Рука манипулятора

 

Использование: область робототехники. Цель изобретения - расширение технологических возможностей и упрощение конструкции , Рука выполнена в виде звеньев 2-5, соединенных шарнирно и связанных трособлочными передачами. В последних имеются промежуточные блоки 17, 18, связанные с приводом и установленные попарно на скользящей каретке 19. При необходимости повернуть звено 4 против часовой стрелки при неизменном относительном положении звеньев 2, 3 и 5 включают индивидуальный привод звена 4. Приводы звеньев 2, 3 и 5 заторможены. Длина первого троса 10 трособлочной передачи 9 уменьшается . Под действием движущегося конца троса 10 основной блок 12 также вращается против часовой стрелки, Первый промежуточный блок 17 при этом вращается против часовой стрелки, а его ось перемещается вдоль звена 2 в направлении первого звена, в связи с тем, что второй конец троса 10 закреплен неподвижно. При необходимости повернуть звено 4 в обратном направлении (по часовой стрелке) выходной элемент привода вращается также по часовой стрелке. Трособлочная передача 26 становится передачей прямого движения, а трособлочная передача 9 - обратного движения, и работа их аналогична вышеописанной. Вращение звеньев 3 и 5 производится аналогично описанной . 1 ил. Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (5()5 В 25 J 1/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4745127/08 (22) 04.10,89 (46) 30.09.92. Бюл. ¹ 36 (71) Магнитогорский горно-металлургический институт им. Г, И, Носова и Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение им, В. И. Ленина (72) Ю, Е. Галямшин, Н, П. Коркин, Г. И.

Крохин, И. М, Кутлубаев, А. Н. Макаров, И, Г. Усов и А. О. Харитонов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1306705, кл, В 25 J 1/02, 1985. (54) РУКА МАНИПУЛЯТОРА (57) Использование; область робототехники.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей и упрощение конструкции, Рука выполнена в виде звеньев 2-5, соединенных шарнирно и связанных трособлочными передачами. В последних имеются промежуточные блоки 17, 18, связанные с приводом и установленные попарно на скользящей каретке 19. При необходимости повернуть звено 4 против часовой стрелки при неизменном относительном положении звеньев 2, 3 и 5 включают индивидуальный привод звена 4. Приводы звеньев 2, 3 и 5 заторможены. Длина первого троса 10 трособлочной передачи 9 уменьшается, Под действием движущегося конца троса 10 основной блок 12 также вращается против часовой стрелки, Первый промежуточный блок 17 при этом вращается против часовой стрелки, а его ось перемещается вдоль звена 2 в направлении первого звена, в связи с тем, что второй конец троса 10 закреплен неподвижно, При необходимости повернуть звено 4 в обратном направлении (по часовой стрелке) выходной элемент привода вращается также по часовой стрелке.

Трособлочная передача 26 становится передачей прямого движения, а трособлочная передача 9 — обратного движения, и работа их аналогична вышеописанной. Вращение звеньев 3 и 5 производится аналогично описанной. 1 ил.

1764982

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

Известен манипулятор с большим числом степеней подвижности, имеющий в своем составе вращательные кинематические пары, оси которых перпендикулярны продольной оси звена.

Конструкция этого манипулятора является сложной, вследствие наличия индивидуального силового привода, подводимого через гибкие тяги к каждому приводимому в движение звену, Известна рука манипулятора, содержащая привод и звенья. кинематически связанные трособлочными передачами, причем оси блоков трособлочных передач располагаются свободно между осями шарниров;

Такое исполнение руки манипулятора снижает технические возможности руки, так как не позволяет обеспечить кинематическую развязку движений звеньев, что ухудшает управляемость в реальном масштабе времени и, следовательно снижается производительность манипулятора. Наличие свободных подвижных блоков увеличивает время позиционирования рабочего органа манипулятора иэ-за их раскачки, Наиболее близкой по технической сути является рука манипулятора, выполненная в виде последовательно соединенных шарнирами звеньев, кинематически связанных посредством трособлочных передач с индивидуальными приводами, установленными на основании, а трособлочные передачи включают промежуточные блоки, расположенные свободно между осями шарниров, причем тросы соединены последовательно через систему блоков.

Недостатками данной конструкции являются низкие технологические возможности из-за наличия свободно висящих на тросах между осями шарниров блоков, которые являются источниками колебательных процессов при движении, и позиционировании, так как при их колебаниях происходит перераспределение натяжений в приводных тросах, что ведет к колебаниям соответствующих звеньев, Это приводит к увеличению времени позиционирования, а следовательно уменьшается производительность манипулятора, Целью изобретения является расширение технологических возможностей и упрощение конструкции.

Это достигается тем„что в конструкции руки манипулятора, содержащей ряд после5

55 довательно соединенных шарнирами звеньев, кинематически связанных с приводами, установленными на основании, посредством трособлочкых передач, включающих промежуточные блоки, расположенные между осями шарниров, причем тросы соединены последовательно через систему блоков, промежуточные блоки установлены попарно с возможностью вращения их осей на каретке, а каретка связана поступательной парой с направляющей, расположенной параллельно продольной оси звена. При этом первый трос каждой трособлочной передачи одним концом закреплен на выходном элементе соответствующего привода, другим концом — на основании и охватывает средней частью первый со стороны привода промежуточный блок, а второй трос одним концом закреплен на соответствующем звене, другим концом — на предыдущем звене и охватывает средней частью второй со стороны привода промежуточный блок, На чертеже изображена кинематическая схема руки манипулятора, Рука манипулятора состоит из основания 1, на котором установлены подвижные звенья 2-5, На звене 5 закреплен рабочий орган 6, С основанием 1 и между собой звенья соединены шарнирами 7. Приводы установлены на основании 1 (на чертеже не показаны).

Выходное звено каждого привода связано посредством трособлочной передачи с соответствующим подвижным звеном, причем аналогичные трособлочные передачи обеспечивают прямые и обратные движения звеньев. Так выходной элемент привода

8 посредством трособлочной передачи 9 прямого движения и обратного движения 26 связан со звеном 4 (аналогичные передачи прямого и обратного движения остальных звеньев не показаны), Каждая передача представляет собой последовательно соединенные через систему блоков два троса. Трособлочная передача 9 состоит из тросов 10 и 11, основных блоков 12-16 и промежуточных блоков 17, 18. Последние установлены на каретке 19 с возможностью вращения их осей, Ось блока

17 через вилку 22 связана сферической парой 23 с кареткой 19, а ось блока 18 через вилку 24 связана сферической парой 25 с кареткой 19.

Каретка 19 связана поступательной парой 20 с направляющей 21, расположенной параллельно продольной оси звена 2, Первый трос 10 трособлочной передачи

9 закреплен одним концом на выходном элементе привода 8, другим — на основании

1, огибает во встречных направлениях ос1764982 новные блоки 12 и 13, а своей средней частью — первый промежуточный блок 17.

Второй трос 11 одним концом закреплен на звене 4, другим — на предыдущем звене 3, охватывает блок 16 и во встречных направлениях — основные блоки 14 и 15, своей средней частью огибает второй промежуточный блок 18.

Механическая передача 26 для обеспечения вращения звена 4 в противоположную сторону и механические передачи, обеспечивающие прямое и обратное движение остальных звеньев, выполнены аналогично.

Индивидуальный привод звена 2, связанного шарниром 7 с основанием, располагается непосредственно на. основании, поэтому необходимости в кинематической развязке в приводе звена 2 нет, Прямое и обратное движение звена 2 осуществляется известными механическими передачами (например, зубчатыми или тросовыми без развязки).

Трособлочная передача, обеспечивающая передачу движения звену 3 (второму звену со стороны основания), имеет в своем составе на один, второй, подвижных блок меньше по сравнению со всеми остальными передачами, обеспечивающими передачу движения последующим звеньям.

Рука манипулятора работает следующим образом.

При необходимости повернуть звено 4 против часовой стрелки при неизменном относительном положении звеньев 1, 2, 3 включают индивидуальный привод звена 4, приводы звеньев 2 и 3 заторможены, Вращается выходной элемент привода 8 против часовой стрелки, длина первого троса 10 трособлочной передачи 9 уменьшается. Под действием движущегося конца троса 10 основной блок 12 вращается против часовой стрелки. Первый промежуточный блок 17 при этом вращается против часовой стрелки, а его ось перемещается вдоль звена 2 в направлении первого звена, в связи с тем, что второй конец троса 10 закреплен неподвижно, 3а счет соединения оси блока 17 через вилку 22 и сферическую пару 23 с кареткой, а каретки через поступательную пару 20 — с направляющими 21 звена 2, каретка перемещается вдоль продольной оси звена 2 по направлению к звену 1.

За счет соединения каретки 19 через сферическую пару 25 и вилку 24 с осью второго подвижного блока 18 ось последнего также перемещается вдоль продольной оси звена 2 по направлению звена 1. Движение блока 18 сопровождается его вращением

55 относительно своей оси против часовой стрелки, так как ветвь троса 11, охватывающая блок 15, закреплена на звене 3, неподвижном в данный момент, За счет вращения блока 18 происходит перепускание троса 11 относительно этого блока, при этом ветвь, охватывающая блоки 14 и 16, движется вдоль звеньев 2 и 3 в направлении звена 1.

Так как конец этой ветви закреплен на звене

4 и, кроме того, ветвь удалена от оси 27 на расстояние, равное половине диаметра блока 16, то это обеспечивает создание движущего момента относительно оси 27, обеспечивающего вращение звена 4 относительно этой оси против направления вращения часовой стрелки.

При вращении звена 4 против часовой стрелки ветвь троса 28 трособлочной передачи обратного движения, закрепленная на звене 4 и охватывающая блоки 29, 30 во встречном направлении по сравнению с ветвью 11 трособлочной передачи прямого движения, перемещается вдоль звеньев 2 и

3 в направлении от звена 1, при этом блоки

29 и 30 вращаются против часовой стрелки, Так как второй конец троса 28 закреплен на звене 3, то перепускаясь через второй подвижный блок 31, установленный на каретке

33, он заставляет вращаться блок 31 против часовой стрелки и перемещает его ось вдоль звена 2 в направлении от звена 1. При этом каретка 33 и ось первого подвижного блока

32 передача обратного движения перемещаются в направлении от звена 1.

Величина перемещения каретки 33 в направлении от звена 1 равна величине перемещения каретки 19 передачи прямого движения в направлении к звену 1 за счет равенства укорочения длины ветви 10 прямой передачи и удлинения ветви 26 обратной передачи, так как они кинематически связаны через выходной элемент привода 8.

При необходимости повернуть звено 4 относительно оси 27 в обратном направлении по часовой стрелке выходной элемент привода 8 вращается по направлению часовой стрелки, Трособлочная передача 26 становится передачей прямого движения, а трособлочная передача 9 — обратного движения. и работа их аналогичная вышеописанной, При вращении звена 2 (приводы звеньев 3 и 4 заторможены против часовой стрелки относительно оси 34 одна ветвь троса 10, обеспечивающая передачу движения звену

4, свивается с блока 12, а вторая ветвь троса

10 навивается на блок 13, Вследствие равенства диаметров блоков 12 и 13 длина свиваемой части ветви троса 10 равна длине навиваемой части ветви троса 10, Так как

1764982

20

35

45

50 свиваемые и навиваемые ветви принадлежат одной и той же трособлочной передаче, то изменение длин ее частей взаимно компенсируется, При этом блок 17 вращается по часовой стрелке, а ось блока 17 остается неподвижной относительно звена 2.

Следовательно каретка 19 и ось блока

18 не перемещаются вдоль звена 2. Блоки

18, 14, 15 и ветвь троса 11 остаются неподвижными, что обеспечивает отсутствие вращения звена 4 относительно звена 3 вокруг оси 27. Одновременное свивание и навивание ветвей одного и того же троса обеспечивается за счет того, что точки схода этих ветвей с блоков расположены с разных сторон от оси, на которой установлены блоки.

Компенсация изменения длины первого троса 26 обратной трособлочной передачи в данный момент происходит аналогично компенсации длин ветвей троса 10.

Таким образом, при вращении звена 2 относительно звена 1 вокруг оси 34 положение звена 4 относительно звена 3 и 1 не меняется, т.е, обеспечивается кинематическая развязка звеньев, При вращении звена 3 относительно звена 2 (приводы звеньев 2 и 4 заторможены) вокруг оси 35 против часовой стрелки одна ветвь троса 11, обеспечивающего передачу движения звену 4, свивается с блока

14, а вторая навивается на блок 15, Вследствие равенства диаметров блока 14, 15 и так как свиваемые и навиваемые части принадлежат одному тросу 11, то изменение длин его частей взаимно компенсируются.

При этом блоки 18, 14 и 15 вращаются против часовой стрелки. Блок 16, а также ось блока 18 остаются неподвижными. Кроме того, ось блока 17 остается неподвижной, так как привод звена 2 заторможен, т,е. выходной элемент привода 8 неподвижен, следовательно каретка 19 неподвижна относительно звена 2, что обеспечивает отсутствие вращения звена 4 относительно звена 3 вокруг оси 27.

Компенсация изменения длины второго троса 28 трособлочной передачи обратного движения в данный момент происходит аналогичным образом, Таким образом, развязка движения звена при заторможенном его приводе обеспечивается при движении всех предыдущих звеньев, что обеспечивает возможность использования руки манипулятора на технологических операциях, требующих повышенной точности движений.

Вследствие идентичности трособлочных передач для остальных звеньев процесс компенсации изменения длин ветвей тросов, обеспечивающий развязку движений, аналогичен.

Установка промежуточных блоков на каретку с возможностью вращения их осей позволяет обеспечить самоустановку блоков при натяжении тросов трособлочных передач. Это достигается за счет использования сферических пар, что позволяет получить надежную работу узла, так как перепускание канатов происходит строго по касательной к блокам.

Связь каретки поступательной парой с направляющей позволяет уменьшить виброактивность манипулятора за счет кинематического замыкания подвижных блоков через каретку на корпус звена. В этом случае ликвидируются свободно висящие на тросах трособлочных передач блоки и колебания промежуточных блоков при пусках и торможениях передаются не на тросы, что может приводить к перераспределению натяжения в них колебаниям приводимых ими звеньев, а на корпус одного звена. Это приводит к уменьшению времени позиционирования, а следовательно к увеличению производительности манипулятора, Установка промежуточных блоков попарно между осями по крайней мере двух шарниров на каретку и связь каретки поступательной парой с направляющей, расположенной параллельно продольной оси звена и выполнение трособлочной передачи, когда первый трос одним концом закреплен на выходном элементе соответствующего привода, другим концом на основании и охватывает средней частью первый со стороны привода промежуточный блок, а второй трос этой же трособлочной передачи одним концом закреплен на приводимом в движение этой передачей звене, другим концом закреплен на предыдущем звене и охватывает средней частью второй со стороны привода промежуточный блок, позволяет обеспечить кинематическую развязку движения звеньев.

Это обусловлено тем, что при движении звеньев, расположенных со стороны привода до звена с кареткой, включая и его, компенсация изменения длины ветвей каждого троса,.проходящего через шарниры, осуществляется за счет перепускания его ветвей через первый подвижный блок, а при движении последующих звеньев компенсация изменения длины ветвей каждого троса, проходящего через последующие шарниры, осуществляется за счет перепускания его ветвей через второй подвижный блок. При этом появляется возможность управления в реальном масштабе времени, что расширяет технологические возможности за счет по1764982

Формула изобретения

Рука манипулятора. содержащая основание, последовательно соединенные шарнирами звенья, кинематически связанные с приводами, установленными на основании, Составитель Ю,Галяшмин

Техред М.Моргентал Корректор С.Пекарь

Редактор Л,Народная

Заказ 3343 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 зышения производительности манипулятора.

Установка подвижных блоков попарно на каретку, а кареток по крайней мере — на одном звене позволяет снизить массы остальных подвижных звеньев за счет ликвидации промежуточных блоков между их осями. Это позволяет увеличить углы относительного поворота звеньев, особенно коротких, и делает предлагаемую конструкцию манипулятора более экономичной за счет снижения потребляемой энергии вследствие уменьшения масс звеньев. Кроме того, снижается общее количество подвижных блоков и количество мест соединения тросов трособлочных передач, что упрощает конструкцию манипулятора. трособлочные передачи, включающие промежуточные блоки, расположенные между осями шарниров, и тросы, соединенные последовательно через систему блоков, при5 чем первый трос каждой передачи одним концом закреплен на выходном элементе соответствующего привода, а другим концом — на основании и охватывает средней частью первый со стороны привода проме10 жуточный блок, отличающаяся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и упрощения конструкции, она снабжена направляющими с установленными на них каретками, на которых по15 парно расположены с возможностью их вращения промежуточные блоки, а направляющие размещены на звеньях вдоль их продольной оси, при этом второй трос каждой трособлочной передачи одним концом

20 закреплен на соответствующем звене, а другим — на предыдущем звене и охватывает второй со стороны привода промежуточный блок.