Манипулятор

 

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано в промьшленных роботах различного назначения , манипуляторы которых включают шарнирно сочлененные звенья. Целью изобретения является повышение точности йозиционирования за счет уменьшения люфтов в кинематической цепи и упрощения управления. Для этого манипулятор содержит шарнирно соединенные между собой звенья и кинематическую цепь изменения относительного положения звеньев в виде разветвленной на две параллельные ветви передачи. Каждое звено содержит две ветви кинематической передачи, составленные из двух взаимно соединен19 10 тт ных барабанов 8 и 9, 10 и 11. Барабаны соединены гибкими элементами 12, 13, 14 и 15, образуя гибкие передачи . Каждый конец гибкого элемента жестко закреплен в устройстве натяжения гибкого элемента, расположенном на каждом барабане. Соосно барабанам 8 и 9 первой кинематической передачи установлены с возможностью вращения конические колеса 17 и 18, жестко соединенные с барабанами 8 и 9 и образующие с ними блоки. Соосно барабанам 10 и 11 второй кинематической передачи неподвижно закреплены конические колеса 19 и 20. Устройство натяжения гибких элементов выполнено в виде двух стопорных втулок, в которые вставлены конць гибких элементов . Втулки упираю тся своими торцами в пластины. Пластины установлены в наклонные пазы, вылолненные на торцах барабанов. На наружной цилиндрической образующей поверхности барабанов выполнены направляющие канавкн для направления гибких элементов. 3 з.п. ф-лы, 11 ил. ;, 2 W 22 с & СО О1 |.шЛ 00 ГО го (fkfS.S

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4077677/25-08 (22). 20,06.86 (46) 15. 11.87. Бюл. Ф 42 (72) И.Ф,Панасенков и Е.С.Назаров (53) 621 ° 229.72 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1273243, кл. В 25 Л 18/06, 1984. (54) МАНИПУЛЯТОР (57) Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано в промышленных роботах различного назначения, манипуляторы которых включают шарнирно сочлененные звенья.

Целью изобретения является повышение точности позиционирования за счет уменьшения люфтов в кинематической цепи и упрощения управления. Для этого манипулятор содержит шарнирно соединенные между собой звенья и кинематическую цепь изменения относительного положения звеньев в виде разветвленной на две параллельные ветви передачи. Каждое звено содержит две ветви кинематической передачи, составленные из двух взаимно соединенЕ-Ю ю.ЯУ«.И.51.762 А1

51> 4 В 25 3 18/06, 1/02, 9/06, 9/08 ных барабанов 8 и 9, 10 и 11. Барабаны соединены гибкими элементами 12, 13, 14 и 15, образуя гибкие передачи. Каждый конец гибкого элемента жестко закреплен в устройстве натяжения гибкого элемента, расположенном на каждом барабане. Соосно барабанам 8 и 9 первой кинематической передачи установлены с возможностью вращения конические колеса 17 и 18, жестко соединенные с барабанами 8 и

9 и образующие с ними блоки. Соосно барабанам 10 и 11 второй кинематической передачи неподвижно закреплены конические колеса 19 и 20. Устрой" ство натяжения гибких элементов вы- а

CO полнено в виде двух стопорных втулок, в которые вставлены концы гибких эле- фф

%У Ф ментов. Втулки упираются своими торцами в пластины. Пластины установле- ( ны в наклонные пазы, выполненные на торцах барабанов. На наружной цилин- 2 дрической образующей поверхности барабанов выполнены направляющие канавки для направления гибких элементов.

3 з.п. ф лы 11 HJI. С

1782— 2 подвижно закреплены конические зубчатые колеса 19 и 20, !

ЗО звеном таким образом, что ее свободная ось 23 соосна осям барабанов

9 и 11 предьдущего звена, причем с барабаном f1 — неподвижно, а с барабаном 9 — с возможностью вращения.

Подвижное коническое колесо 17 последующего звена зацеплено с неподвижным коническим колесом 20 предыдущего звена. Подвижное коническое колесо 18 предьдущего звена зацеплено с первым неподвижным коническим колесом 19 последующего звена.

Последующие звенья соединены ана-. логично (фиг. 6).

Датчики 28, 29 положения звеньев установлены на основании 1 и соединены с рычагами 24 и 26.

Устройство натяжения гибкого элемента (троса) показано на фиг.7-10.

Устройство расположено на торцовых поверхностях барабанов 8-11 и содержит две обжимные (стопорные) втулки . 30. Втулки своими торцами упираются в пластины 31 с отверстием под гибкий элемент, Пластины вставлены в фасонные наклонные пазы, выполненные на

1 135

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано в промьппленных роботах различного назначения, манипуляторы которых включают шарнирно сочлененные звенья.

Целью изобретения является повышение точности позиционирования путем уменьшения люфтов в кинематической цепи и упрощения управления.

На фиг. 1 изображен манипулятор, общий вид; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг.1 на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг.2, на фиг. 4 — вид Г на фиг.2, на фиг ° 5 — вид В на фиг. 2; на фиг.б — взаимное положение двух унифицированных звеньев; на фиг.7 — вид

Ж »а фиг. 3; на фиг. 8 — разрез 3-3 на фиг.7, на фиг. 9 — разрез И-И на фиг.7; на фиг. 10 — вид К на фиг. 7; на фиг. 11 — вариант исполнения манипулятора.

Манипулятор содержит основание 1, на котором установлены гидроцилиндры приводов 2 и 3 со штоками 4, 5, и исполнительный орган, состоящий из шарнирно сочлененных унифицированных звеньев 6 и кисти, также составленной иэ унифицированных звеньев того же или другого типоразмера с захватом 7. Кисть закреплена на звене с продольным перемещением.

Каждое звено б содержит две ветви кинематической передачи, составленные из двух барабанов 8 и 9 (10 и 11), взаимно соединенных посредством гибких элементов (тросов) 12 и

13, 14 и 15 и образующих гибкие передачи. Каждый конец гибкого элемента жестко закреплен в устройстве натяжения гибкого элемента,. расположенном на барабане, Если элементы закреплены крест-накрест (фиг. 7), то барабаны вращаются в разные стороны, т.е. гибкая передача выполнена с отрицательным передаточным отношением, если элементы закреплены параллельно (фиг. 11), то барабаны вращаются в одну сторону, т.е. гибкая передача выполнена с положительным передаточным отношением.

Соосно барабанам 8 и 9 первой кинематической передачи на корпусе 16 установлены с возможностью вращения конические зубчатые колеса 17 и 18, жестко соединенные с барабанами 8 и

9 и образующие с ними блоки. Соосно барабанам 10 и 11 второй кинематической передачи на корпусе 16 не35

Каждое звено снабжено крестовиной 21 с осями 22, 23, Ось 22 крестовины 21 своими концами связана с осями барабанов 8 и 10 причем с ба.рабаном 10 -жестко, а с барабаном 8— с воэможностью вращения. Концы оси

23 крестовины первого звена (фиг.2) соединены со штоками 4 и 5 гидроцилиндров, причем первый шток 4 соединен с концом оси 23 крестовины непосредственно через рычаг 24. Рычаг 24 закреплен на крестовине жестко, а на штоке — шарнирно (фиг.2, 5). На втором конце оси 23 установлено коническое зубчатое колесо 25, ось которого соединена со штоком 5 через рычаг 26. Рычаг 26 соединен со штоком шарнирно„ а с осью конического зубчатого колеса — жестко (фиг.2, 4), Коническое зубчатое колесо 25 связано зацеплением с неподвижным коническим зубчатым колесом 19. Коническое зубчатое колесо f7 соединено с коническим зубчатым колесом 27, установленным соосно с осью 23 крестовины, и неподвижно закреплено на основании 1, Звенья сочленены между собой с разворотом относительно продольной о оси Б — Б на 90 . Крестовина 21 последующего звена соединена с предыдущим

1351782 торцах барабана. На торцах барабана имеются также направляющие канавки

32, 33, а на наружной цилиндрической поверхности барабана — две направляющие канавки 34, 35, служащие для направления гибких элементов.

На торце барабана со стороны наклонных пазов имеется выступ с резьбой 36, на которую. навернута гайка

37 (фиг. 8), упирающаяся в пластины 31.

Гибкий элемент 13 проходит через отверстие пластины 31 барабана 9 по направляющей канавке 32 и выхоцит в канавку 35, затем проходит часть окружности (по часовой стрелке, фиг.7) в канавке 35 и переходит на другой барабан 8.

Гибкий элемент 12 проходит через отверстие в другой пластине 31 барабана 9, направляющую канавку 33 и выходит в направляющую канавку 34, затем проходит часть окружности (против часовой стрелки, фиг. 7) в канавке 34 и переходит на другой барабан 8.

На барабане 8 концы гибких элементов 12 и 13 монтируются так же, как и в барабане 9 (в зеркальном отражении),, Барабаны 8 и 9 строго сориентированы друг относительно друга. Это необходимо для соблюдения точности кинематики манипулятора, которая, в свою очередь, обеспечивает высокую точность работы манипулятора при математическом способе программирования робота.

Строгая ориентация барабанов достигается тем, что гибкие элементы предварительно (до сборки) растянуты под нагрузкой, а торцы стопорных втулок, которыми они упираются в пластины 31, подрезаны так, что гибкие элементы имеют требуемую длину.

Манипулятор работает следующим образом.

Посредством гибких элементов фиксируется взаимное положение барабанов. Для этого гайку 37 вручную заворачивают и перемещают вниз. Своим торцом гайка нажимает на пластины

31, которые перемещаются в фасонных наклонных пазах барабана и, упираясь в торцы втулок 30, натягивают гибкие элементы 12 и 13 одновременно на одинаковую величину. При этом барабаны сохраняют свою ориентацию. Манипулятор готов к работе.

При повороте звеньев в заданное положение, например в плоскости чертежа — вверх (фиг. 2), в гидроцилиндр 2 подается рабочая жидкость под давлением. Шток 5 гидроцилиндра вьдвигается и поворачивает рычаг

26 и конич czoe колесо 25 по часовой стрелке (если смотреть по стрелке В), так как они жестко соединены. Коническ. е колесо 25 поворачивает кониче:=кое колесо 19 против часовой стрелки. Поскольку коническое колесо 19.жестко соединено с корпуссм 16 предьдущего звена I, то оно поворачивается относительно основания вокруг оси 22 вверх. При повороте звена движение через гибкие элементы 13 и 14 передается на барабан 11, так как барабан 10 соединен с крестовиной 21 и остается неподвижным относительно основания 1. Барабан 11 поворачивается против часовой стрелки. Барабан 11 жестко соединен с крестовиной 21 последующего звена, поэтому крестовина 21 этого звена поворачивается относительно предыдущего звена против часовой стрелки.

Крестовина 21 поворачивает указанное звено относительно предьдущего звена вверх вокруг оси 23. Если передаточное число на барабанах равно единице, то последующее звено повернется вверх относительно предыдущего звена на тот же угол, что и предьдущее (первое) звено относительно основания 1.

Таким образом, второе звено манипулятора повернется относительно основания 1 на двойной угол. При повороте второго звена относительно первого вверх коническое колесо 17 второго звена, находящееся в зацеплении с ко- ническим колесом 20 первого звена, начинает поворачиваться (обкатываться по коническому колесу 20) против часовой стрелки благодаря тому, что коническое колесо 20 неподвижно соединено с первым звеном. Соответственно, поворачивается против часовой стрелки и барабан 8 второго звена, который жестко соединен с коническим колесом 17.

Далее движение передается через гибкие элементы 12 и 13 второго звена на барабан 9. Барабан 9 второго звена вместе с коническим колесом

18 (они жестко соединены) поворачивается по часовой стрелке относительно этого звена вокруг оси 23. Кони51782

5 13 ческое колесо 18 этого звена находится в зацеплении с коническим колесом 19 следующего, третьего, звена и поворачивает его против часовой стрелки, так как коническое колесо t9 жестко соединено с третьим звеном, то это звено поворачивается относительно второго звена вверх вокруг оси 22. Если передаточное число на барабанах равно единице, то третье звено повернется вверх относительно второго звена на тот же угол, что и второе звено относительно первого.

Таким образом, третье звено повернется относительно основания 1 на тройной угол. На следующие звенья движение передается аналогично. Таким образом, если манипулятор (рука робота) составлена из п подвижных звеньев, то последнее звено повернется относительно неподвижного звена на угол п, где Ы вЂ” угол поворота первого подвижного звена относительно неподвижного.

Поворот звеньев в заданное положение (в плоскости чертежа — вниз) осуществляется аналогично„ меняется только направление вращения, При повороте звеньев в заданное ,положение в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа (вверх),манипулятор работает следующим образом.

В гидроцилиндр 3 подается рабочая жидкость под давлением, шток 4 гидроцилиндра втягивается и поворачивает рычаг 24 и крестовину ? 1 звена против часовой стрелки (если смотреть .по стрелке В), так как ойи жестко соединены. Крестовина 21 поворачивает звено I относительно основания 1 вокруг оси 23 вверх в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа. Так как звено I поворачивается относительно основания 1 вокруг оси

23, то коническое колесо 17 звена поворачивается (обкатывается) относительно звена I против часовой стрелки благодаря тому, что коническое колесо 17 находится в зацеп лении с коническим колесом 27, которое неподвижно закреплено на основании 1.

Барабан 8 звена I также поворачивается против часовой стрелки, так как барабан 8 жестко соединен с коническим колесом 17.

Движение через гибкие элементы l2 и 13 звена I передается на барабан

30 !

9, который вместе с коническим колесом 18 поворачивается по часовой стрелке (барабан 9 и коническое колесо 18 соединены жестко). Коническое колесо 18 звена I находится в зацеплении с коническим колесом 19 звена II и поворачивает его против часовой стрелки (vo стрелке В). Так как зубчатое колесо 19 неподвижно соединено со звеном II то звено II поворачивается относительно звена I вокруг оси ?2 вверх в плоскости,перпендикулярной плбскости чертежа (фиг. 2), Если передаточное число равно единице, то последующее звено повернется относительно предыдущего звена на тот же угол, что и предыдущее звено повернулось относительно основания 1. Таким образом, звено II повернется относительно основания 1 на двойной угол. Так как звено II поворачивается относительно звена I вокруг оси 22 вверх, то движение через гибкие элементы 14 и 15 звена

II передается на барабан 11, так как барабан 10 жестко соединен с крестовиной 21 и остается неподвижным относительно звена I. Барабан 11 вместе с крестовиной 21 звена III (барабан

11 и крестовина 2! соединены жестко) поворачивается против часовой стрелки. Крестовина 21 звена III поворачивает звено III относительно эвеía II вверх вокруг оси 23 в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа.

Если передаточное число равно единице, то третье звено повернется вверх относительно второго звена на тот же угол, что и второе звено повернулось относительно первого звена, Таким образом, третье звено повернется относительно основания 1 на тройной угол. На следующие звенья движение передается аналогично.

Поворот звеньев в заданное положение в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа, осуществляется аналогично, меняется только направление вращения.

При необходимости поворота последнего звена в плоскости, размещенной к плоскости чертежа под уго лом, не равным 90, штоки приводов

2 и 3 выдвигаются или втягиваются одновременно, При этом подвижные звенья одновременно поворачиваются вокруг своих шарнирных осей 22 и 23.

7 1351

Датчики 28 и 29 положения звеньев соединены с рычагами 26 и 24 и снимают информацию о положении звеньев манипулятора. При повороте звеньев на заданныи угол сигнал с датчиков

5 поступает в систему управления роботом. Система управления подает сигнал на приводы 2 и 3 и они останавливаются.

На фиг. 11 изображен вариант манипулятора с креплением гибких элементов, при котором барабаны поворачиваются в одну сторону. В этом случае конфигурация руки при работе иная, чем в варианте, описанном выше.

Формула изобретения

1. Манипулятор, содержащий шарнирно соединенные между собой звенья и кинематическую цепь привода изменения относительного положения звеньев в виде разветвленной на две параллельные ветви передачи, включающие в себя блоки с коническими зубчатыми колесами и конические зубчатые колеса, жестко связанные каждое с соответствующим звеном и входящие в зацепление с коническим зубчатым колесом соответствующего блока, оси блоков совпадают с осями шарнирного соединения звеньев между собой, о т л ич а ю шийся тем,.что, с целью повышения точности позиционирования

782 8 за счет уменьшения люфтов в кинематической цепи и упрощения управления, блоки снабжены барабанами, установленными соосно с коническими зубчатыми колесами блока и жестко связанными с последними, при этом каждая пара барабанов соединена между собой двумя гибкими элементами, образуя гибкую передачу, а концы гибких элементов закреплены на соответствующих барабанах посредством устройств натяжения гибких элементов.

2. Манипулятор по п. 1, о т л и— ч а.ю шийся тем, что гибкая передача выполнена с положительным передаточным отношением.

3. Манипулятор по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что гибкая передача выполнена с отрицательным передаточным отношением, 4. Манипулятор по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что устройство натяжения гибкого элемента выполнено в виде пластины с отверстием под гибкий элемент и отжимной втулки, упирающейся в пластину, при этом на торцовой поверхности барабана выполнен фасонный наклонный паз, в котором с возможностью перемещения установлены пластина и обжимная втулка, причем на торцовой и образующей поверхностях барабана выполнены направляющие канавки.

1351782

1351782 оиРД и д я !

Цнифициро онное л ено I

ЩиЕ б

3-3

1351782 (puef/

Составитель И.Бакулина

Редактор А.Маковская Техред Л.Олийнык Корректор А.Обручар

Заказ 5525/13 Тираж 952 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4