Очувствленный захват манипулятора

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<щ986775 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28. 07. 81 (21) 3321765/25-08 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (51)M Ка э

В 25 J 3/04

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621 ° 229..7(088.8) Опубликовано 073 1В 3. Бюллетень № 1

Дата опубликования описания07.01.83 (72) Авторы изобретения

К.К.Шатилов, Ф.М.Кулаков и Л.Т.Волкова

/

1

Ленинградский научно-исоледователь6кий вычислительный центр.AH CCCP

f (71) Заявитель (54) ОЧУВСТВЛЕННЫЙ ЗАХВАТ МАНИПУЛЯТОРА

Изобретение относится к робототех нике, а именно к системам очувствления захвата исполнительного механизма манипулятора по силам .и моментам, действующим со стороны внешней среды. Устройство может применяться во всех случаях, когда для управления манипулятором необходимо знание силовых воздействий на захват со стороны внешней среды.

Известен исполнительный механизм манипулятора, очувствленный по силам и моментам, .содержащий механизм:захвата, соединенный с серединами двух упругих валов, соединенных друг с другом крестообразно, торцы которых

-соединены с основанием, закрепленным на исполнительном механизме (1 )., Такое устройство дает информацию

О силах и моментах, действующих на захват только по шести степеням свободы. Силы сжатия захватом объекта манипулирования не регистрируются °

Кроме того, трение в подшипниках скольжения создает нелинейность передаточных характеристик, уменьшает жесткость и надежность всей конструкции манипулятора, Вес механизма захвата с приводом оказывает значи тельные дополнительные и возмущающие воздействия, которые необходимо учй тывать и компенсировать при перемещениях исполнительного механизма в пространстве. При этом последние уменьшают .также диапазон измеряемых внешних воздействий.

Известен захват манипулятора, очувствленный по силам и моментам, 0 содержащий две части, расположенные по обе стороны плоскости, каждая иэ которых состоит из губки, соединенной через упругие пластины с основанием установленным подвижно в осевом направлении и соединенным с исполнительным механизмом, и тенэодатчики, расположенные на упругих пластинах, соединенные в мостовые схемы и подключенные к источнику питания (2 3.

Однако для определения сил и моментов, действующих на захват или объект манипулирования относительно

erh центра, т.е. сил непосредственного взаимодействия объекта манипулирования с губками захвата, Необходимы дополнительные вычисления, включающие и операции умножения недиагональных матриц размером 6к 6 на вектор. Все это уменьшает быстродей ствие процесса измерения сил реакций. Кроме того, значительное число

986775

Целью изобретения является повышение надежности работы устройства и быстродействия процесса измерения сил и моментов взаимодействия объекта манипулирования с захватом.

Цель достигается тем, что предлагаемый захват содержит дополнительные тензодатчики, а каждая часть снаб- 15 жена опорой для губки, выполненной в виде стакана, жестко закрепленного на торцовой поверхности упругих пластин и упругой балки многограннога сечения, консольно закрепленной щ в дне стакана, при этом губка установлена на свободном конце балки, а противоположная торцовая поверхность пластин жестко связана с основанием, причем пластины расположены параллелЬно рабочей поверхности губок„ а дополнительные тензодатчики установлены на плоских поверхностях упругих балок, кроме того,все тензодатчики соединены таким образом, что расположенные симметрично тензодатчики образуют два последовательно подключенных к источнику питания плеча моста.

На фиг.l изображен захват манипулятора, общий вид; на фиг.2 — то же, продольный разрез; на фиг.3 — разрез

А-A на фиг.2; на фиг.4 — разрез Б-Б на фиг.2 и вид сбоку захвата; на фиг.5 — разрез В-В на фиг.2; на фиг.6-12 — схемы соединения тензо- 40 датчиков.

Захват манипулятора, очувствленный по силам и моментам, содержит губки 1 и 2 захвата, центры которых соединены с торцами упругих балок 3 45 и 4, вторые торцы которых жестко соединены с внутренними поверхностями дна стаканов 5 и 6, которые образуют опору. К боковой поверхности каждого стакана и 6 торцами жестко присоединены упругие пластины 7, 8 и 9, 10. Их вторые торцы присоединены к соответствующим подвижным основаниям 11 и 12 и образуют с ними по два прямоугольные рамки. Подвижные основания 11 и 12 установлены на общем основании 13. Плоскости упругих пластин 7-10 перпендикулярны упругим балкам 3 и 4 и линии движения оснований 11 и 12. Тензодатчики 14-33 укреплены на четырех плоскостях уп- бО ругих балок 3 и 4 и соединены в пять мостовых схем (фиг.6-10), а тензодатчики 34-41 установлены на упругих пластинах 7-10 и соединены в две мостовые схемы (фиг.11-12). При этом. 6S

Другой тензодатчик 22 (26, 25, 29) соединен одним концом с тензодатчиком 23 (27, 24, 28), расположенным на противоположной стороне той же упругой балки 3 или 4, а вторым концом — с тензодатчиком 24 (28, 23, 27), расположенным с той же стороны другой упругой балки 3 или 4, они образуют два моста, регистрирующих моменты вращения М„ и Mz вокруг направлений осей Х и Z. Тензодатчики

30-33, расположенные под углом 45 к продольной оси упругих балок 3 и 4 на их средних частях, соединены в мостовую схему, регистрирующую момент вращения М> вокруг оси Y. Тензодатчики 34-41, расположенные на внутренних плоскостях упругих пластин 7-10, соединены в две.: мостовые схемы, одна из которых (34-37) регистрирует силу F в направлении оси Y а другая (38-41) — силу сжатия захватом объекта манипулирования F . При этом каждый тензодатчик этих мостовых схем установлен на своей упругой пластине 7-10.

Устройство работает следующим образом.

Объект манипулирования зажимается губками 1 и 2 захвата. При этом сила сжатия объекта вызывает соответствующие упругие деформации пластин

7-10. Эти деформации преобразуются тензодатчиками 38-41 8 электрический сигнал, который будет пропорционален силе сжатия F объекта на выходе мостовой схемы, При приложении к объекту манипулирования сил и моментов со стороны окружающей среды возникают деформации в упругих Элементах 3, 4, 7-10, которые также преобразуются тензодатчиками 14-37 в электрические сигналы, При этом на выходе тензометрических мостов появляются сигналы, пропорциональные проекциям внешней силы F или момента M на оси системы координат Х, У, Е, центр которой расположен в центре линии, соединяющей центры губок 1 и 2, т.е. в середине объекта манипулирования. В упругих элементов усложняет конструкцию и снижает надежность работы устройства. Большой разброс расстояний между точкой приложения сил и центрами упругих пластин при одинаковой их толщине уменьшает диапазон измерения и увеличивает относительные габариты устройства.

1 мостовые схемы собраны из тенэодатчиков, установленных на симметричных мостах противоположных упругих балок 3 и 4 и пластин 7-10, Так, тензодатчики 14-29 располагаются у жестко закрепленных концов упругих алок 3 и 4, и один из них 14 (16, 18, 20) соединен одним концом с тенэодатчиком 15 (17, 19, 21), расположенным на противоположной стороне той же упругой балки 3 или 4, а другим концом — с тензодатчиком 17 (15, 21, 19), расположенным на противоположной стороне другой упругой балки

4 или 3, они образуют два моста, регистрирующих силы Fz и F в направлениях осей Z и Х.

986775

l случае использования самоцентрирующих губок центр объекта манипулирования может быть расположен в центре измерительной системы координат

Xi Yi 2.

Так, например, в случае действия внешней силы F в направлении оси У, деформации возникают во всех упругих элементах 3, 4 7-10.

Однако наиболее сильно будут проявляться деформации изгиба упругих пластин 7-10. Деформации же сжатия-рас- . тяжения упругих балок 3 и 4 значительно меньше, Кроме того, половины тенэометрических мостов 14-17, 18-21, 22-25, 26-29, 30-33, располагаются на брусках, имеющих противоположный знак деформации, вследствие чего некоторые изменения величин сигналов с тенэодатчиков взаимно компенсируются (при одинаковых величи- 20 нах сопротивлений тензодатчиков) .

Аналогичным образом компенсируются и изменения в мостовой схеме из тензодатчиков 38-41. Поэтому сила, приложенная в направлении оси У,. 25 вызывает лишь разбаланс мостовой схемы из тензодатчиков 34-37, регистрирующих силы F>, действующие вдоль оси Y.

При действии сил F вдоль осей Х, Е наибольшие деформации возникают в упругих балках 3 и 4 и наименьшие в упругих пластинах 7-10, так как сила F вызывает деформации растяжеZ ния - сжатия, которые значительно меньше деформации изгиба. Изгиб -же пластин под действием силы F также мал из-за плоского сечения пластин и расположения тензодатчиков. Кроме

/ того, благодаря соединению тензодатчиков в мостовые схемы деформации, вызванные силами, действующими по другим направлениям, взаимно компенсируются при одинаковых величинах сопротивлений тензодатчиков.

Таким образом, при приложении к объекту манипулирования, зажатому губками, либо к сжатым губкам внешних сил и моментов электрические сигналы тензометрических мостов ока- 50 зываются пропорциональными величинам проекций этих сил и моментов на оси системы координат, связанной с захватом. Такой захват, очувствленный по силам и моментам, обеспечивает воэможность одновременного точно"

ro и быстрого определения всех проекций силы и момента, действующих непосредственно на объект манипулирования или губки захвата, а также силу сжатия губок.

Формула изобретения

Очувствленный захват манипулятора, содержащий две части, расположенные па обе стороны плоскости симметрии, каждая из которых состоит иэ губки, соединенной через упругие пластины с основанием, установленным подвижно в осевом направлении и соединенным с исполнительным механизмом, а также тензодатчики, расположенные на упругих пластинах, соединенные в мостовые схемы и подключенные к источнику британия, отличающийся тем, что, с целью обеспечения быстродействия и надежности, он содержит дополнительные тензодатчики, а каждая часть снабжена опорой для губки, выполненной в виде стакана, жестко 3a- . крепленного на торцовой поверхности упругих пластин и упругой балки многогранного сечения, консольно закрепленной в дне стакана, при этом губка установлена на свободном конце балки, в противоположная торцовая поверхность пластин жестко связана с основанием, причем пластины расположены параллельно рабочей поверхности губок,,а дополнительные тензодатчики установлены на плоских поверхностях упругих балок, кроме того, все тензодатчики соединены таким образом, что расположенные симметрично тензодатчики образуют два последовательно подключенных к источнику питания плеча моста.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Медведев В.С. и др. Системы управления манипуляционных роботов, 1978, с. 174-188.

2. Патент США Р 3948093, кл. G 01 L 5/16, опублик 1976 .

98б 775

Фж 47

Составитель Ф.Майоров

Редактор H.ÁàãèPoüà Техред.Л.Пекарь Корректор Н.Буряк

Заказ 10407/24 Тираж 1079 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открыгий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4