Схват манипулятора

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Ц II,.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3703840/25-08 (22) 20.02.84 (46) 23.01.86. Бюл. Ф 3 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) Д.Н. Вайсберг, В.Л. Ерош, В.Л. Генкин и Ю.Д. Жаботинский (53) 621.229.72(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 727425, кл. В 25 J 15/00, 1980 ° (54)(57) 1. СХВАТ МАНИПУЛЯТОРА, содержащий установленные на корпусе губки с приводом их перемещения, на каждой из которых закреплен электромагнит, источник постоянного тока и реле с двумя парами контактов, одна из которых выполнена нормально замкнутой, а другая— нормально разомкнутой, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, способных обеспечить определение типоразмера захватываемого объекта и соответствующее изменение усилия захвата, он снабжен вибратором, двумя блоками коммутации, каждый из которых имеет два входа управления, двумя шифраторами, индикатором типа и ориентации объекта с управляющим входом, последовательно соединенными блоком формирования кода типоразмера с управлякщим входом, третьим блоком коммутации, элементом ИЛИ и токовым ключом, включенным в цепь питания реле, и дополнительными электромагнитами, установленными на каждой губке, при этом электромагниты одной губки расположены против элек„,Я0„„1206081 A (5D 4 В 25 J 15/06 // В 25 J 19/02 //

// В 25 J 13/О тромагнитов другой и подключены соответственно к первому и второму блокам коммутации, первые выходы которых связаны с входами блока формирования кода типоразмера, а первые управляющие входы подключены, соответственно, к выходам первого и второго шифраторов, входами связанных с выходами третьего блока коммутации и с входами индикатора типа и ориентации объекта, управляющий вход которого и управляющий вход блока формирования кода типоразмера, а также вторые управляющие входы первого и второго блоков коммутации подключены к выходу вибратора, второй выход первого блока коммутации непосредственно подключен к источнику постоянного тока, причем второй выход второго блока коммутации подсоединен к источнику постоянного тока через контакты реле.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок фор-. мирования кода типоразмера состоит из последовательно соединенных формирователей дискретного сигнала, число которых соответствует числу электромагнитов дешифратора и регистра кода, при этом формирователь дискретного сигнала выполнен в виде последовательно соединенных автогенератора, детектора и формирователя импульса, а управляющий вход регистра кода является управляющим входом блока формирования кода типоразмера.

1206081

55

Изобретение относится к захватным приспособлениям адаптивных роботовманипуляторов и может быть использовано для захвата объектов манипулирования посредством адаптации к их типу и ориентации.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей, способных обеспечить определение типоразмера захватываемого объекта и соответствующее изменение усилия захвата

На фиг. 1 показана структурная схема схвата манипулятора;на фиг.2— схема блока формирования кода типоразмера.

Схват манипулятора содержит связанные с приводом 1 губки 2 с расположенными на них блоками 3 и 4, каждый из которых представляет собой комплект идентичных электромагнитов, источник 5 постоянного тока,,.реле 6, включающее нормально замкнутые контакты 7 и 8 и нормально разомкнутые контакты 9 и 10, а также блок 11 питания.

Кроме того, устройство содержит последовательно соединенные блок 12 формирования кода типоразмера с управляющим входом, блок 13 коммутации, элемент 14 ИЛИ и токовый ключ 15, включенный в блок питания реле. Устройство содержит также вибратор, например одновибратор 16, индикатор 17 типа и ориентации с управляющим входом, блоки 18 и 19 коммутации, каждый из которых имеет два входа управления, шифраторы 20 и 21. При этом входы блока 12 формирования кода типоразмера связаны с первыми выходами блоков 18 и 19 коммутации, первые управляющие вхо.,ды которых подключены, соответствен йо, к выходам шифраторов 20 и 21, входами связанных с выходами блока

13, которые подсоединены к входам элемента 14 ИЛИ и входам индикатора 17 типа и ориентации, управляющий вход которого и управляющий вход блока 12 формирования кода типоразмера, а также вторые управляющие входы блоков 18 и 19 коммутации подключены к выходу одновибратора 16.

Электромагниты одной губки расположены против электромагнитов другой губки. В разрыв цепи питания обмоток электромагнитов вклю5

1О

l5

35 чены соответственно блоки 18 и 19 коммутации. Два вторых выхода блока 18 коммутации непосредственно подключены к полюсам источника 5 постоянного тока, к которым два вторых выхода блока 19 коммутации подсоединены в отдельности парами контактов 7, 9 и 8, 10 реле 6 ° Первые выходы блоков 18 и 19 коммутации соединены с соответствующими входами блока 12 формирования кода типоразмера.

Блок 12 формирования кода типоразмера (фиг. 2) состоит из формирователсй 22 дискретного сигнала, каждый из которых содержит последовательно соединенные автогенератор 23, детектор 24 и формирователь

25 импульса, выход которого служит выходом формирователя 22 сигнала, а входами последнего и входами блока 12 форм. рования кода типоразмера являются входы автогенератора 23, чувствительным элементом которого являются обмотки электромагнитов блоков 3 и 4. Выход каждого формирователя 22 дискретного сигнала соединен с входом дешифратора 26, выходами связанного с входами регистра 27 кода, управляющий вход и выходы которого служат управляющим входом и выходами блока 12 формирования кода типоразмера.

Количество формирователей 22 дискретного сигнала соответствует количеству электромагнитов.

Устройство для захвата работает следующим образом.

В производстве объекты манипулирования часто поступают в зону захвата робота-манипулятора ориентированные неправильно, что при их дальнейшей обработке приводит к нарушению условий выполнения технологических операций. Кроме того, в обрабатываемую совокупность объектов возможно попадание таких котоУ рые не предусмотрены технологическим процессом. Для исключения подобных ситуаций посредством придания промьппленным роботам, оснащенным устройством для захвата, возможности адаптации к типу и ориентации обрабатываемых ими объектов манипулирования, в устройстве осуществляется функция идентификации типа и ориентации захваченных объектов и отработки получаемых результатов, на120608 1 4 пример, освобождением от непредусмотренных для обработки объектов или от обрабатываемых объектов,ориентированных в зоне захвата непредусмотренным образом.

Режим работы устройства характеризуется состояниями "Ожидания", "Захвата", "Освобождения от удерживаемых неправильно", "Удерживания нужного объекта с требуемой. ориентацией" и Отпускания" .

Режиму работы предшествует режим обучения устройства для захвата. В исходном положении при включении источника 5 губки 2 разведены приводом 1 и блоками 3 и 4, обмотки электромагнитов которых подключены к источнику 5 нормально замкнутыми контактами 7 и 8 реле 6 так, что они создают встречные магнитные поля, отталкивающие губки 2. Такое включение обеспечивается единичными значениями управляющих сигналов, поступающих на первые управляющие входы блоков 18 и 19 с выходов шифраторов.

Блоки 18 и 19 коммутации обеспечивают подключение электромагнитов, выбранных симметрично шифраторами к полюсам источника 5 непосредственно и через контакты 7, 9 и 8, 10 реле 6 соответственно. Кроме того, на время действия импульса одновибратора 16 блоки коммутации осуществляют подсоединение каждого электромагнита из блоков 3 и 4 к своему формирователю 22 дискретного сигнала в качестве его чувствительного элемента.

В состоянии "Ожидания" блоки 18 и 19 коммутации по единичным сигналам с первых управляюпр х входов через свои вторые выходы подключены параллельно обмотки каждого из электромагнитов блоков 3 и 4 в отдельности. Таким образом, электромагниты блоков 3 и 4 создают встречные магнитные потоки, а реле 6 оказывается включенным вследствие того, к что все 2 контакта блока 13 замкнуты и связывают. выходы блока 12 с входами элемента 14 ИЛИ (фиг.2 и 1).

Блок 12 формирует двоичный позиционный код типоразмера объекта в момент поступления на его управляющий вход заднего фронта импульса с одновибратора 16, запускающегося в момент включения источника 5, и

25 дешифратора 26.

50 авающей токовый ключ 15 в открытом состоянии, замыкающем блок 11 питания реле 6. Перед захватом объекта обмотки электромагнитов блока 4 через нормально замкнутые контакты

7 и 8 реле 6 подключены к источнику

5 таким образом, что происходит взаимное отталкивание губок 2 магнит55

20 до момента формирования позиционно- 1 го кода. При поступлении переднего фронта указанного сигнала на вторые. управляющие входы блоков 18 и 19 коммутации, подключающих обмо ки электромагнитов блоков 3 и 4 к формирователям 25, производится формирование разрядного двоичного кода признака объекта при разведенных губках 2 или отсутствии объекта в зоне захвата в состоянии "Ожидания" (фиг. 2).

Сформированный на формирователях

22 двоичный код поступает на входы к дешифратора 26 и в виде 2 — разрядного позиционного кода подается на входы регистра 27 (фиг. 2). Так дешифратор 26 вырабатывает соответствующий каждому поступающему на его входы коду типоразмера одинединственный единичный логический сигнал на одном из своих выходов.

Отсутствие объекта в зоне захвата соответствует нулевому коду на входе дешифратора 26, который приводит к возникновению соответствующего единичного значения в одном из разрядов позиционного кода на выходе

При такой разрешающей способности может быть идентифицировано

2 различных значений типоразмеров, соответствующих типу и ориентации удерживаемых объектов в зоне захвата. Поскольку одновибратор 16 запускается после включения источника

5 лишь при выполнении приводом 1 захвата объекта, то до указанного момента обеспечивается неизменность кода, хранимого в регистре 27 и записанного в него при поступлении на его управлянхций вход заднего фронта импульса одновибратора 16 (фиг. 2) ..

Код отсутствия типоразмера поступая с выходов регистра 27 на 2 входы блока 13 и через замкнутые оператором контакты блока 13 на его 2" выходы и далее на входы элемента 14 ИЛИ, поддерживает на выходе последнего уровень логической единицы, удержи081 Ь

5 1206 ными полями электромагнитов блоков

3 и 4 (фиг. 1).

Выполнение режима обучения уст-ройства для захвата производится следуй щим образом. Перед захватом объект подают в зону движения руки манипулятора или иным способом. Таким образом, объект оказывается определенным образом сориентированным по отношению к губкам 2 в зоне захвата. При 10 сжатии губок 2 приводом 1 для их ускоренного сближения и захвата объекта манипулирования подается напряжение от источника 5 через открытый ключ 15. Реле 6 включается и 15 переключаются его контакты, меняющие полярность питания, подаваемого на обмотки электромагнитов блоков 3 и 4, вследствие чего магнитные поля электромагнитов притягивают губки 2 20 со средним значением усилия захвата, определяемым кодом отсутствия типоразмера в зоне захвата в исходном состоянии Ожидания".

Так, при подаче напряжения от ис- 25 .точника 5 и включении привода 1 происходит захват объекта, усилие удержания которого представляет собой сумму указанного усилия взаимодействия магнитных полей и привода 1. 30

Следовательно, усилие удержания объектов может меняться при изменении интенсивности взаимодействия рассмотренных магнитных потоков, что, в свою очередь, может регулироваться соответствующим включением необходимого числа электромагнитов блоков 3 и 4. Для реализации дифференцированного, по усилию сжатия, удержания захватываемых объектов манипулирования в режиме обучения исследуется получаемый код типоразмера, правильно ориентированного в зоне захвата объекта, подлежащего дальнейшей обработке. 45

Формирование кода типоразмера,уже присутствующего в зоне захвата объекта, производится при действии импульса с выхода одновибратора 16, вырабатывающегося в момент срабатывания привода 1 на сжатие губок 2 и подачи напряжения от источника 5 оператором или по команде внешнего устройства управления всей робототехнической системой, Сигнал с выхода одновибратора 16 поступает на вторые управляющие входы блоков 18 и 19 коммутации (фиг ° 1), при этом каждый коммутатор блоков своими вторы— ми выходами подключает обмотки питания соответствующих электромагнитов блоков 3 и 4 к входу формирователя

22 блока 12 (фиг. 2) . Таким образом, каждая обмотка, как катушка индуктивности с расположенным внутри нее ферромагнитным полюсом, выполняет функции нечувствительного элемента автогенератора 23 своего формирователя 22 при ее подключении через коммутаторы блоков.

Включенная в колебательный контур автогенератора 23 катушка индуктивности создает электромагнитное поле с частотой 200-300 кГц, и наличие металлических объектов под ее полюсом приводит к срыву этой генерации за счет возникнове— ния противодействующего электромагнитного потока вихревых токов,направленного против потока катушки индуктивности. Срыв колебаний фиксируется детектором 24, и соответствующий сигнал с последнего поступает на формирователь 25 им— пульса, вырабатывающего сигнал наличия поверхности объекта в исследуемой конкретным электромагнитом точке зоне захвата, т.е. определенный разряд 2М-разрядного двоичного кода типоразмера. Так конфигурация объекта в зависимости от его ориентации по отношению к электромагнитам блоков 3 и 4 в зоне захвата характеризуется кодом его типоразмера, показывающим соответствие типа обрабатываемого объекта одному из заданных возможных, а также правильность его положения в зоне захвата.

Если в режиме обучения захвачен и удерживается в нужном положении объект требуемого типа, то выход разряда регистра 27, содержащий единственную единицу позиционного выходного кода дешифратора 26,замыканием вручную соответствующего контакта блока 13 подается на вход элемента 14 ИЛИ, единичный выходной сигнал которого обеспечивает открытое состояние токового ключа. 15 и включенное состояние реле 6 и в режиме работы устройства для захвата, что обеспечивает удержание в нем рассматриваемого объекта в данном положении. Указанный единичный разряд позиционного кода типоразмера

1206081

15

25

7 посылается переключателем блока 13 в выходной разряд кода усилия блока 13 (фиг. 1), соответствующий тре буемой оптимальной силе сжатия иден тифицированного губками 2 объекта.

При соответствующей организации шифраторов 20 и 21 старшая единица к их входных 2 -разрядных кодов приводит к возникновению выходных

М-разрядных кодов с большим числом единичных разрядов. Таким образом, посылка единицы позиционного кода типоразмера объекта с разряда его типа в требуемый разряд усилия его захвата и удержания переключателями блока определяет алгоритм адаптации устройства для захвата к обрабатываемым объектам по усилию их захвата и удержания

Следовательно, требуемая адаптация к типу и ориентации захватываемых объектов обеспечивается организацией связей между входными и выходньвж разрядами блока 13, соответствующими оптимальным усилиям сжатия объекта, которые определяются индивидуальными свойствами каждого иден тифицируемого объекта.

Организация указанных связей для

30 всех объектов, входящих в их обрабатываемую совокупность и правильно располагающихся в зоне захвата, приводит к тому, что объекты, не .предназначенные для выполнения с ними каких-либо манипуляций, или

35 обрабатываемые объекты, расположенные в зоне захвата неправильным образом, вызывают появление таких кодов их типоразмеров, единичные разряды которых не проходят через контакты блока 13 на вход элемента

14 ИЛИ. Отсутствие на входах элемента 14 ИЛИ единичных логических сигналов приводит к разрыву цепи в блоке 11 реле 6, его обесточиванию, 45 в результате чего вновь меняется полярность питания обмоток электро,магнитов блоков 4, а возникающие маг нитные поля отталкивают и разводят губки 2, освобождая ненужную в данной технологической операции совокупность объектов или нужный объект, но ориентированный неправильно.

Повторяя процедуру сжатия губок 2 при помещении между ними последовательно всех объектов из их обрабатываемой совокупности требуемым образом, код оптимальной силы сжатия сопостав8 ляется коду типоразмера, что выражается в организации в блоке 13 соответствующих связей между регистром

27 и элементом 14 ИЛИ (фиг. 1). Код усилия, соответствующий типу и ориен- тации объекта манипулирования, индицируется индикатором 17 (фиг. 1), Так,в установлении однозначного соответствия между каждым сориентированным объектом из всей обрабатываемой совокупности и признаком его типа и ориентации, определяющимися типоразмером,. и задании для него оптимальной силы захвата и удержания заключается проведение режима обучения захватного приспособления.

Для установления однозначного соответствия между исследуемыми объектами и их признаками режим обучения включает в себя также и выполнение этапа отбраковки, присущего всем обучающимся робототехническим устройствам.

Укаэанный этап заключается в выявле нии и устранении из всей рассматриваемой совокупности отличных один от другого объектов, но не идентифицируемых отдельно данным способом, что в данном случае может быть при неустраняемом равенстве кодов типоразмеров отличных объектов манипулирования или их разных ориентаций.

После выполнения режима обучения устройство для захвата переходит в режим работы, который осуществляется следующим образом.

В состоянии "Ожидания" губки 2 разведены и в старшем разряде кода типоразмера на выходе дешифратора 26 возникает единица отсутствия объекта, определяющаяся нулевыми сигналами, поступающими с выходов всех формирователей 22 из-за отсутствия объекта у поверхностей соприкосновения в момент поступления переднего фронта импульса с одновибратора 16 на вторые управляющие входы блоков 18 и 19. Единица этого разряда по заднему фронту импульса одновибратора

16 записывается в регистр 27 с выхода дешифратора 26 и поступает на вход блока 13 (фиг. 1).

После действия управляющего сигнала с одновибратора 16 единица отсутствия типоразмера, сформированная без объекта в зоне захвата или при разжатых губках 2, через один из первоначально замкнутых 2" .контактов

\ блока 13 поступает на свой вход элеО6О81 10

9 12 мента 14 ИЛИ, вызывая появление на его выходе единичного логического сигнала, переводящего токовый ключ

15 в открытое состояние, замыкающее цепь блока 11 питания реле 6.

При ориентированной подаче требуемого объекта в зону захвата по команде оператора приводом 1 производится сжатие объекта губками 2 с усилием, определяемым единицей отсутствия типоразмера, а также запуск одновибратора 16. Во время действия импульса одновибратора 16, своим передним фронтом подключающего через блоки 18 и 19 все электромагниты блоков 3 и 4 как катушки индуктивности к их формирователям 22, и образуется код типоразмера захваченного объекта. Включение требуемой части электромагнитов блоков 3 .и 4 в состав, соответственно, электромагнитов блоков 3 и 4 обуславливается единицей отсутствия в разряде кода дешифратора 26, подающегося через блок 13 на входы шифраторов 20 и 21, своими выходными кодами включающих требуемые электромагниты блоков 3 и 4 (фиг. 1).

После воздействия переднего импульса одновибратора 16 коммутаторы блоков 18 и 19 коммутации отключают электромагниты блоков 3 и 4 от контактов реле 6 и полюсов источника 5, соответственно при этом подключая их к своим формирователям дискретного сигнала блока 12, где и образуется код типоразмера, записывающийся в регистр 27 по заднему фронту управляющего импульса одновибратора 16 (фиг. 1).

40 ройству для захвата, устройства управления.

Итак, в момент действия переднего фронта импульса одновибратора 16 часть электромагнитов из блоков 3 и

4 прекращают выполнять функции электромагнитов и начинают работать в качестве чувствительных элементов генераторов формирователей 22, каждый иэ которых вырабатывает значение соответствующего разряда кода типоразмера.

При воздействии импульса одновибратора 16 дешифратор 26 получает и преобразует сформированный код типоразмера в позиционный код типа и ориентации, который, записываясь в регистр 27 лишь при появлении задне— го фронта рассматриваемого импульса и преобразуясь в блоке 13 в код усилия, поступает в блоки 18 и 19 коммутации к моменту окончания укаэанного импульса. Появление ненулевого кода усилия происходит только тогда, когда код типоразмера, сформированный в блоке 12, соответствует правильной ориентации объекта, предназначенного для дальнейшей обработки.

В этом случае поступающий одновременно на входы шифраторов 20 и 21 указанный 2 -разрядный код усилия вызывает на их выходах соответствующие требуемой силе удержания объекта

Ic-разрядные коды, содержащие столько единиц в своих разрядах, сколько и каких пар электромагнитов должно быть включено в состав электромагнитов блоков 3 и 4 и задействовано для обеспечения оптимального по силе удержания идентифицированного объекта.

Код типоразмера с регистра 27 через контакты блока 13 после окончания действия импульса одновибратора 16 попадает на входы шифраторов

20 и 21, в которых шифруется в код, поступающий на блоки 18 и 19 коммутации в виде управляющих сигналов коммутации. При поступлении единичного сигнала на этот управляющий вход коммутаторы блоков 18 и 19 подключают соответствующие из электромагнитов блоков 3 и 4 в набор, составляющий, соответственно, электромагниты блоков 3 и 4, объединяя их обмотки питания (фиг. 1). С выхода блока 13 код индуцируется на индикаторе 17 и одновременно может быть подан на внешние, по отношению к уст45

Таким образом устройство для захвата адаптируется по силе удержания к типу и ориентации захваченного объекта манипулирования. Так, после окончания действия импульса одновибратора 16 в состав электромагнитов блоков 3 и 4 включаются лишь те электромагниты, чьи коммутаторы из блоков 18 и 19 на своих первых управляющих входах с выходов шифраторов 20 и 21 имеют единичные логические сигналы управления. При э1ом электромагниты блоков 3 и 4 сжимают объект губками 2 благодаря тому,что обмотка электромагнита блока 4 подключается к источнику 5 через контакты 9 и 10. включенного ключом 15

ll 1206081 12 реле 6; .причем токовый ключ 15 удер- корректирующие действия. После выживается во включенном состоянии полнения необходимых манипуляций с соответствующей типу и ориентации объектом и освобождения от него уст- . объекта единицей на входах элемента ройство для захвата вновь переходит

14 ИЛИ (фиг. 1). 5 в исходное состояние Ожидания

Одновременно формируемое значе- цикл захвата, идентификации типа ние кода может быть направлено и в и ориентации, задания оптимальной устройство управления робота, исполь- силы удержания или освобождение от . зующего предлагаемое устройство для объекта манипулирования с индиказахвата, что позволяет и на указанном 1б цией определяемых признаков повтовнешнем уровне выполнить необходимые ряется.

1206081

0m 16 упр.бх, Om 3

От 0

Фиг.

Составитель Ф. Майоров

Техред М.Пароцай Корректор Л. Патай

Редактор Н.Тупица филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 8617/15 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5