Рука манипулятора с программным управлением

 

Использование: в конструкциях манипуляторов . Сущность изобретения: приводы звеньев манипулятора выполнены проволочными из одного и того же материала с памятью .формы. Проволочные приводы соединены , в последовательную Электрическую цепь, подключенную к .источнику питания.. Площадь сечения проволоки каждого привода соответствует порядку его Срабатывания. 9 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 25 J 9/02, 11/00

ГОСУДАРСТВЕН.ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ два@ pCK0MV СВИДЕТЕЛ-ЬСТВУ

1 (21) 4834516/08 (22):04.06.90 (46) 15.05.93. Бюл. М 18 (71) Конструкторское бюро "Южное" (72) А П.Трофименко (56) Авторское свидетельство СССР . Ж 570482; кл. В 25 J 9/00, 1977.(54) РУКА MAHNflYflSITOPA С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ. Изобретение относится к. робототехнике; а.конкретно к конструкциям рук манипуляторов, предназначенных для несложного перемещения грузов в пространстве.

Целью. изобретения является устране-.

we этого:недостатка, т.е. повышейие надежностй путем упрощения конструкции. Ha фиг. 1 показан общий. вид руки манипулятора с программным управлением с шарнирно связанными звеньями в исходном положении; на фиг. 2 — вид по стрелке

А на фиг. 1(видсверху); на фиг. 3- принци. пиальная -электрическая. схема соединения приводов руки манипулятора; на фиг.-4— график зависимости отношения изменения температур приводов при нагреве от отношения площадей поперечного сечения их проволок (без учета поправок на теплооб-. мен с окружающей средой); на фиг. 5— общий вид руки манипулятора с шарнирно связанными звеньями в промежуточном положении; на фиг. 6- общий вид руки манипулятрра C шарнирно связанными. звеньями в конечном положении, на фиг. 7 — общий вид руки манипулятора с программным управлением с телескопически связанными звеньями в исходном положении; на

„„5Q „„1815207 А1 (57) Использование: в конструкциях манипуляторов. Сущность изобретения: приводы звеньев манипулятора выполнены прово; лочнйми из одного и того же материала с памятью;формы. Проволочные приводы соединены.в последовательную электрическую цепь, подключенную к,источнику . питания. Площадь сечения проволоки каждого привода соответствует порядку его срабатыванйя, 9 ил. фиг. 8 — то же в промежуточном положении; на..фиг, 9 —. то же в конечном положении.

Рука манипулятора с программным уп- . равлением содержит звенья 1, 2. 3, последовательно соединенные цилиндрическими шарнйрами 4, в которых установлены роли- Я ки 5 (фиг. 1). Через каждый ролик 5 с внешней стороны каждой пары смежных звеньев

1:и 2, 2 и.3 переброшены проволочные приводы 6 и 7 из одного и того же материала с. . >с

ЭПФ, например никелида титана, поичем- и площадь поперечногосечения Sj проволоки привода 6 больше площади поперечного се,чения $2 проволоки привода 7. Приводы обработаны на "память" таким образом, чтобы QOпри нагреве выше температуры формоизме- 1 нения их длины уменьшались. Концы 8 и 9, (Л

10 и 11 приводов 6 и 7 закреплены на звень. ях 1 и 2, 2 и 3 соответственно через электро- О теплоизолирующие прокладки 12. причеь| концы 9 и 10 соединены электропроводной перемычкой 13, а концы 8 и 11- электробюро., водом 14 и выключателем 15 с электроаккумулятором 16. Провод 14 выполнен на части своей длйны в виде мягкой винтовой спирали. Звено 1 закреплено на основании 17, а на звене 3 расположен захват 18 для груза.

1815207.

Шарнирное соединение звеньев 1 и 2, 2 и. 3 выполнено в следующем виде (фиг. 2), Проушины 19 и 20 звейьев 2 и 3, например. посаженй на общую ось 21, оканчивающуюся с,одной стороны. роликом 5, а на другую 5 сторону которой надета шайба 22, эафикси, рованнав штифтом 23.

Работает рука манипулятора следующим образом, При замыкании контактов выключателя 15 электрйческий ток от . аккумулятора:16 по проводу 14 начнет rioступать к приводам 6 и 7, вызывая их нагрев.

-Сила тока, проходящего через последова.: тельно соединенные с аккумулятором 16 приводы 6 и 7, будет одинакова (фиг. 3), но более толстая проволока привода 6- будет оказывать ему меньшее сопротивление на едийицу длины, чем более тонкая проволока привода 7.. К тому же более толстая проволока имеет на единицудлины большую массу, чем тонкая. Поэтому привод 6 будет греться медленнее привода 7;

Из электротехники известно, что нагрев проводника электротоком можно описать в виде (без учета теплообмена с- окружающей средой) !

1 р .тт

ЛТ! рпл1 S) С1 Т2 Д,р,.„ рпп2 $3 С2 (6) !

1=!2 (7) 20 (8) для проводников из.одинакового мате25 риа

Р =P2, рыл! рпп2 (10)

С1=С2. (11)

У

Подставляя (7), (8), (9), {10), (1 1) в (6), получаем.!

2 R-t = M С AT, 35 (12) рплг $3 С2

R= p g, L (2) где р- коэффициент удельного электриче ского сопротивления проводника; длина .пр «водника 45

S — площадь его поперечного сечения;! != рпл:(- S (3) (4) :

55 откуда (5) лт = — +-.!

2, р„, Я С где! — сила тока, и роходящего через проводник;

R .— его электрическое сопротивление;

t — время нагрева;

M — масса проводника

С вЂ” его удельная теплоемкость;

ЬТ вЂ” изменение его температуры за время нагрева.

Для проволочного проводника где реп- плотность материала проводника.

Подставляя формулы (2) и (3) в (1), имеем! р i-р.. L SCAT, Для двух любых проводников где индекс "1" относится к произвольно выбранному первому проводнику (приводу 6 на фиг. 1 или с номером m), индекс "2" относится к другому проводнику (приводу 7 на фиг. 1 или с номером n).

Для последовательно соединенных проводников включенных в единую цепь т!-тг, Ж "

ЬТ1 pЪл1 $1 С1 S2 )2

ЛT2 Я %

Из формулы {12) следует, что увеличение температуры AT за некоторое время будет больше у того проводника, .который имеет меньшую площадь поперечного сечения,.

Отношение увеличения температур последовательно соединенных проводников за некоторое время при нагреве зависит только от их площадей поперечного сечения и не зависит от их длин. Это позволяет подбирать длины приводов независимо от требуемого порядка движения звеньев, а только из условий обеспечения необходимого рабочего хода приводов, что упрощает проектирование устройства. (Известно, что. привод из материала с ЭПФ. может при срабатывании изменять свои размеры только в определенных пределах, которые определяются характеристиками материала. Напри1815207 мер, проволока из никелида титана может при формоизменении изменять свою длину не более, чем на 6 ... 8 . Поэтому длину проволоки подбирают из условия, чтобы величина рабочего хода привода находилась в пределах изменения ее длины при формоизменении.) . На принципиальной электрической схеме соединения приводов (фиг. 3) привод 6 обозначен Е К1 (как нагревательное устройство с активным сопротивлением), привод 7 обозначен ЕК2, выключатель 15 — $1, аккумулятор 16 — GB1.

На фиг. 4 показан график зависимости отношения изменения температур

ЛT1

-- — —. приводов при нагреве от отношения с -Т2 площадей поперечного сечения их ltposoлок -:. построенный по формуле;(12). Из

S1

,Гг него видно, что, если, например, площадь

-поперечното сечения проволоки привода 6 будет в 1,5 раза больше площади поперечного сечения проволоки привода 7 (— = 1,5), отношение изменения

$1

Sz температур при нагреве будет равно

=.0,44. т.е;, если привод 7 нагревается

Ь,Т1

ЪТ2

: c температуре +20 С до температуры срабатывания +100О .С (на 100-20=80О С), то привод 6 за это же время нагреется только за

ЛТ1 = Ьт2 0,44=80 0,44=35,2 с, т.е до 20+35,2=55,2 С.

Поэтому привод 7 раньше привода 6 достигнет одинаковой для обоих приводов температуры формоизменения .и сначала повернет звено 3 относительно звена 2 (по стрелке Б.фиг. 5), преодолевая естественное сопротивление трения в шарнире 4, а затем привод 6 повернет звено 2 (вместе с звеном

3) относительно звена 1 (по стрелке В на фиг. 6). Другими словами, когда привод 7, . срабатывая, повернетзвено 3 относительно звена. 2, приводу-6 еще предстоит греться с, +55,2 С до+100О С, ЕслйеГо нагрев от т+20О С до+55,2 С произошеть в течение 1 мин, то на нагрев c+55,2 С до +100 С будет затрачено

100 — 55;2 «44;8

552-20 352

Т.е, звенья 3 и 2 (совместно) повернутся приводом 6 вокруг звена 1 через 1,25 мин после поворота звена 3 вокруг звена 2 приводом 7. Таким образом произойдет программное движение звеньев руки манипулятора.

Если звенья сложены "гармошкой" (фиг.

1) и внешнее звено (фиг. 5) должно повернуться раньше внутреннего (фиг. 6), то заявляемая конструкция содержит в себе

5 дополнительно следующее преимущество: момент сопротивления вращению звена 3 будет. меньше момента сопротивления вращению звеньев 3 и 2 в совокупности вследствие его меньшей инерционности, 10 например, т,е. при одинаковом диаметре роликов 5 (что выгодно технологически) проволока привода 7 звена 3 может быть тоньше проволоки привода 6 звена 2 (меньшей по тяговому усилию). В то же время более

15 тонкая проволока привода 7 обеспечит звену 3 более раннее разворачивание, чем более толстая проволока привода 6 звену 2.

Таким образом. требуемые тяговые характеристики руки манипулятора будут автомати20 чески обеспечены заявляемым соотношением параметров (площадей поперечного сечения проволок) приводов, т.е. ее кинематическими характеристиками, что упростит проектирование устройства.

25 Звенья руки манипулятора могут быть связаны друг с другом не только шарнирно, но и любым другим образом, например телескопически. Пример такой конструкции показан на фиг. 7, 8, 9. В отличие от пред30 ыдущей, на этой руке манипулятора звенья соединены между собой возвратными пружинами; позволяющими использовать ее многократно без вмешательства человека или внешних устройств (для возврата в ис35 ходное положение).

Рука манипулятора содержит телескопически соединенные звенья 1, 2, 3 (фиг. 7).

Смежные звенья 1 и 2, 2 и 3 связаны между собой проволочными приводами 6 и 7 соот40 ветственно в виде винтовой цилиндрической спирали из одного и того же материала с ЭПФ. причем площадь поперечного сечения S1 проволоки привода 6 больше пЛощади поперечного сечения $2 проволоки

45 привода 7. Привод обработаны на "память" таким образом, чтобы при нагреве выше температуры формоиэменения длины спиралей увеличивались, Концы 8 и 9, 10 и 11 приводов 6 и 7 закреплены на звеньях 1 и 2, 50 2 и 3 соответственно через электротеплоизолирующие прокладки 12, причем концы 9 и 10 соединены электропроводной перемычкой 13, а концы 8 и 11 — электропроводом 14 и выключателем 15 с

55 злектроаккумулятором 16. Провод 14 выполнен на части своей длины в виде мягкой винтовой спирали. Звено 3 закреплено на, основании 17, а на звене 1 расположен захват 18 для груза.

1815? 07. Звено 2 выполнено двухрожковой Г-образной формы; В полость 24 его первого рожка вставлено звено 1, соединенное с

:ним посредством пружины растяжения 25.

Второй рожок звена 2 вставлен в полость 26 5 звена.-3-и соединен с ним через пружину растяжения 27., При эамйкании контактов выключателя

- 15 электрйческий ток от аккумулятора 16 по проводу 14 начнет поступать к приводам 6 10 .и 7-; вызйваа их нагрев. Привод 7 вследствие .. меньшей" площади поперечного сечения .проволоки нагреетея до температуры фор. мойзменейия:и сработает быстрее привода

6, Поэтому:сначала звено 2 выдвинется из 1 5 звена 3-(йо стрелке Г на фиг, 8), а затем ., звено 1 выдвинется.из звена 2 (по стрел-ке Д на фиг. 9). Захват. 18 опишет. Г-образную

- траекторию.

При отключении питайия от приводов.6 20 и 7 пасредетвом. выключателя 15 и естествейноГоохлаждения их до:начальной температуры звенья 1 и 2 втянутся в звенья 2 и 3 под действием пружин 25 и 27:. Рука, манипулятора возвратится.в исходное- положе- 25

:: ние (фиг. 7).. (При втягивании звеньев 1 и 2 в. звенья 2 и 3 пружины 25:и 27 будут преодолевать сопротивление движению холодных приводов 6 in 7. Но, так как это сопротивле-.

- . ние меньше усилия, которое развивают 30 ,приводы при срабатывании при нагреве,.то становится возможным циклическое движе ние звеньев руки: приводы при нагреве выдвигают звенья, преодолевая меньшее по усилйю сопротивление пружин; при охлаж- 35 дении. приводов их усилие становится меньшим усилия пружин.и те перемещают их в исходное положение;)

Из приведенного описания конструкции.и работы устройства видно, что цель 40 изобретения — повышение надежности рук манипулятора путем упрощения конструкт ции достигается, Выполнение проволочнь : приводов звеньев с разной площадью попе речного сечения и включение их последов1 тельно в электрическую цепь позволяет нагревать приводы до температуры срабатывания с разной скоростью, и, соответственно разворачивать звенья в необходимой последовательности, отказавшись, таким образом, от специального блока управления и упростив этим конструкцию. Длина проволоки приводов не влияет на эту последовательность разворачивания (перемещения) звеньев, что позволяет выполнять приводы требуемой величины рабочего хода без нарушения кинематических характеристик устройства.

Таким образом, предлагаемое техническое решение, в конечном итоге, позволит повысить надежность руки манипулятора, сйизить ее стоимость.

Формула изобретения

Рука манипулятора с программным управлением, содержащая по крайней мере три подвижных звена и приводы звеньев, отличающаяся тем, что, с целью упрощения, приводы выполнены проволочными из одного и того же материала с памятью формы с одинаковой температурой формоизменения и закреплены на соответствующих смежных звеньях, при этом проволочные приводы соединены между собой в последовательную электрическую цепь, подключенную к источнику питания, причем площадь поперечного сечения проволоки каждого привода соответствует его порядку срабатывания..

1815207

8ид А

Фиг. Z

1835207

Фиг. S

3815207

1815207 ь

Составитель А.Трофименко

Редактор Г.Бельская Техред M.Mîðãåíòà Корректор П.Гереши

Заказ 1615 .. 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

Рука манипулятора с программным управлением Рука манипулятора с программным управлением Рука манипулятора с программным управлением Рука манипулятора с программным управлением Рука манипулятора с программным управлением Рука манипулятора с программным управлением Рука манипулятора с программным управлением Рука манипулятора с программным управлением 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам для дуговой сварки и может быть использовано в промышленных роботах, применяемых в машиностроительной, автомобилестроительной, электротехнической и других отраслях

Изобретение относится к машино- .строению и может быть использовано в конструкциях портальных роботов средней и тяжелой грузоподъемности, Цель изобретения - повышение точности позиционирования, и улучшение динамических характеристик при горизонтальных перемещениях каретки за счет обеспечения возможности выкглочения механизма уравновешивания

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано, например, в робототехнике при исследовании точности позиционирования промышленного робота

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для загрузки-разгрузки технологического оборудования для вьтолнения сборочньк, сварочных и окрасочных операций

Изобретение относится к области машиностроения , более конкретно к манипуляторам и роботам

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для загрузкиразгрузки технологического оборудования

Изобретение относится к машиностроению , а именно к манипуляторам для механизации и автоматизации технологических процессов, включающих подъемно-транспортные и другие операции

Изобретение относится к машиностроению, в частности к грузоподъемным механизмам мобильных робототехнических комплексов
Наверх