Манипуляционная система
„„5JJ 1784451 А1 союз советских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4 2 (21) 4851460/08 космоса, подземных, высотных, послеава- (22) 16.07.90 рийных. Приводы включают двигатель 9, ре(46) 30.12.92, Бюл. М 48,, дуктор 10, датчик 8, обьединенные в общий (71) Ленинградский политехнический инсти- мобильный блок, имеющий возможность петут им. M.È.Êàëèíèíà ремещения по звейьям 3 манипулятора, а (72) А.Н.Тимофеев также поочередной стыковки с его шарнира(56) Марш П. и др. Не счесть у робота про- . ми 4, оснащенными управляющими тормофессий, (Пер. с англ.)/Под ред, В.С.гурфин- зами 5. Перемещение осуществляется по келя. М.: Мир, 1987, с. 132-143. направляющим или перешагиванием по (54) МАНИПУЛЯЦИОННАЯ СИСТЕМА . шарнирам. Мобильный блок оснащен сред(57) Использование: при создании средств ством его фиксаций на шарнирах, приводаманипулирования для технологических, ми тормозов, средствами стыковки с монтажных, ремонтйых и контрольных ра- управляющими и энергетическими каналабот в экстремальных условиях открытого ми манипулятора. 11 з.п. ф-лы, 15 ил, 1784451 Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании средств манипулирования для монтажных, строительных, ремонтных и контрольных операций в экстремальных ус- 5 ловиях. В качестве прототипа предполагаемого изобретения выбрана дистанционно управ- . ляемая манипуляционная система транспортного космического корабля 10 многоразового йспользования. В этом манипуляторе звенья большой протяженности соедййены кинематическими парами, оснащенными редукторами, двигателями и датчиками обратных связей.. 15 К недостаткам подобной системьгOTHGсятся значительные габариты и массы конструкции и большие затраты энергии на их перемещение. Длинные звенья снижают достйЖймую точность позиционирования. Ми- 20 нимиз-ация степ еней подвижности ограничивает маневренность системы. Наиболее ответственные компоненты — привода манипулятора непрерывно находятся под воздействием агрессивных сред — низ- 25 ких температур, вакуума, радиацйи и т.п, Это снижает надежность системы, Встроенное оформление приводов затрудняет их ремонт, Целью изобретения является уменьше- 30 ние массы, габаритоэ; стоимости, -"энергопотребления, расширения функциональных возможностей, гибкости и майевренности, повышение несущей способности, точности, жесткости, устойчивости к воздействию 35 агрессивных сред эа счет многоцелевого использования мобильного приводного устройства. С этой целью в манипуляционной систе- ме с мобильным приводом, содержащей ма- 40 нипулятор со звеньями, соединеннымй кинематическими парами, и устройства приводов, включающие.двигат йь ; редуктор с выходнйм звеном, тормоз и корйус, по меньшей мере часть приводов объединены 45 в общий мобильный блок, выполненный с возможностью перемещения по манипулятору, поочередного взаимодействия.и при вода в двйжение кинематических пар манипулятора, оснащенный управляемыми 50 тормозами. мобильный блок содержит приводной узел, выходное звено которого оснащено стыковочным устройством, выполненным с возможностью взаимодействия и однознач- 55 ной фиксации на компонентах шарниров манипулятора; мобильный блок оснащен схватом, на пальцах которого установлены ролики, выполненные с возможностью взаимодействия и перемещения по направляющим, установленным на звеньях манипулятора, причем по меньшей мере часть роликов соединены с приводом, а схват связан с приводным блоком дополнительным манипулятором; мобильный блок содержит два приводных узла с параллельными осями вращения выходных звеньев; корпуса приводных узлов связаны с возможностью перемещения вдоль осей вращения выходных звеньев; длины звейьев манипулятора равны расстоянию между осями выходных звеньев мобильного блока; на звеньях манипулятора размещены дополнительные базирующие поверхности, выполненные с возможностью взаимодействия со стыковочными устройствами приводных блоков и удаленные от шарниров манипулятора на дистанцию, равную расстоянию между осями вращения выходных звеньев приводных узлов; мобильный блоку оснащен дополнительным приводным устройством, выходное ведущее звено; которого выполйено с воэможностью взаимодействия и перемещения входных ведомых звеньев тормозов кинемэтических пар манипулятора одновременно с фиксацией стыковочного утсройства мобильного блока на манипуляторе; приводной узел оснащей двумя устройствами стыковки, выполненными с воэможностью одновременной однозначной фиксации выходного ведущего звена и корпуса приводного узла, соответственно, относительно вала и втулки шарнира манипулятора, стыковочное устройство мобильного блока оснащено зажимными элементами, выполненньыми с возможностью взаимодействия и перемещения входных ведомых звеньев тормозов кинематических пар манипулятора одновременно с взаимодействием базирующих поверхностей вы шеупомя нута го стыковочного устройства с манипулятором; кинематические пары манипулятора выполнены в виде кинематических соединений с по меньшей мере двумя степенями свободы; ° мобильный блок оснащен средствами измерения положения смежных звеньев манипулятора относительно своего корпуса и выходного звена; на манипуляторе размещены коммуникации и разьемы каналов управления и энергетического питания мобильного блока, а стыковочные устройства последнего оснащены ответными разьемами, выполненны1784451 ми с возможностью взаимодействия и сты- возможностью взаимодействия и привода ковки с вышеупомянутыми разъемами ма- в движение кйнематических пар манипулянипулятора;, тора. приводной узел оснащен по меньшей Средство 6 перемещения мобильного мередвумя выходными звеньями Coстыко; 5 блока2выполненосвозможностьюпереновочными устройствами. связанными разде- са приводных узлов 7 и поочередной прилительными механическими передачами; стыковки к компонентам (валу или втулке) входные ведомые звенья манипулято- кинематических пар манипулятора. Реалира, выполненные с возможностью взаимо- . зация средства передвижения 6 возможна действия и перемещения стыковочными 10 на основе различных принципов. устройствами мобильного блока, соедине- Например, каретка 13 с приводными poHbl с кинематическими парами манипулято- ликами 14, опирающимися на направляюра механическими передачами; щие 15, установленные на звеньях содержит по меньшей мере два манипу- манипулятора (фиг. 2). Для обхода шарнира лятора; . 15 манипулятора неприводные ролики 16 уста. содержитпоменьшеймередвамобиль-, новлены на качающемся пальце 17, оснаных блока; щенным своим приводом 18. Каретка мобильный блок оснащен средством связана с приводным узлом 7 двухстепендля транспортирования, ным дополнительным майипулятором 19, Нафиг.1 — показана принциальнаяфун- 20 Малые габариты, масса и простота мокциональная схема манипуляционной сис- бильного блока достигается при его перетемы с мобильйым приводом (МСМП); на движении по манипулятор фи . 2 — средство перемещения приводного перешагиванием, Такой мобильный блок сог. манипулятору узла по; на фиг. 3 — МСМП с держит два приводных узла 7 с параллель. мобильным блоком, содержащим два при- 25 ными осями вращения выходных звеньев водных узла, а — вид сбоку, б — план; на фиг. 11, оснащенных стыковочными устройства4 — МСМП с дополнительным приводным ми 12 (фиг. 3). Последние выполнены с возустройством тормозов кинематических пар; можностью взаимодействия и однозначной на фиг. 5 — МСМП с приводом тормозов от фиксации на компонентах шарниров 4 мастыковочного устройства; на фиг. 6 — МСМП 30 нипулятора — валах или втулках. Причем для с измерением положения звеньев манипу- облегчения стыковки с манипулятором корлятора; на фиг, 7 — схема измерения поло- пуса приводных узлов связаны с возможножения звеньев манипулятора; на фиг. 8 — стью перемещения вдоль осей вращения коммуникации и разъемы каналовуправле- выходных звеньев 11. Подобная связь мония и энергетического питания мобильного 35 жет реализоваться поступательной парой блока; на фиг, 9- МСМП с двумя выходными или ее шарнирно-рйчажнИм аналогом. звеньями приводного узла;- на фиг. 10 — . МСМП с передачами, встроенными в шар- Длина звеньев манипулятора, равнаа ниры манипулятора; на фиг. 11 — МСМП с расстоянию R междуосями выходныхзвеньдвумя мобильными блоками; на фиг, 12 — 40 ев11 мобильного блока наиболее благоприМСМП для вывода технологического мани- ятна для полного использования пулятора в рабочую зону; на фиг, 13 — МСМП воэможностей приводного блока и удобства для вывода человека-оператора в рабочую его стыковки с манипулятором (фиг. Зб). Иэ зону на поверхности объекта-носителя; на компоновочных йли функциональных сообфиг. 14 — МСМП для перемещения тяжелых 45 ражений длины звеньев манипулятора мообъектов;нафиг.15 — стадии приводамани- гут отличаться от межосевого расстояния пулятора мобильным блоком. мобильного блока. В этом случае на звенья Манипуляционная система с мобиль- манипулятора размещаются дополнительным приводом(МСМП)образованаманипу- ные базирующие поверхности 20, выполлятором 1 и мобильным блоком 2 (фиг.-1). 50 ненные с возможностью взаимодействия со Манипулятор состоит из звеньев 3, соеди- стыковочными устройствами 12 приводных иенных кинематическими парами 4, напри- блоков 7. Эти поверхности 20 удалены от мер, поступательными направляющими или шарниров 4 манипулятора на дистанцию, шарнирами, оснащенными управляемыми равную расстоянию R между осями вращетормозами 5. Мобильный блок включает 55 ния выходных звеньев 11 приводных узлов средство 6 для перемещения по манипуля- 7. Они подобны по размерам и форме стытору и приводной узел 7, содержащий дат- ковочным поверхностям шарниров майипучики 8 обратных связей, двигатель 9, лятора и выполнены с возможностью редуктор 10Ä 11 стыковоч- однозначной фиксации на них стыковочных ное устройство 12. Последнее выполнено с устройств мобильного блока. з 1784451 2.0 В корпусе 21 приводногоузла на опорах 22 вращения установлено выходное ведущее звено — стакан 23 (фиг. 4). На этом корпусе закреплены также двигатель 9 с датчиком положения и скорости 8, Редуктор, в данном примере волновой, состоит из неподвижного жесткого зубчатого колеса 24 корпуса 21, подвижного жесткого зубчатого колеса 25 стакана 23, гибкого зубчатого колеса 26 с генератором деформаций 27 на валу двигателя 9, Стыковочное устройство выходного звена образовано базирующими поверхностями и зажимным механизмом; Базирующие поверхности включают фланец 28 гладкий или с мелкими зубьями и базирующий поясок 29 с конической заходной частью. Для центрирования и угловой фиксации в плоскости фланца на нем могут быть размещены также базирующие штифты 30, Зажимной механизм включает двига- тель 31 с редуктором 32, стакан 33 с кулачковыми профилями, промежуточная плита 34, выходная плита 35 с зажимными элементами 36 в виде крюков, Последние установлены в опорах вращения 37 на выходной плите 35 и пружинами 38 прижаты к радиальному кулачковому профилю 39 стакана 33. Выходная плита 35 на тарельчатых пружинах 40 подвешена на промежуточной плите 34. Последняя роликами 41 опирается на торцевой профиль 42 стакана 33 и поступательной йарой 43 зафиксирована от поворота. Профильный стакан 33 зубчатыми пере.дачами 44 связан с выходом редуктора 32, например, планетарного. Фланец 28, базирующий поясок 29 и базирующий штифт 30 выполнены с возможностью взаимодействия и однозначной фиксации на ответных базирующих поверхностях вала 45 шарнира манипулятора, включающих фланец 46, охватываемый базирующий поясок 47 и отверстия 48 под базирующий штифт. Корпуса 21 приводных узлов связаны двумя звеньями 49 на шарнирах 50, образующими параллелограммный механизм, в диагональ которого встроей привод осевой подвижности, включающий двигатель 51, червячную передачу 52, передачу винт-гайка 53, упругий компенсатор 54 и тягу 55, Управляемые тормоза шарниров 4 манипулятора могут быть оснащены индивидуальными встроенными приводами. Однако более целесообразно их объединить и перенести на мобильный блок, Такой мобильный блок оснащен дополнительным приводным устройством, выходное ведущее звено 56 которого выполнено с возможностью взаимодействия и перемещения входных ведомых звеньев 57 тормозов кинематических пар 4 манипулятора одновременно с фиксацией стыковочного устройства 28, 29, 30. 36 на манипулятор 46, 47, 48. Звенья 56 и 57 выполнены в виде сопрягаемых полумуфт сцепления. Тормоз смежных звеньев 58 и 59 манипулятора образован фрикционными фланцами 60, 61, 62, зажимным фланцем 63, диском 64 и винтом 65, связанным с полумуфтой 57. Фланец 62 установлен на звене 58,с возможностью осевого перемещения, например, на упругой мембране, Перемычки, связывающие фланец 63 и диск 64, проходят сквозь пазы в вале 45, Выходное ведущее звено 56 привода тормоза через подпружиненное шлицевое соединение 66 и зубчатые передачи 67, редуктор 68 связано с двигателем 69, размещенным в стакане 23, Конструкция первого и левого приводного узла мобильного блока, и соответственно обозначения позиций элементов здесь . идентичны, Для повышения точности позиционирования манипулятора и разгрузки мобильного блока его приводные узлы оснащены двумя устройствами стыковки (фиг. 5). Стыковочное устройство выходног0 звена полностьа совпадает с выше описанным и содержит фланец 28, базирующий бурт 29, штифт 30, двигатель 31, редуктор 32, стакан 33, промежуточную плиту 34, выходную плиту 35,.зажимные элементы 36. Оно выполнено с возможностью однозначной фиксации на базирующих поверхностях 46, 47, 48 вала 45 шарнира манипулятора, Кроме того у приводного блока имеется еще одно стыковочное устройство. Оно устроено подобно первому и содержит фланец 70, базирующий бурт 71, штифт 72, двигатель 73, редуктор 74, стакан 75, выходную плиту 76, зажимные элементы 77, Последние установлены в опорах вращения 78 на выходкой плите 76 и пружинами 79 прижаты к кулачковому профилю 80 стакана 75. Выходная плита 76 роликами 81 опирается на торцевой профиль 82 стакана 75 и поступательной парой 83 зафиксирована от поворота, Профильный стакан 75 зубчатыми передачами 84 связан с выходом редуктора 74, установленного вместе с двигателем на корпусе 21 приводного блока, Фланец 70, базирующий.пояском 71 и штифтом 72 выполнены с возможностью взаимодействия и однозначной фиксации на ответных базирующих поверхностях втулки 85 шарнира манипулятора, включаю1784451 10 щих фланец 86.охватывающий базирующий жения звеньев манипулятора, например, поясок 87 и отверстие 88 под штифт. оптические. Зажимные элементы 77 выполнены с Система управления или пульт ручного возможностью взаимодействия и переме- управления, а также источники энергии мощения входных ведомых звеньев 89 тормо- 5 гут находиться непосредственно на мобильзов кинематических пар манипулятора ном блоке. Однако это не всегда возможно одновременно с взаимодействием базирую- или целесообразно из-за увеличения массы щих поверхностей 70, 71. 72 стыковочного и габаритов мобильного блока. Со стациоустройства с ответными базирующими по- нарной системой управления 107 и источниверхностями 86, 87, 88 манипулятора. 10 ком энергии мобильный блок может быть Тормоз смежных звеньев 58 и 59 мани- связан гибкими кабелями. Но они снижают пулятора образован фрикционными флан- маневренность мобильного блока и его нацами 60, 61, 62 и зажимным фланцем 63, дежность из-за непредвиденных конфигусвязанным тягами 90 с входными ведомыми раций. звеньями 89. Между зажимным фланцем 63 15 Для преодоления этих недостатков на и несущей конструкцией звена 58 размеещ- манипуляторе 1 размещены коммуникации ны тарельчатые пружины 91.. 108 и разъемы 109 каналов управления и Зажимные элементы 36 и 77 оформлены энергетического питания мобильного блока, в виде крюков со скошенной рабочей повер- а стыковочные устройства 12 последнего осхностью 92 и 93, выполненной с возможно- 20 нащены ответными разъемами 110, выполстью взаимодействия с также скошенными ненными с возможностью взаимодействия ответными поверхностями фланца 46 и и стыковки с вышеупомянутыми разъемами входных ведомых звеньев 89 тормозов, манипулятора. Между корпусом 21 и опорами 22 уста- Из компоновочных или функциональновлена пружина 94, выполненная с воз- 25 ных соображений часть кинематических пар можностью осевого смещения выходного манипулятора имеет ориентацию или половедущего звейа — стакана 23. жение, отличное от остальных кинематиче- Левыйприводнойузелмобильногобло- ских пар (фиг, 9). Для привода таких ка идентичен рассмотренному правоьф уз-" кинематических пар и расширения маневлу, 30 ренности мобильного блока по крайней меВ данном техническом решении одйо- ре один из приводных узлов оснащен двумя значная фиксация и удержание стыковочны- выходными звеньями со стыковочными устми устройствами приводного узла смежнйх ройствами 111 и 112, связанйыми разделизвеньев 58 и 59 манипулятора позволяет тельными механическими передачами 113, обойтись без опор вращения между нимй. 35 например, зубчатыми коническими. Здесь кинематйческая пара манипулятора Причем стыковочное устройство 112 вы- < выполнена в виде плоского трехподвижного полнено с возможностью взаимодействия и 1 кинематического соединения, образованно- поворота звена 114 манипулятора, ось враго фрикционными фланцами 60 и 61 смеж- щения которого в данном примере перпенных звеньев 58 и 59,40 дикулярна остальным кинематическим Для дальнейшего повышения точности парам манипулятора. Для стыковки с мопозиционирования манипулятора за счет бильным блоком ось звена 114 должна быть компейсации погрешностей стыковки при- перпендикулярна плоскости, проходящей водного узла; мобильный блок оснащен через оси ocHQBHblx выходных звеньев мосредствами измерения положения смежных 45 бильного блока. На фиг, 9 эта ось и стыкозвеньев 58 и 59 манипулятора относительно вочное устройство 112 условно развернуты своего корпуса 21 и выходного звена 23 в плоскость чертежа. (фиг. 6). Для привода особо нагруженных и точНа корпусе 2 приводного узла и выход- ных. а также нестандартно расположенных ном звене 23 установлены датчики 95, на- 50 кинематических пар в последние могут пример, индуктивные, выполненные с встраиваться дополнительные передачи. возможностью измерения положения бази- Часть входных ведомых звеньев 115 манирующих штифтов 96, размещенных на флан- пулятора, выполненные с возможностью цах 46, 86. Для полного определения взаимодействия и перемещения стыковочположения в плоскости на каждом из звень- 55 ными устройствами 12 мобильного блока 2, ев размещены по два штифта 97, 98 и 99; соединены с кинематическими парами 4 ма100. взаимодействующих с датчиками 101; нипулятора механическими передачами 102,.103, 104, 105, 106 (фиг, 7), Возможны и, 116, например, червячныМи (фиг. 10), Такие другиесредства-измерения реального поло- . передачи могут выполнять роль понижаю. щих редукторов или пространственной пе1784451 12 рекомпоновки. Поэтому они прежде всего встраиваются в кинематические пары близкие к неподвижному основанию и рабочему органу манипулятора. Для повышения быстродействия; мо- 5 бильности и расширения функциональных возможностей МСМП содержится два или более мобильных блоков 117 и 118, выполненных с возможностью поочередного и/илй одновременного взаимодействия и приведения в движение кинематических fiap 119, 120, 121, 122 манипулятора 1 (фиг. 11). С этой целью кинемэтическйе пары снабжаются двумя входны ми ведомыми звеньями 123 и 124, выполненными с возможностью взаимодействия со стыковочными устройствами 119 приводных блоков. " МСМП предназначены прежде всего для вывода в рабочую зону человека опера- тора, робота, технологического или конт- 20 рольного оборудования в экстремальных условиях. На базовом объекте-носителе 125, например транспортном средстве, установлен многозвенный манипулятор 1 с двумя мо- 25 бильными блокамИ 117 и 118 (фиг. 12). Конечное его звено снабжено узлом кисти 126 со сменными рабочими органами 127, Одна из степеней подвижности кисти имеет входное ведомое звено, выполненное с возможностью взаимодействия и перемещения мобильным блоком, Остальные привода кисти встроены в ее конструкцию. Часть кйнематйческйх пар манипулятора оснащена встроенными передачами 116, а их ориента- 35 ция отличается от остзльйых"шарййров мэнипулйторэ. Все кинемэтические пары манипулятора, за исключением части кистевых, не содержат собственных приводов и оснэ цены тормозами, Для расширения функциональных возмо>кностей мобильный блок может быть оснащен средством для транспортйроаания . 128 разлйчных объектов, и в том числе: че- 40 ловека-оператора 129, дополнительного 45 технологического манипулятора и другого ненных с возможностью размещения и фиксации первйосимых объектов. С мобильным блоком они связаны жестко или через 55 дополнительный стабилизирующий механизм с одной или несколькими степенями подвижности. Для восприятия значительных нагрузок при перемещении тяжелых объектов 128 си- . технологического оборудовайия, например, сварочного> окрасочного и т.п. Средство для . транспортирования оформлено в виде платформ, фланцев, площадок, размещенных эа 50 пределами рабочей зоны манипулятора, например, над прйводными блоками, и выполстема может содержать несколько манипуляторов 129, 130 и 131 (фиг. 14). Они образуют кинематически замкнутые механизмы, отличающиеся повышенной несущей способностью, жесткостью и точностью. Наиболее полно эти эффекты проявляются при задании положения объекта в пространстве шестью манипуляторами, раэворачиваемыми в прямые линии. Все манипуляторы могут оснащаться либо одним общим мобильным блоком, переходящим по дополнительным базирующим поверхностям 20, либо индивидуальными мобильными блоками.: .. Манипулационная система с мобильным приводом (МОМП) работает следующим образом. В исходном состоянии кинематические пары 4 манипулятора 1 зафиксированы тормозами 5, При необходимости изменения конфигурации манипулятора мобильный блок 2 с помощью средства для перемещения 6 подходит к.шарниру 4, стыкует с ним приводйой узел 7 (фиг. 1), Тормоз 5 отпускает и двигатель 9 при контроле датчиком 8через редуктор 10, выходное звено 11, стыковочное устройство 12 переводит звено 3 в новое требуемое положение, в котором затем фиксируется тормозом 5. Приводной узел 7 расстыкуется с этим шарниром и с помощью средства для перемещения 6 переносится к следующему шарниру. Так поочередно все звенья манипулятора 1 выводятся в новое требуемое положение; При перемещении приводного узла 7 к следующему шарниру приводом 18 отводится качающийся палец 17 с неприводным роликом 16 (фиг. 2), Манипулятором 19 и вращением корпуса приводного узла относительно зафиксированного на манипуляторе 1 стыковочного устройства 12 каретка 13 переносится через шарнир манипулятора и устанавливается роликами 14 нэ направляющие 15. К этим же направляющим приводом 18 с качающимся пальцем t7 поджимается неприводной ролик 16. Приводной узел 7 отпускает стыковочным устройством 12 шарнир 4 и приводными роликами 14 перемещается на каретке 13 rio направляющим 15 звена 3 манипулятора. Манипулятором 18 приводной узел 7 переносится через каретку 13 и устанавливается на очередной шарнир 4.: Мобильный блок 2 с двумя приводными узлами перемещается по манипулятору перешагиванием по шарнирам(фиг. 15) илидополнительным базам 20 (фиг. 3). В исходном состоянии мобильный блок пристыкован к манипулятору, тормоза расфиксированы. 13 1784451 Двигатель 9 через волновой редуктор приводного узла 133 вращается весь мо27, 26, 24, 25 вращает стакан 23 и через эле- бильный блок и левый приводной узел 132 менты стыковки 28, 46, 30, 48 поворачивает переносится к шарниру 136 (фиг. 15б). Тревал 45 звена 59 (фиг. 4,и 5). Угол поворота буемая соосность узла 132 и шарнира 136 контролируется человеком-оператором или 5 достигается либо программным управленидатчиком 8. Таким образом правый 132 иле- ем в соответствии с сигналом датчика 8, вый 133 приводные узлы могут одновременно либо по дополнительным датчикам или упоприводить в движение два шарнира 134 и 135 рам на звеньях манипулятора, либо ручным или 136 и 137 (фиг. 15). управлением. Затем шарниры фиксируются тормоза- 10 Бывший левый приводной узел 132 опуми. Двигатель 69 через цепь 68, 67, 66, 56, скается и его выходное звено-стакан 23 сты57 вращает винт 65; плита 64 и связанный с куется с валом 45 шарнира 136. ней фланец 63 зажимают фланец 61 звена Расстыкуется бывший правый приводной 59 между фланцами 60 и 62 звена 58, узел 133 от шарнира 135, поднимается, пеЛевый приводной узел 132 отстыкуется 15 реносится к шарнйру 137, опускается и стыот манипулятора. Двигатель 31 через пере- куется с последним. Корпус левого дачи 32, 44, вращает стакан 33 (фиг. 4). Ро- приводного узла 132 фиксируется на втулке лики 41 катятся по торцевым профилям 42, шарнира 136; Приводные узлы 132 и 133 промежуточная плита 34 и связанная с ней приводят в движение шарниры 136 и 137, через пружины 40 выходная плита 35, а так- 20 Все эти переходы осуществляются подобно же зажимные элементы 36 опускаются. По- выше описанным. следние скользят по радиальному Такая типовая последовательность пекулачковому профилю 39, сжимая пружины реходов характерна для приводных узлов со 38 сходятся, их скошенные рабочие поверх- стыковочными устройствами выходното звености 92 отходят от ответных поверхностей 25 на и корпуса, на фланце 70 которого имеютвала45. Фланец28выходногозвена23при- ся зубья или штифт 72. Если угловая водного блока перестает поджиматься к фиксация корпуса 21 относительно манипуфланцу 29 вала 45 звена 59. Аналогично лятора с помощью штифта 72 или зубьев расфиксируется корпус 21 приводного узла отсутствует, то возможны и другие алгорит(фиг. 5). Двигатель 73 через передачи 74, 84 30 мы работы мобильного блока, и s том числе вращает стакан 75. Ролики 80 катятся по последовательный поочередный привод торцевым профилям 82 и плита 76, а также шарниров 134, 135, 136, 137 с соответствусвязанные с ней зажимные элементы 77. ющим перемещением мобильного блока входные ведомые элементы 89, тяги 90, фла- каждый раз на один шаг. нец 63 опускаются, Пружины 91 зажимают 35 При необходимости повышения точнофланец 61 между фланцами 62 и 50, Шарнир сти позиционирования манипулятора в прозафиксирован тормозом. Зажимные эле- цессе стыковки или после ее завершения менты 77 скользят по радиальному профилю измеряется фактйческое положенйе вала 45 80. сжимая пружйны 79, отводят рабочие и втулки 85 смежныхзвеньевманипулятора поверхности 93 от входных ведомых звень- 40 58, 59 относительно выхода 23 и корпуса 21 ев 89. Пружина 94 приподнимает корпус 21, приводного блока (фиг. 6, 7). Датчики 101 и Фланец 70 и штифт 72 выходят из взаимо- 102, взаимодействующие с базовыми штифдействия с фланцем 86 и отверстием 88. тами 97 и 98 измеряют смещение втулки 85 Корпус 21 левого приводного блока также шарнира манипулятора по оси Y и углу а . отстыкован от манипулятора, ... 45 Датчик l06 по оси Х, Аналогично, датчики Левый приводной узел 132 поднимает- 104 и 105, взаимодействующие с базовыми ся. Двигатель 51 через червячную передачу . штифтами 99 и 100 измеряют смещение ва52 вращает винт 53, диагональ параллелог- ла 45 шарнира манипулятора по оси Y и углу рамма сокращается, звенья 49 поворачива- а А датчик 106 — по оси Х. Измеренные ются по часовой стрелке, приводной узел 50. таким образом погрешности стыковки приподнят, . - водного узла с манипулятором используютЗатем этот узел 132 переносится от ся для коррекции управления шарнира 134 к- шарниру 136. Аналогично манипулятором. выше описанному корпус 21 правого при- . Приводные блоки 7 е несколькими выводного узла 133 отстыкуется от манипуля- 55 ходными звеньями и стыковочными устройтора. Двигатель 9 через цепь 27, 24, 25, 26 ствами 111 и 112 могут как приводить в вращает корпус 21 правого приводного узла движение обычные кинематичвские пары 133 относительно выходного ведущего,зве- . манипулятора; так и шарниры со специфина-стакана 23, зафиксированного на вале ческим расположением или ориентацией шарнира 135. Вместе с корпусом 21 правого 1784451 10 30 40 виваемых моментов. Затем он стыкуется с шарнирами манипулятора, следующими по- 45 сле занятых первым мобильным блоком. Та(фиг. 9). Кроме того дополнительные стыковочные устройства 112 придают мобильному блоку способность пространственного маневрирования. После фиксации стыковбчного устройства 112 на шарнире или дополнительной базовой поверхности манипулятора мобильный блок может изменять свою ориентацию в пространстве. Процессы привода, перемещения и стыковки здесь подобны рассмотренййм выше, MCMP может выполнять манипуляционные функции в труднодоступных местах, значительно удаленных от исходной базы, прямой подход к которым недопускается различного рода препятствиями, Базовый объект 125, несущий компактно сложенный многозвенный манипулятор 1 фиксируется на основании обслуживаемого комплекса (фиг. 12). Мобильный блок 117 перешагиванием перемещается по манипулятору. ЧаСть лишних в данных работах звеньев, например, первые четыре, оставляются неразвернутыми. Мобильйый блок своими прйводными узлами стыкуется с пятым и шестым шарниром и одновременным координированным поворотом йятого и шестого звена поступательно или с разворотом перемещает всю-остальную сложенную часть манипулятора. Затем он переходит на шестой и седьмой шарнир и подобным образом разворачивает следующие шестое и седьмое звенья. Манипулятор в сложенном компактном аиде обходит препятствия и постепенно разворачиваясь движется к зоне выполнения технологической или контрольной операции. После выхода в рабочую зону первый мобильный блок 117 стыкуется с кистевым механизмом и близлежащим к нему шарниром манипулятора 1. Второй мобильный блок 118 может помогать первому для увеличения маневренности, скорости или разким образом на конце кинематической цепи с зафиксированными тормозами шарнирами образуется манипулятор с дистанционным, lloçèöèîííûì или контурным управлением. Четыре его степени подвижности приводятся в движение мобильными блоками 117 и 118. Дополнительные ориен- тирующие степени подвижности кисти либо поочередно приводятся мобильным блоком 1,17, либо оснащаются встроенными приводами. Такой четырех-шести степенной робот может выполнять монтажные. сборочные, сварочные, ремонтные и другие работы. При необходимости один или оба мобильных блока в средствах транспортирования 128 могут нести различные грузы, сменные рабочие органы 127 или расходуемые материалы, Подобный комплекс может выполнять различные работы в горных выработках, судовых отсеках, высотных металлоконструкциях, полуразрушенных в результате аварии промышленных или строительных конструкциях. Компактно свернутый манипулятор может храниться во внутреннем отсеке носителя, например, корабля, или здания (фиг, 13). Подобно описанному выше он разворачивается, выходит из отсека и доставляет человека 129. робота или иное технологическое оборудование к требуемым зонам наружных поверхностей этих объектов, Подобные системы перспективны также для монтажно-ремонтных работ на большой высоте, Мобильные блоки могут использоваться также для разворачивания складных конструкций, например, солнечных батарей, антенн и т,п, В этом случае роль манипулятора играют сами разворачиваемые конструкции. Более тяжелые объекты, например, модули космических станций или строительные конструкции, перемещаются одним или несколькими манипуляторами 129, 130, 131 (фиг. 14), Они образуют кинематически замкнутые цепи, отличающиеся повышенной несущей способностью, жесткостью и точ5 ностью. Для сохранения подвижности таких механизмов при разворачивании манипуляторов часть их шарниров, например, первые и последние, оставляются незэтормо>кенными. Один или несколько мобильных блоков переходят по дополнительным бэзирующим поверхностям 20 от одного манипулятора к другому и постепенно их разворачивают. Более быстрое и координированное пространственное движение получается при одновременной работе всех трех — шести манипуляторов со свойми индивидуальнымими мобильными блоками. Подобные системы могут применяться и в качестве средств подъема тяжелых крупно0 габаритных грузов. Раскладываемые мо- бильными блоками манипуляторы играют роль домкратов. Но от последних отличаются компактйостью в исходном сложенном состоянии. 5 По сравнению с известными роботами в предлагаемой мэнипуляционной системе объединение приводов в общий мобильный блок решает прежде всего проблему значи тельйого снижения массы, габаритов и стоимости комплекса. Уменьшение массы 1784451 перемещаемых конструкций позволяет не- Таким образом предлагаемая манипусколько снизить энергопотребление, ляционная система с мобильным приводом Перемещение приводов по манипулято- отличается от аналогов меньшей массой, raру дает несколько эффектов. В момент раз- баритами, стоимостью и знергопотребленивертывания манипулятора привода 5 ем, более широкими функциональными приближены к осневанию, а подвижная возможностями, гибкостью и маневренночастьманипуляторамаксимальнооблегчена стью, повышенной надежностью, устойчии свернута в компактную группу с малым востью к воздействию агрессивных сред, моментом инерции. Это также снижает ремонтопригодностью, несущей способноэнергопотребление. Во время перерывов в 10 стью, жесткостью, точностью. работе мобильные блоки могут отводиться Эти преимущества наиболее ярко прона основание в защищенную зону. Снижа-, являются в таких областях применения, как: ется длительность их пребывания в агрес- — манипулирование 8 труднодоступных сивных средах, например, низких - зонах, например, подземных выработках, температур, вакуума, радиации и т.п, Облег- 15 стесненных отсеках судов, высотных металчается их профилактическое обслуживание локонструкций, полуразрушенных консти диагностика. Возможна оперативная за- рукциях и сооружениях (после аварий); мена мобильных блоков на исправные. Все — манипулирование на наружных поверзто повышает надежность системы и в том хностях объектов — несителей, например, числе в условиях агрессивных сред, Появля- 20 космических или морских кораблей, а также ется возможность варьирования структуры зданий промышленных сооружений; системы, и в том числе использования бло- — разворачивание складных конструкков совместно или врозь, Расширяются фун- ций, например, солнечных батарей или анкциональные возможности, улучшается тенн; адаптация к изменению нагрузок. 25 — манипулирование тяжелыми объектаВ предлагаемом манипуляторе звенья ми, например, космическими модулями, соединены фланцами, стянутыми винтами элементами промышленныхистроительных или пружинами, А конструкии, реализую- сооружений. щие кинематические пары вынесены на мо- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я бильный блок, Подобные соединения по 30 1. Манипуляционная система, содержанесущей способностиижесткости, отнесен- щая основной манипулятор со звеньями и ным к массе и габаритам, а также простоте соединяющими их кйнематическими параи стоимости, близки к статическим несущим ми и приводы, включающие двигатель и реконструкциям. Поэтому их характеристики дуктор с выходным звеноМ, б т л и ч а ю щ амногократно превышают возможности шар- 35 я с я тем, что, с целью уменьшения массы, ниров манипуляторов со встроенными при- габаритов, энергопотребления, она снабжеводами. на по меньшей мере, одним мобильным блоЭти свойства предлагаемого техниче- ком, имеющим возможность перемещения ского решения открывают возможность су-, по звеньям манйпулятбра поочередного щестаенно увеличить количество степеней 40 взаимодействия с его кинематическими паподвижности манипулятора в пределах тех рами и приведения их в движение, причем же масс и стоимости, В результате повыша- кинематические паре оснащены управляеется гибкость и маневренность. Компактно мыми тормозами. сложенный манипулятор проще транспор- 2. Система пои. 1,отл ич а ю щая с я тировать. Короткие звенья снижают требо- 45 тем, что мобильный блок содержит по меньвания по точности, жесткости и нагрузкам, . шей мере один приводной узел, имеющий предъявляемые к приводам. А накапливае- корпус и выходное звено со стыковочным мые погрешности могут компенсироваться устройством, которое имеет возможность системой измерения положения звеньев взаимодействия с элементом кинематичедруг относительно друга или относительно 50 ской пары и фиксации на нем. обслуживаемого объекта в рабочей зоне. Кинематически замкнутые механизмы, 3. Система по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ аобразуемые несколькими манипуляторами я с я тем, что мобильный блок оснащен подобного рода, обладают повышенной не- схватом, на пальцах которого установлены сущей способностью, жесткостью и точно- 55 ролики, имеющие возможность перемещестью. Особенно этому способствует ния по дополнительно введенным направпрямолинейная конфигурация развернутых ляющим, установленным на звеньях манипуляторов, в которой звенья восприни- - манипулятора, причем все или часть ролимают преимущественно нагрузки растяже- ков схвата соединены с приводом, а сам ния-сжатия, схват связан с приводным узлом мобильно1784451 20 го блока посредством вновь введенного дополнительного манипулятора, 4. Система по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повышения маневренности, быстродействия, упрощения конструкции мобильного блока и расширения его функциональных вэоможностей, мобильный блок содержит два приводных узла с параллельными осями вращения их выходных звеньев. 5. Система по пп. 1 — 4, о т л и ч à ю щ ая с я тем, что корпусы приводных узлов связаны с возйожностью их отйосительного пе реме щения. 6. Система по1 — 5,отличающ.аяся тем, что длины звеньев манипулятора равны расстоянию между осями выходных звеньев приводных узлов мобильного блока. 7. Система по пп, 1 — 6, о т л и ч:а ю щ ая с я тем, что на звеньях манипулятора размещены дополнительные баэирующие элементы, имеющйе возможность взаимодействия со стыковочными устройствами приводного узла мобильйого блока. 8. Система по пп. 1 — 7, о т л и ч а ю щ ая с я тем; что, с целью повышения точйости поэиционировайия, жесткости и йесущей способности, корпус приводного узла мобильного блока снабжен двумя стыковочными устройствами, причем оба сть ковочных устройства имеют возможность одновременного взаимодействия с различными элементами кинематической пары манипулятора. 9. Система по пп. 1-8, о т л и ч а ю щ а я с в тем, что мобильный блок снабжен средствами измерения положения смежных звеньев манипулятора относительно корпуса приводного узла этого блока и егЬ выходного звена. 1.0. Система по пп . 1 — 9, о т л и ч а ю щ s10 я с я тем, что мобильный блок снабжен допол.нительным приводным устройством, выходное звено которого имеет возможность взаимодействия с выходными звеньями управляемых тормозов кинематических пар. 15 11. Система по пп. 1 — 10, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что стыковочное устройство выходного звена приводного узла мобильного блока снабжено зажимными элементами, имеющими возможность взаимодействия с 20 входными звеньями управляемых тормозов кинематических пар и с самими кинематическими парами. 12. Система по пп. 1 — 11, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью расширения функцио25 нальных возможностей, маневренности и несущей способности, приводной узел мобильного блока оснащен двумя выходными звеньями со стыковочными устройствами, причем звенья связаны между собой допол30 нителъно введенными разделительными механическими передачами. 1784451 ф l ф 1784451 1784451 1784451 1784451 1784451 ф Г. И Составитель А.Тимофеев Техред М.Моргентал Корректор 3.Салко Редактор.Заказ 4339 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 
