Рука манипулятора

 

Изобретение относится к области робототехники и предназначено для использования в конструкциях промышленных роботов (манипуляторов) с большой степенью подвижности. Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет кинематической развязки движений в шарнирах соединения звеньев. Рука манипулятора содержит звенья I, 2 и 3, шарнирно соединенные между собой и с основанием 4, механические передачи 8, 9, 10, 11 и 12, кинематически связываюшие эти звенья с соответствующими индивидуальными приводами. Каждая механическая передача , например механическая передача 8, снабжена системой блоков и тросами 13, 14 и 15, последовательно соединенными между собой. Каждый трос 14 охватывает своей средней частью промежуточный блок 21 и во встречных направлениях пару смежных основных блоков 19 и 20, установленных с возможностью врашения на оси шарнира 6. Концы троса 14 закреплены на противоположных торцах оси 25 предыдущего промежуточного блока 18. Первый трос 13 закреплен одни.м концом на индивидуальном приводе, а другим концом - на основании 4. Последний трос 15 закреплен одним концом на звене 3, а другим - на противоположных торцах оси предыдушего промежуточного блока 21. Каждая механическая передача предыдушего звена содержит в свое.м составе на один промежуточный блок .меньше по сравнению с механической передачей последующего звена. 4 ил. с SS (О со о Ot) о СП -J fiL., 2г Ц}и г. г

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК дц 4 B 25 J l 02, 18 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А 8TQPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3994602/31-08 (22) 25.12.85 (46) 30.04.87. Бюл. № 16 (71) Магнитогорский горно-металлургический институт им. Г. И. Носова (72) А. Н. Макаров, Ф. Ф. Пономарев, Г. А. Богдалов, И. М. Кутлубаев и И. М. Кутлубаев (53) 62.229.72 (088.8) (56) Патент США № 3497083, кл. 241 — 1, 1968. (54) РУКА МАНИПУЛЯТОРА (57) Изобретение относится к области робототехники и предназначено для использования в конструкциях промышленных роботов (манипуляторов) с большой степенью подвижности. Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет кинематической развязки движений в шарнирах соединения звеньев. Рука манипулятора содержит звенья 1, 2 и 3, шарнирно соединенные между собой и с основанием 4, механические передачи 8, 9, 10, Il и !2, кинематически связывающие эти звеÄÄSUÄÄ 1306705 A 1 нья с соответствующими индивидуальными приводами. Каждая механическая передача, например механическая передача 8, снабжена системой блоков и тросами 13, 14 и 15, последовательно соединенными между собой. Каждый трос

14 охватывает своей средней частью промежуточный блок 2! и во встречных направлениях пару смежных основных блоков 19 и 20, установленных с возможностью вращения на оси шарнира 6. Концы троса 14 закреплены на противоположных торцах оси 25 предыдущего промежуточного блока 18. Первый трос !3 закреплен одним концом на индивидуальном приводе, а другим концом — на основании 4.

Последний трос !5 закреплен одним концом на звене 3, а другим — на противо- щ с положных торцах оси предыдущего промежуго«ного блока 21. Кажаая мекаг«гяеская (/) передача предыдущего звена содержит в своем составе на один промежуточный блок мень- С ше по сравнению с механической передачей последующего звена. 4 ил.

1306705

Изобретение относится к робототехнике и предназначено для использования в конструкциях промышленных роботов манипуляторов с большой степенью подвижности.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей за счет кинематической развязки движений в шарнирах соединения звеньев.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема руки манипулятора; на фиг. 2 — вид

А на фиг. 1; на фиг. 3 — пространственное изображение руки манипулятора; на фиг. 4 — сечение Б — Б на фиг. 1.

Рука манипулятора содержит звенья 1, 2 и 3 и основание 4. Звенья последовательно соединены между собой и основанием шарнирами 5, 6 и 7.

Над звеньями расположены механические передачи с тросами, обеспечивающие прямое и обратное движения звеньев. Механические передачи 8 и 9 приводят в движение звено 3, механические передачи 10 и 11 обеспечивают прямое и обратное движения звена 2, а механическая передача 12 приводит в движение звено 1.

Каждая механическая передача представляет собой последовательно соединенные через систему блоков тросы. Механическая передача 8 состоит из тросов 13, 14 и 15, пары смежных основных блоков 16 и 7, промежуточного блока 18, пары смежных основных блоков 19 и 20, промежуточного блока 21 и основного блока 22. Первый (со стороны привода) трос 13 одним концом 23 (фиг. 3) закреплен на основании

4 и огибает основной блок 16 в направлении против часовой стрелки. Своей средней частью трос 13 огибает промежуточный блок 18, расположенный свободно между осями шарниров 5 и 6, охватывает основной блок 17 и закреплен на выходном элементе соответствующего индивидуального привода (не показан).

Виток троса 13 на основном блоке 17 имеет направление, встречное тому, что имеет виток троса 13 на основном блоке 16.

При этом точки схода витков троса 13 с основных блоков 16 и 17 расположены на противоположных краях этих блоков относительно оси шарнира 5. Основные блоки

16 и 17 имеют одинаковый диаметр и установлены с возможностью вращения на оси 24 шарнира 5. Виток троса 13 сходит с основного блока 16 в направлении промежуточного блока 18 и имеет направление, встречное (сход в нижней точке основного блока 16) витку троса, сходящему с основного блока 17 в направлении промежуточного блока 18 (сход троса 13 с основного блока 17 в верхней точке блока (фиг. 3).

Следующий за тросом 13 трос 14 закреплен своими концами на противоположных торцах оси 25 промежуточного блока 18.

Трос 14 охватывает пару смежных основ5

55 ных блоков 19 и 20 во встречном направлении. Направление, образованное ветвью троса, идущей от оси 25 к основному блоку 19, встречно направлению ветви троса, идущей от противоположного торца оси

25 к основному блоку 20. После схода с основных блоков 19 и 20 трос огибает своей средней частью промежуточный блок

21. Основные блоки 19 и 20 выполнены с одинаковыми диаметрами и установлены с возможностью свободного вращения на оси

26 шарнира 6 (фиг. 4). Промежуточный блок 21 расположен свободно между осями шарниров 6 и 7.

Последний (со стороны привода) трос 15, следующий за тросом 14, закреплен одним концом на оси 27 промежуточного блока

21, огибает основной блок 22, установленный на оси 28 приводимого в движение звена 3, и закреплен противоположным концом на звене 3.

Механическая передача 9, обеспечивающая вращение звена 3 по направлению движения часовой стрелки, выполнена аналогично механической передачи 8, лишь трос

29 идентичен тросу 15 и охватывает основной блок 30 во встречном направлении по отношению к направлению охвата тросом 15 основного блока 22, что обусловлено необходимостью обеспечения направления вращения звена 3 в противоположную сторону (обеспечивается механической передачей 8).

Каждая механическая передача, обеспечивающая передачу движения предыдущему звену, содержит в своем составе на один расположенный свободно промежуточный блок и трос меньше по сравнению с механической передачей, обеспечивающей передачу движения последующего звена.

Механические передачи 10 и ll выполнены аналогично механическим передачам

8 и 9, но с меньшим числом расположенных свободно промежуточных блоков и тросов.

Индивидуальный привод звена 1, шарнирно связанного шарниром 5 с основанием 4, располагается непосредственно на основании 4, поэтому необходимости в кинематической развязке, проходящей над шарниром 5, нет.

Прямое и обратное движения звену 1 пере даются через трос механической передачи

12, охватывающий основной блок 31, установленный на оси 24. Середина троса механической передачи 12 закреплена на звене 1, противоположные концы — на выходных элементах привода прямого и обратного направления.

Рука манипулятора работает следующим образом.

При необходимости повернуть звено 1 относительно основания 4, например, против часовой стрелки (при неизменном положении звена 3 относительно звена 2 и звена 2

1306705 относительно звена 1) включают индивидуальный привод звена 1, обеспечивающий движение против часовой стрелки. Движение с индивидуального привода передается на трос механической передачи 12.

3а счет того, что трос механической передачи 12 проходит на некотором удалении от оси шарнира 24 и закреплен на звене 1, натяжение троса создает крутящий момент относительно оси 24. Под действием момента звено 1 совершает вращательное движение против часовой стрелки. При этом индивидуальные приводы механических передач 8

9, 10 и 11 отключены.

Под действием вращающегося против часовой стрелки звена 1 ветвь троса 13, заключенная между основными блоками

16 и 17, сматывается с основного блока 1?.

При этом происходит увеличение длины ветви троса 13.

Одновременно с этим за счет вращения звена ветвь троса 13, охватывающая во встречном направлении (по отношению к ветви, охватывающей основной блок 17) основной блок 16, навивается на этот блок.

Длина свиваемой части троса с основного блока 17 равна длине навиваемой на основной блок 16 в виду равенства диаметров основных блоков 16 и 17. Промежуточный блок 18 при этом вращается против часовой стрелки (фиг. 3). Ось 25 промежуточного блока 18 остается при этом неподвижной относительно звена 1.

Неизменное положение оси 25 относительно звена 1 обеспечивает неизменное положение концов троса 14 относительно звена 1, следовательно, и положение звена 3 относительно звена 2 неизменно. При этом привод механической передачи 8 не включается.

Таким образом, при вращении звена 1 относительно основания 4 относительное положение звеньев 2 и 3 не изменилось, т. е. кинематическая развязка движений обеспечена.

При необходимости обеспечить движение звена 3 относительно звена 2, например, против часовой стрелки включают привод механической передачи 8. При этом конец троса 13, связанный с выходным элементом привода, получает движение в направлении от оси 24. Под действием (вижущегося конца троса основной блок 17 вращается против часовой стрелки (фиг. 3), промежуточный блок 18 при этом вращается по часовой стрелке, а ось 25 блока приближается к оси 24 в связи с тем, что второй конец троса 13 закреплен неподвижно.

Вместе с осью 25 блока поступательно к оси 24 движутся концы троса 14, закрепленные на оси 25, что обеспечивает одновременное вращение основных блоков 19 и 20. Основной блок 20 вращается против часовой стрелки, основной блок 19 — по часовой стрелке, при этом длина части троса 14, заключенного между основными блоками 19

40

50

SS и 20 и промежуточным блоком 21, уменьшается. Промежуточный блок 21 дви жется вместе с осью 27 в направлении оси 26, вращения промежуточного блока 21 при этом не происходит. Конец троса 15, закрепленный на оси 27, движется в направлении к оси 26, за счет чего вращается по часовой стрелке основной блок 22, наматывая часть ветви троса 15, заключенной между основным блоком 22 и точкой крепления троса к звену 3. Это обеспечивает поворот звена 3 против часовой стрелки относительно звена 2. Одновременно с включением привода движения звена 3 против часовой стрелки включают привод движения звена 3 по часовой стрелке, что обеспечивает свободное удлинение механической передачи 9, связанной с вращением звена 3.

При этом величина сокращения механической передачи 8, расположенной над подвижными звеньями, равна удлинению аналогичной части механической передачи 9, что позволяет использовать в качестве приводов прямого и обратного движения звена один привод.

Выполнение каждой механической передачи в виде последовательно соединенных через систему блоков тросов, каждый из которых охватывает расположенный свободно между осями шарниров промежуточный блок во встречном направлении, основные блоки равного диаметра, установленные с возможностью вращения на оси шарнира, и закреплены концами на противоположных краях оси предыдущего шарнира, позволяет обеспечить кинематическую развязку движений звеньев. Это обусловлено тем, что предлагаемая схема выполнения механических передач обеспечивает компенсацию изменения длины ветви каждого троса, проходящего через подвижное соединение (шарнир), за счет аналогичного изменения другой ветви этого же троса. Длина навиваемой части троса во вращающемся шарнире равна длине свиваемой части троса, а вследствие того, что ветви троса имеют возможность свободно и независимо от движений в шарнирах перепускаться, то удлинение одной ветви компенсируется сокрашением другой. Это обеспечивает кинематическую развязку движений звеньев. Кроме того, в связи с тем, что при движении звена удлинение свободной части (заключенной между осью 24 и выходным элементом привода) Механической передачи обеспечивает прямое движение, равное сокращению свободной части механической передачи, и обратное движение того же звена, возможно использование одного привода для передачи прямого и обратного движений звену.

Формула изобретения

Рука манипулятора, содержащая звенья, последовательно шарнирно соединенные между собой и с основанием, и механи1306705

7Ó и

Составитель И. Бакулина

Редактор М. Петрова Техред И. Верес Корректор Е. Рошко

Заказ 1361/11 Тираж 954 Г!одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Г!роектная, 4 ческие передачи с тросами, кинематически связывающие эти звенья с соответствующими индивидуальными приводами, установленными неподвижно на основании, отличающаяся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет кинематической развязки движений в шарнирах, каждая механическая передача снабжена системой блоков, включающей основные блоки равного диаметра, установленные с возможностью вращения на осях шарниров, и промежуточные блоки, расположенные свободно между осями шарниров звеньев, причем тросы соединены последовательно через систему блоков, а каждый из них своей средней частью огибает промежуточный блок охватывает во встречных направлениях пару смежных основных блоков и концами закреплен на противоположных торцах оси предыдущего промежуточного блока, при этом первый трос одним концом закреплен на выходном элементе соответствующего привода, другим концом — на основании, а последний трос закреплен одним концом на

10 звене, охватывает средней частью основной блок и другим концом — на противоположных торцах оси предыдущего промежуточного блока.