угол изгиба подвижного звена 1-3 складывается из угла изгиба подвижного звена 1-3 относительно нижней оси шарнира и из угла изгиба силовых водил 8-11 относительно верхней оси шарнира.

Периферийные сателлитные зубчатые колеса 20-23, расположенные на горизонтальных осях тройников 4 и 6, жестко посажены на трубчатые валы 12, 13 и 16, 17 силовых водил 8,9 и 10,11. Сателлитные зубчатые колеса трехзвенных дифференциальHb1x механизмов транзитных движений через концентрически расположенные трубчатые валы 12-19 жестко соединены с цилиндрическими зубчатыми колесами, расположенными в полых корпусах силовых водил 8-11.

Верхние и нижние цилиндрические зубчатые колеса одного ряда сцеплены друг с другом через промежуточную паразитную передачу.

На цилиндрической части тройников

4-7 по обе стороны от продольной оси имеются зубчатые секторы, попарно входящие в зацепление друг с другом.

Для компенсации противоположно направленных осевых сил, действующих вдоль горизонтальных осей шарниров, образующих при передаче вращающих моментов попарно работающими сателлитами зубчатыми колесами 20-23 и для придания требуемой жесткости шарнирам, силовые водила 8 и 9, а также 10 и 11 жестко соединены с двух противоположных сторон перемычками 24, Герметизация шарниров, как и в известном устройстве, осуществляется для движений изгиба подвижных звеньев — по внешним диаметрам трубчатых валов 12-19; для движений вращения подвижных звеньев— по внешним или внутренним диаметрам продольных цилиндров тройников 4,5 и 7.

Рука манипулятора работает следующим образом.

1042989

При вращении двух ведущих трубчатых валов 25 и 26 в разные стороны с одинаковой по величине скоростью сателлитные зубчатые колеса 20 и 21 поворачиваются относительно горизонтальной оси шарнира в одну сторону, в ту же сторону разворачи- Ф ваются и жестко связанные с ними силовые водила 8 и 9. Поворот водил 8 и 9 относительно верхней горизонтальной оси шарнира и неподвижном тройнике 4 вызывает поворот в ту же сторону нижнего тройника

5 относительно его горизонтальной оси.

Характерно отметить, что предельная величина угла изгиба может составить+180, что является преимуществом предлагаемой схемы устройства.

При вращении трубчатых валов 25 и 26 с одной и той же скоростью и в одном и том же направлении сателлитные зубчатые колеса 20 и 21, а с ними и силовые водила

8 и 9, стремятся развернуться в разных направлениях, но так как это невозможно (во- . дила связаны жесткими перемычками 24), то образуется вращающий момент, приводящий во вращейие тройник 4 шарнира относительно его продольной оси. Так обеспечивается вращение шарнира относительно продольной оси предыдущего подвижного звена или продольной неподвижного осно- 25 вани я. Вращением ведущих трубчатых валов

27 и 28 обеспечивается работа нижнего шарнира. Принцип его работы аналогичен рас- смотренному принципу работы верхнего ЗО шарнира.

Каждое автономное движение в шарйире (вращение шарнира относительно продольной оси предыдущего подвижного звена, изгиб последующего подвижного звена относительно горизонтальных осей шарни- 35 ра) обеспечиваются совместной работой двух приводов. Причем при одинаковых скоростях приводов существует либо движение вращения, либо движение изгиба, а при разных скоростях в шарнире одновременно существуют оба вида движений.

Если требуется исключить какое-либо из движений, то два соответствующих трубчатых вала, например 25 и 26, при этом .должны быть состыкованы с одним приводом таким образом, чтобы обеспечивалось либо их одинаковое и согласное вращение (сохраняется только вращение шарнира относительно продольной оси предыдущего звена), либо одинаковые по величине и про-тивоположные по направлению вращения (сохраняется только движение изгиба после4 дующего подвижного звена относительно горизонтальных осей шарнира).

Из рассмотрения принципа работы предлагаемого устройства следует, что при вращении шарнира относительно продольной оси предыдущего звена и остановленных приводах всех последующих движений все ведущие трубчатые валы 27 и 28, кроме двух периферийных 25 и 26, остановлены, все сателлитные зубчатые колеса 20 и 21 тройника 4 будут паразитно обкатываться вокруг соответствующих зубчатых колес остановленных трубчатых валов 25 и 26.

Таким образом, в предлагаемом устройстве, как и в известном, существует паразитная кинематическая взаимосвязь движений в последующих звеньях при вращении предыдущих.

При выполнении движений изгиба подвижного звена относительно оси шарнира и остановленных приводах всех последующих подвижных звеньев 2 и 3, все сателлитные зубчатые колеса 20 и 21 тройника 4 неподвижны, а цилиндрические паразитные зубчатые колеса при повороте силовых водил 8 и 9 обкатываются относительно неподвижных зубчатых цилиндрических колес, жестко сочлененных трубчатыми валами с сателлитами коническими колесами

20 и 21 тройника 4. Очевидно, что сателлитные зубчатые колеса 22 и 23 тройника 5 будут поворачиваться синфазно с ним,если обеспечить равенство по величине и по знаку передаточных отношений между зубчатыма секторами тройников 4 и Ь и ведущим и ведомым цилиндрическими зубчатыми колесами верхней и нижней осей шарнира.

Таким образом, при равенстве отношений в манипуляторе отсутствует паразитная кинематическая взаимосвязь последующих движений при изгибе предыдущих подвижны х з вен ьев.

Отсутствие кинематической взаимосвязи при изгибе подвижных звеньев создает в предлагаемом устройстве возможность максимального использования силовой взаимосвязи.

Это более оптимальный вариант распределения нагрузок по приводам движений.

В результате потребляемая мощность предлагаемого устройства при прочих рав- . ных условиях, более чем на 30 ниже, чем у известных и в 3 раза ниже чем у манипуляторов со встроенными в суставы приводами. При этом обеспечивается минимум массогабаритных параметров руки при высокой надежности работы в экстремальной среде.

1042989

Составитель О. Афанасьев

Редактор H. Г1ушненкова Техред И. Верес Корректор В. Бутяга

Заказ 7234/19 Тираж 1081 Подписное

ВНИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

° г