Манипулятор инженера м.в.леоненко

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (5ц 4 В 25 J 9/00

PQPr

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ.з

/ - Ф»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ж ю ф

:Ь (21) 4144779/25-08 (22) 10. 11.86 (46) 23.06.88. Бюл. Ф 23 (72) M.Â.Ëåîíåíêî (53) 621.229.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

738865; кл. В 25 J 9/06, 1978.

„„SU„„4 4326 А1 (54) МАНИПУЛЯТОР ИНЖЕНЕРА M. В.ЛЕОНЕНКО(57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к манипуляторам с программным управлением, и предназначено для механизации и автоматизации основных и вспомогательных операций

4326

140 в промышленности. Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет обеспечения возможности позиционирования исполни« тельного органа в любой точке рабочей зоны манипулятора, и повышение надежности его работы. В зависимости от комбинации включения управляемых муфт

13, 14, 17 и 20 происходит вращение выходного вала кинематической цепи, связывающей двигатель каждого из приводов с исполнительным органом, при этом вращающий момент может передаваться как от ротора 10 двигателя, так и статора 11, которые связаны между собой пружиной кручения 21. Неремещение исполнительного органа в любую точку рабочей зоны происходит за одно колебательное движение ротора.

10 или статора 11 под действием пружины кручения 21, при этом сам дви-, гатель служит для покрытия потерь.

Для регулирования скорости перемеще- ния исполнительного органа в манипуляторе могут быть использованы маковики, связанные с приводом через дополнительные управляемые муфты. 2 э п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроешпо, а именно к манипуляторам с программным управлением, и предназначено для механизации и автоматизации

Основных и вспомогательных операций

В промыппенности.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет обеспечения возможности позици- 10 онирования исполнительного органа в любой точке рабочей зоны манипулятора и повышение надежности его работы„

На фиг.1 изображена кинематическая схема манипулятора; на фиг.2 — схема 15 части кинематической цепи с датчиками угловой скорости и маховиками.

Манипулятор содержит смонтированные на основании 1 звенья 2 и 3 исполнительного органа. Звено 2 связано с 20 выходным валом 4 одного иэ приводов перемещения исполнительного органа через передачу 5 и 6. Звено 3 связано с аналогичным выходным валом 4 второго привода через передачу 7. Первый привод служит для горизонтального перемещения звена 2, второй — для вертикального перемещения звена 3. У каждого привода между выходным валом

4 и основанием 1 установлен датчик 8 30 уГловых перемещений. Кроме того, каждый из приводов включает двигатель 9, установленный на основании с возможностью независимого вращения ротора

10 и статора 11 вокруг их общей оси.

Между ротором 10 и статором 1 1 установлен датчик 12 угловых перемещений, Между ротором 10 и основанием 1 установлена управляемая муфта l3, между статором 11 и основанием 1 — управляемая муфта 14.

Ротор 10 связан с выходным валом

4 посредством зубчатых колес 15 и 16 и управляемой муфты 17. Статор 11 связан с выходным валом 4 посредством зубчатых колес 18 и 19 и управляемой муфты 20. Между ротором 10 и статором 11 установлена пружина 21 кручения. Датчики 8 и 12, управляемые муфты 13, 14, 17 и 20, двигатель 9 связаны с системой управления (не показана) .

Устройство может также содержать дополнительные управляющие муфты 22, соединяющие маховики 23 с ротором 10 и статором 11 двигателей, и, кроме того, датчики 24 и 25 угловых скоростей, установленные соответственно между выходным валом 4 и основанием и между ротором 10 и статором 11.

Манипулятор работает следующим образом.

В исходном положении ротор 10 повернут относительно статора 11 на " пример по часовой стрелке на угол (= Ч>,, от свободного состояния пружины 21 кручения ° При включении системы управления датчики 8 и 12 угловых перемещений вырабатывают электрические сигналы, которые соответствуют измеренным датчиками значениям углов з

14043 ф = ф,, Ц = Ч>, . Сигналы (и (поступают с датчиков в систему управления.

Возможно несколько способов управления устройством.

По первому способу, если от системы управления поступят управляющие сигналы и выключить муфты 20 и 13, то пружина 21 кручения начнет вращать расфикснрованный ротор 10 против ча- Ið совой стрелки. Вращение от ротора 10 передается через зубчатые колеса 15 и 16 и муфту 17 на выходной вал 4.

Выходной вал 4 вращается по часовой стрелке и через передачи 6 и 5 пере- 15 мещает в горизонтальном направлении, например вправо, звено 2. Кроме того, одновременно с выключением муфт 20 и

13 система управления включает двигатель 9 таким образом, что его крутя- 20 щий момент совпадает с направлением вращения ротора 10. Пружина раскручивается до свободного состояния, т.е.

Ц1 = О, разогнав связанную с ней кинематическую цепь с элементами 10, 25

15, 16, 17, 4, 6, 5 и 2 до максимальной скорости. Затем эта кинематическая цепь, двигаясь по инерции, закручивает пружину 21 на угол с = — Ч, и при достижении этого равенства сиг- З0 налы системы управления включают муфты 13 и 20 и выключают двигатель 9.

Двигатель 9 используется только для восполнения потерь энергии.

Кинематическая цепь совершает маятниковое движение и в момент включения муфт, т.е. фиксации кинематической цепи, скорости перемещений всех звеньев кинематической цепи равны нулю и, следовательно, нет необ- 4р ходимости гасить кинетическую энергию кинематической цепи. Таким образом, ротор 10, выходной вал 4 и звено 2 зафиксированы относительно основания с углами поворота (= — Ц, и < = . 45

По второму способу управления, если в манипулятор, находящийся в ис ходном состоянии, (Ч = Я< и V = Vi ) от системы управления поступят управляющие сигналы и выключат муфты 17 5О и 14, то произойдут процессы, аналогичные процессам, возникающим в первом случае, только вращаться теперь будет статор 11 по часовой стрелке.

Вращение от статора 11 передается че- 55 рез зубчатые колеса 18 и 19 и муфту

20 на выходной вал 4. Выходной вал 4 вращается против часовой стрелки и соответственно перемещается влево

26

4 звено 2, В итоге получаются углы перемещения (= —,, (= (, т.е ° звено 2 переместится в обратном направлении на такую же величину, как и в первом случае. Двигатель 9 и в этом случае используется только для восполнения потерь энергии.

По третьему способу, если в манипулятор, находящийся в исходном состоянии (Ц = y, и < = (P ), от системы управления поступят управляющие сигналы и выключат муфты 20 и 14, то пружина 21 кручения начнет вращать расфикснрованный статор 11 по часовой стрелке и приведет в движение связанную с ним кинематическую цепь с элементами 18 и 19. Одновременно система управления включает двигатель 9 таким образом, что его крутящий момент совпадает с направлением вращения статора. В момент, когда значение сигнала с станет равно g = q ° M (M — некоторый коэффициент, причем 0 с M 1), сигнал системы управления выключит муфту 13. Пружина 21 начнет вращать расфиксированный ротор 10 против часовой стрелки и приводит в движение связанную с ним кинематическую цепь с элементами 15, 16, 17, 4, 6, 5 и 2.

Пружина 21 разгоняет эту кинематическую цепь до момента, когда cp = О, сообщив ей некоторый импульс силы. Далее, когда значение угла С изменяется от (= 0 до cp = -g, M, кинематическая цепь с элементами 10, 15, 16, 17, 4, 6, 5 и 2 получает от пружины

21 такой же импульс силы, действующий в обратном направлении. В момент, когда наступит равенство (у = -g, ° М, скорости перемещений всех элементов этой кинематической цепи будут равны нулю, ив этот же момент сигнал системы управления включит муфту 13. Ротор

10 и кинематическая цепь с элементами

15, 16, 1?, 4, 6, 5 и 2 будут зафик-, сированы относительно основания 1.

Статор 11 продолжает вращаться по часовой стрелке, закручивая пружину

21 от угла с = -(f, ° M до угла с = -<,.

3а время разгона статора 11 от угла

Ч = Ц, до угла . = О статор 11 и связанная с ним кинематическая цепь с элементами 18 и 19 получают от пружины 21 некоторый импульс силы. За время замедления движения статора 11 от угла tp = 0 до угла Ц = — Ц, статор 11 и связанная с ним кинематическая цепь получают от пружины 21 та1404326

30 кой же импульс силы, действующий в обратном направлении. В момент, когда угол (Р = — Ц,, скорость движения статора будет равна нулю и в этот же мо5 мент сигналы системы управления вклю" чают муфты 14 и 20 и выключают двигатель 9. Двигатель 9 используется только для восполнения потерь энергии.

В итоге получают следующие углы пере- 10 мещения (= Ц,, (= (Перемещение исполнйтельного звена

2 и соответствующее ему угловое перемещение Р< - 4l, выходного вала 4 зависят от соотношения момента инерции кинематической цепи с элементами 10, 15, 16, 17, 4, 6, 5 и 2, приведенного к ротору, и момента инерции кинематической цепи с элементами 11, 18 и 19, приведенного к статору, а также 20

От величины M. Изменяя М в пределах

О (M 61, получаем сколь угодно большое число перемещений звена 2 и угловых перемещений (— (, в некотором диапазоне. 25

Но четвертому способу в манипулятор, находящийся в исходном состоянии (cp = g и (=(, ), от системы управления поступают управляющие сигналы и выключают муфты 13 и 17, включают . двигатель 9 согласно с направлением вращения ротора. Затем в момент, Kor" да значение угла (p станет равно(р (о, М, сигнал системы управления выключит муфту 14. B момент, когда значение сигнала y = -g М, сигнал системы управления включает муфту 14. В момент, когда значение угла (равно

Ч> = -(,, сигналы системы управления включат муфты 13 и 17 и выключат дви- 40 гатель 9. В итоге получены следующие углы перемещения ц = — ц>,и (=(В этом случае происходят процессы, аналогичные процессам в предыдущем случае, только перемещение (» — (, и 45 звена 2 направлены в обратную сторону.

По пятому способу, если в манипулятор, находящийся в исходном состоянии g = q, и g = 4,, от системы управления поступят управляющие сигналы и выключат муфты 13 и 20, то пружина

21 кручения начнет вращать расфиксированный ротор 10 против часовой стрелки и приведет в движение связанную с ним кинематическую цепь с эле55 ментами 15, 16, 17, 4, 6, 5 и 2. Одновременно система управления включает двигатель 9 таким образом, что его крутящий момент совпадает с направлением вращения ротора. В момент, когда значение сигнала (станет равно <

M сигнал системы управления выключит муфту 14. Пружина 21 начинает вращать расфиксированный статор 11 по часовой стрелке и приведет в движение связанную с ним кинематическую цепь с элементами 18 и 19. Пружина 21 разгонит эту кинематическую цепь до момента, когда (у = О, сообщив ей некоторый импульс силы. Далее, когда значение угла Ц изменяется от(= О до Ц = -(, M кинематическая цепь с элементами 11, 18 и 19 получит от пружины 21 такой же импульс силы, действующий в,обратном направлении.

В момент, когда значение угла (станет равным (Р = -(, М, скорости перемещений всех звеньев кинематической цепи с элементами 11, 18 и 19 равны нулю и в этот же момент сигнал системы управления включит муфту 14. Статор 11 и кинематическая цепь с элементами 18 и 19 зафиксированы относительно основания. Ротор 10 продолжает вращаться против часовой стрелки, закручивая пружину 2 l от угла Cf =

M. до угла p = — g За время разгона ротора 10 от угла (= (, до угла cp = О ротор 10 и связанная с ним кинематическая цепь с элементами 15, 16, 17, 4, 6, 5 и 2 получают от пружины 21 некоторый импульс силы. За время замедления движения ротора 10 от угла (p = О до угла (p = -(,, ротор 10 и связанная с ним кинематическая цепь с элементами 15, 16, 17, 4, 6, 5 и 2 получают от пружины 21 такой же импульс силы, действующий в обратном направлении. В момент, когда значение угла Ц будет равно (= -CP,, скорость движения ротора 10 станет равна нулю и в этот же момент сигналы системы управления включают муфты 13 и 20 и выключают двигатель 9. Двигатель 9 используется только для восполнения потерь энергии. В итоге получены углы перемещения (= †(, и

Q = ()6.

По аналогии с третьим случаем, изменяя M в пределах О(M 61, получим сколь угодно большое число перемещений звена 2 и угловых перемещений (— (1), в некотором диапазоне, По шестому способу в манипулятор, находящийся в исходном состоянии (Cp = g и Q = Cy ), от системы управ14043 моментом инерции.

50 ления поступают управляющие сигналы и выключают муфты 14 и 17, включают двигатель 9 согласно с направлением вращения статора. Затем в момент, когда значение угла q станет равно (= ц, М, сигнал системы управления выключает муфту 13. В момент, когда значение угла p = -(g, N сигнал системы управления включает муфту 13. В 10 момент, когда значение угла Ч = -Я,, сигналы системы управления включают муфты 14 и 17 и выключают двигатель

9. В итоге получены перемещения (=

= -ц, и (, =4, 15

В этом случае происходят процессы, аналогичные процессам в предыдущем случае, только перемещения звена 2 и С вЂ” (, направлены и обрачную сторону. 20

Таким образом в этих способах из исходного положения, т.е. (; = с,, = (,, выходной вал 4 и звено 2 могут переместиться одним маятниковым движением в люоую позицию рабочего 25 диапазона.

Б качестве исходного может быть выбрано положение, при котором при этом выходной вал

4 и звено 2 могут перемещатвся одним маятниковым движением в любую позицию в пределах того же самого диапазона.

Таким образом, в любой из позиций звена 2 угол равен (, или -(,. При использовании дополнительных управляемых муфт 22 с маховиками 23 манипу35 лятор работает следующим образом.

В исходном положении муфты 22 включены. При вращении ротора 10 или статора 11 маховики 23 увеличивают 40 моменты инерции кинематических цепей, совершающих маятниковое движение. В результате увеличивается время перемещения или уменьшается скорость перемещения. Если от системы управ45 ления поступают управляющие сигналы, которые выключают некоторые из муфт

22, то скорость перемещения возрастает в соответствии с уменьшившимся

Кроме того, возможен и другой способ управления манипулятором.

В исходном положении муфта 22 включена т.е. к ротору 10 подсоединен ф ° °

55 маховик 23. Начинается перемещение аналогично рассмотренным случаям. В момент, когда величина угла у станет равна q = g Н (Н вЂ” некоторый коэффи1

26 8 циент, причем 0 (Н с 1), сигнап системы управления выключит муфту 22. Маховик 23 продолжает вращаться по . инерции с некоторой угловой скоростью

03, Ротор 10 продолжает двигаться с ускорением до угла Ч> = О, а затем с замедлением до угла q = -q, Н. В момент, когда величина угла Cg станет равна g = — Ц, Н, угловая скорость ротора 10 станет равной ц, сигнал системы управления включит муфту 22.

Маховик 23 опять вращается совместно с ротором 10. В этом случае скорость перемещения возрастет, причем на среднем участке перемещения.

При изменении Н от нуля до едипицы происходит увели -.ение участка перемещения с больше;. скоростью.

Если для и ;фт 22 заданы разные значения Н, то получится сложное движение звена 2.

Перемещение звена 3 происходит аналогично перемещению звена 2. Если одновременно совершать сложные движения звеньев 2 и 3, та можно получить разнообразные траектории движения исполнительного органа.

При использовании датчиков 24 и 25 угловой скорости система управления получает дополнительно электрические сигналы соответственно (и С, которые соответствуют измеренным датчиками значениям угловых скоростей (и

cf. Сигналы(, (g в совокупности с сигналами (/, (позволяют системе управления в самом начале перемещения определить соотношение момента инерции неизвестного rpysa, перемещаемого манипулятором, с моментом инерции кинематических цепей манипулятора и благодаря этому определить величины коэффициентов М, Н для точного выполнения заданного перемещения. Кроме того, сигналы с, < в совокупности с сигналами (1>, (позволяют системе уп-, равления более точно дозировать энергию двигателю 9 для восполнения потерь энергии манипулятора.

В зависимости от требуемых степеней свободы исполнительного органа манипулятор может иметь необходимое число его приводов, имеющих аналогичную конструкцию.

Формула изобретения

1. Манипулятор, содержащий установленный на основании исполнительный

1404326

Составитель Ф.Майоров

Техред И.Верес Корректор Л,Патай

Редактор Л.Гратилло

Заказ 3037/17

Тираж 908 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 орган с приводами его перемещения, каждый из которых включает двигатель, кинематическую цепь для связи двигателя с исполнительным органом, упру5 гни элемент и систему управления, отличающийся тем, что, с цЕлью расширения технологических возможностей за:счет обеспечения возможнОсти позиционирования исполнительно- 10 гО органа в любой точке рабочей зоны манипулятора и повышения надежности

ef о работы, каждый из приводов снабжен

-сфязанными с системой управления двумя датчиками угловых перемещений, один и3 которых установлен между выходным валом кинематической цепи и основанием, а другой — между ротором и статором двигателя, и четырьмя управляемыми муфтами, две из которых связывают Ротор соответственно с основанием и с выходным валом кинематическои цепи, а две другие связывают статОр также соответственно с основанием и с выходным валом кинематической цепи, при этом упругий элемент зак реплен между статором и ротором двигателя, а двигатель установлен на основании с возможностью вращения статора и ротора вокруг их общей оси.

2. Манипулятор по п.I о т л ич а ю шийся тем, что каждый привод снабжен по крайней мере двумя дополнительными управляемыми муфтами и двумя маховиками, при этом одна из дополнительных муфт установлена между ротором двигателя и одним из маховиков, а другая — между статором двигателя и другим маховиком.

3. Манипулятор по пп.1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что каждый привоц содержит соединенные с системой управления два датчика угловой скорости, один из которых установлен на выходном валу кинематической цени, а другой — между ротором и статором двигателя.