Электромеханический сустав манипулятора

 

(72) Авторы изобретения

A. В. Воробьев и Г. М. Немейатов (71) Заявитель (54). ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ СУСТАВ

МАНИПУЛЯТОРА

Изобретение относится к манипулятор-.: ным устройствам с дистанционным. управлением и может быть использовано при создании исполнительных органов дистанционно-управляемых манипуляторов для работы в зонах радиоактивного излучения, под водой, в космосе и т. д..

Известен электромеханический сустав манипулятора, содержаший подвижное и неподвижные звенья, привод, состоятаий из дифференциала и двух .Редукторов, н разгрузочный. механизм, состояший из упI ругого . элемента, один конец которого кинематически связан с подвижйым!звеном, а другой - с неподвижным tl I .

Наличие в кинематической цепи дифференциала и двух редукторов ухудшает массогабаритные характеристики, коэффициент полезного действия привода и его быстродействие. Перераспределение момента, развиваемого двигателем при подходе к . точке позиционирования путем включения разгрузочного устройства, содержашего

2 упругий элемент, приводит к зависанию управляемого звена.

Бель изобретения - повышение надеж-. ности и точности позиционирования путем улучшения динамических характерис тик.

Эта цель достигается тем, что гибкое зубчатое колесо выполнено в виде тонкостенной трубы с внутренним зубчатым венцом в ее средней части и с двумя наружными зубчатыми венцами на концах, а на жестких колесах выполнены ответные зубчатые венцы, нричем зубчатые венцы на концах наружной стороны гибкого колеса выполнены симметрично относительно внутреннего . зубчатого венца.

На фиг. 1 изображен электромеханический сустав манипулятора; на фиг. 2сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема электромагнитного генератора волн деформации; на фиг. 4 - кинематическая .схема. сустава; на фиг. 5 « сечение Б-Б на фиг. 4.

Электромеханический сустав манипулятора (фиг. 1) содержит подвижные жест3 97539 кие зубчатые колеса 1 и 2 с числом зубьев 2 ., = Z< и модулем m >, встроенные в подвижное звено 3, составляюшие с. ним единое целое, которое имеет свободу врашательного движения на оси 4 относительно звена 5, электромагнитный генератор волн деформации, состоящий из шихтованного статора 6, (фиг. 2) и w— число фаз обмотки управления, фазы сдвинуты между собой в пространстве на l0 угол 2 7/m и каждая разделена на две секции, раз м ещенные в диам е трально противоположных пазах статора 6 (фиг. 3),, дополнительный магнитопрэвод 7 из низко углеродистой стальной ленты, спирально навитой на гибкэе колесо 8, выполненное в виде тош<эстенной трубы с внутренним зубчатым венцом 7. в средней части и двумя наружными венцами Z и Z HQ концах, причем Л = Хь = Z. = 7 >, а Z5 -23=F0

=- 2. Зубчатое колесо 9 с числом зубьев

7-„встроено в расточку статора 6 и составляет с ним единое целое. Статор 6 и звено 5 неподвижно закреплены на оси 4.

Электромеханический сустав манипуля- 2S тора работает следуюшим образом.

П ри подключении m -фазной обм о тки к источнику напряжения появляются две диаметрально противоположные зэны возбужденных- магнитных пол|осов. Под действиемg0 мехаиичоэких сил электромагнитного происхождеии:i гибкое колесо 8 деформируетс» в овал и его зубчатые венцы Z+ и Z< войдут в зацепление с зубчатыми венцами 7., 7, а зубчатый венец - с зубчатым венцом Z >, образуя две зоны зацепления. Вращение электромагнитного поля вызывает врашение зон зацепления с той же угловой скоростью kg B npu наличии разности зубьев Z — Z> =- 2 приведет к относительному угловому перемешению гибкого колеса 8 с частотой — o/Зу

Z3 где Q= — передаточное отношение, 5 3 45

Звено 3 связано с гибким колесом Ы через зубчатые зацепления, z< и 2

Zg и перемешается относительно звена 5 с той же угловой частотой Я, что и гибкое колесо 8. При этом оба конца гиб. 50 кого колеса 8 деформируются одинаково и синхронно, сохраняя прямолинейность образующей, это уменьшает напряжение в теле гибкого колеса 8, не нарушается параллельность зубьев зубчатых венцов с зубьями зубчатых венцов жестких колес позволяет уменьшить, длину гибкого колеса, а значит и габариты сустава, и по6 4 высить его работоспособность. Наличие трех зубчатых зацеплений позволяет расширить диапазон изменения демифируюшего действия электромеханического сустава в три раза. Это выразится в уменьшении амплитуды колебаний подвижного звена 3 за счет увеличения сопротивления движе-жпо, создаваемого силами сухого сопротивления, возникающими B зубчатых зацеплениях при взаимном движении нагруженных зубьев гибкого колеса и жестких колес. Движение подвижного звена теряет колебательный характер и становится апериодическим в случае большого сопро-., тивления, т. е. сухого трения. Для эиредегения демпфируюших свойств сустава заменим силу сухого трения эквивалентным вязким сопротивлением так, чтобы рассеянная энергия за цикл колебания (вход зубьев упруго-гибкого колеса в зацепление с жестким и выход) была одинакова.

Работа, совершаемая против силы трения Fqp за цикл колебания в трех зубчатых зацеплениях, выражается

A @= 12 (R ) FT где п — глубина захода зубьев;

К вЂ” коэффициент высоты зуба;

m3- модуль зубчатых. колес; —, — сила трения в за Я „

F р= цеплении, зависит

ТР г (4- ЕФ от момента нагрузки; — коэффициент трения скольжения в зацеплении; г — радиус делительной окружносэ тн зубчатых венцов гибкого колеса;

cL — угол профиля зуба зубчатых

Ъ венцов;

M — внешний момент нагрузки. н

Рассеянная энергия вязкого сопротивления при скорости скольжения

=Рп и оPI и нагруженных зубчатых вепцов

3 а относительно друг друга в зоне зацепления где rdэ = 27 8 — механическая скорость углового врашения волны деформации;

- частота управляюшей последоваJ тельности импульсов, Приравнивая равенства после несложных преобразований, получим выражения для коэффициента демпфирования сустава

OI03 M

Ь3 Ъ

5 9753

Из зависимости видно, что демпфирующее действие сустава зависит не только от момента нагрузки, но и от частоты

;управляющй последовательности импуль(сов f, подаваемой на. блок управления 5 суставом. При манипулировании объектами с различной массой изменением частоты управляюшей последовательности Е, можно изменять коэффициент демпфирования без изменения конструкдии электромеханического сустава, получая оптимальный по быстродействию переходный процесс, за счет чего улучшаются динами,ческие качества сустава.

Формула изобретения

Электромеханический сустав манипу»,лятора,содержащий подвижное и неподвиж- 20 ное звенья, привод, например респонсинный, выполненный в виде электромагнитного генератора волн деформации, жестких и гибкого зубчатых колес, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности и точности позиционирования путем улучшения динамических характеристик, гибкое зубчатое колесо выполнено в виде тонкостенной трубы с внутренним зубчатым венцом в ее средней части и с двумя наружными зубчатыми венцами на концах, а на жестких колесах выполнены ответные зубчатые венцы, причем зубчатые венцы на концах наружной стороны гибкого колеса выполнены симметрично относитель но внутреннего зубчатого венца.

Источники информации,,принятые .во внимание при акспертизе

l. Авторское свидетельство СССР

¹ 639697, кл. В 25 3 1/02, 1978.

Составитель С. Новик

Редактор В. Лазаренко Тнхреж Л.Пекарь Корректор О. Билак

Заказ 8895/23 Тираж 1087 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4