Механическая рука

 

Оп ИСА

ИЗОБЬЕТ

К АВТОРСКОМУ СВ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик (61) Дополнительное к авт. с (22) Заявлено 18.09.80 (21) с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 23. 02.83.

Дата опубликования опис

ГОВ3 4йрстааиньй канитат

СССР ле алехам изобретений и атхрьпий

А. И. Корендясев, Г. К. Пурцеладзе, Б. Л. С;1Ьумандра, Л. И. Тывес, М. Г. Боровский и Л. М. Бф4тий - -

Государственный научно-исследовательскими нстйФут- ... : машиноведения им. акал. А. A. Благонравова и Государственный научно-исследовательский и конструкторскотехнологическии .институт теплоэнергетического приборостроения (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) МЕХАНИЧЕСКАЯ РУКА

Изобретение относится к машиностроению и предназначено для усовершенствования манипуляторов, используемых для работы в «горячих» камерах, а также для механизации и автоматизации основных и вспомогательных операций в промышленности.

Известна механическая рука, содержащая основание, шарнирно соединенные звенья, приводы звеньев, установленные на основании пружинно-уравновешивающие механизмы компенсации веса звеньев и смонтированные на звеньях кинематические цепи, связывающие звенья руки с пружинноуравновешивающими механизмами (1).

Однако в известной конструкции уравновешиваются статические моменты только цепочек последовательно соединенных звеньев, оси которых имеют горизонтальное положение, при этом ось первого от основания звена всегда вертикальна.

С целью минимизации нагрузок на элементы привода и элементы кинематических передач и обеспечения максимальной грузоподъемности механической руки в извест-. ных конструкциях, рабочие зоны располагаются в основном над или под точкой подвеса руки. Однако вертикальное расположение оси первого шарнира приводит к тому, что вдоль оси этого шарнира, т.е. в центре оптимальных зон рабочего пространства, располагаются зоны особых конфигураций руки; в этих зонах ограничены управляемость руки, перемещение запястью, ограничены возможности очувствления.

Целью изобретения является обеспечение максимальной грузоподъемности и улучив шения управляемости путем уменьшения нагрузок на элементы привода и элементы кинематических передач.

Эта цель достигается тем, что механическая рука, содержащая основание, шар15 нирно-соединенные звенья, приводы звеньев, установленные на основании два основных пружинно-уравновешивающих механизма компенсации веса звеньев, связанные кинематическими цепями со звеньями руки, снабжена дополнительно тремя пружинно2о уравновешивающими механизмами и двумя установленными на основании механическими сумматорами, выполненными в виде дифференциалов, при этом один из входов каждого дифференциала связан кинематичес998111 кой цепью с первым звеном руки и с одним из основных пружинно-уравновешивающих механизмов, второй ввод одного из дифференциалов связан кинематической цепью с вторым звеном руки и с другим основным пружинно-уравновешивающим механизмом, а второй вход другого из дифференциалов— с третьим звеном руки и с одним из дополнительных пружинно-уравновешивающих механизмов, а выходы этих дифференциалов— с другими двумя дополнительными пружинно-уравновешивающи ми механизмами, причем первое звено расположено в горизонтальной плоскости.

На фиг. 1 приведена кинематическая схема механической .руки; на фиг. 2 — разрез

А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение Б-Б на фиг. 1.

Механическая рука содержит основание (звено) 1, к которому посредством шарнира с горизонтальной осью крепятся последовательно соединенные звенья 2, 3 и 4.

Шарниры, соединяющие звенья 2 и 3, 3 и 4, имеют параллельные оси, перпендикулярные оси вращения звена 2. Угол наклона этих осей к горизонту зависит от конфигурации руки.

Приводы 5 — 7 звеньев установлены на основании 1 и посредством кинематических зубчатых и тросовых передач связаны со звеньями 2 — 4 соответственно, при этом привод 5 зубчатой передачей 8, 9 кинематически связан со звеном 2, привод 6 зубчатой передачей 10, 11 и тросовой передачей, содержащей ведущий ролик 12, трос 13, направляющий ролик 14 и ведомый (двойной) ролик 15, укрепленный на звене 3, кинематически связан со звеном 3, а привод 7 передачей 16, 17 и тросовой передачей, содержащей ведущий ролик 18, трос 19, направляющие одинарные ролики 20 и 21 и двойной 22,, установленные с возможностью вращения относительно звеньев 2 и 3 и ведомого ролика 23, укрепленного на звене 4, кинематически связан со звеном 4. При этом концы троса 19 жестко закреплены на двойном ролике 22. Эти же передачи образуют кинематические цепи, связывающие подвижные звенья 2 — 4 с пружинно-уравновешивающими механизмами 24 — 26. Кроме того, на основании 1 установлены пружинно-уравновешивающие механизмы 27 и 28 и два механических сумматор-дифференциала, состоящие нз звеньев 29 — 31 и 32 — 34 соответственно. Вход 29 первого дифференциала кинематически связан с пружинно-уравновешивающим механизмом 25, вход 32 второго дифференциала — с пружинно-уравновешивающим механизмом 26, вторые входы 30 и ЗЗ дифференциалов связаны с пружинно-уравновешивающим механизмом 24.

Третьи выходы 31 и 34 дифференциалов свя- заны с пружинно-уравновешивающими механизмами 27 и 28 соответственно.

24 (т26=т28=—

4 4 где! — длина кривошипа (например, 35) синусного механизма.

Как видно из этих формул, при 1 = 0 (отсутствие эксцентриситета оси первых двух шарниров пересекаются) пружинноуравновешивающий механизм 24 не нужен.

Механическая рука работает следующим образом.

При вращении приводов 5 — 7 движение

M через зубчатые передачи 8 и 9, 10 и 11, 16 и 17, соответственно, передается звену 2 и тросам 13 и 19, которые осуществляют перемещение звеньев 3 и 4. В связи с тем, В приведенной конструкции каждый из пружинно-уравновешивающих механизмов выполнен в виде синусного механизма с упругим элементом. Так, пружинно-уравновешивающий механизм 25 содержит кривошип 35, кулису 36 и упругий элемент 37.

Такое исполнение пружинно-уравновешивающего механизма в данной конструкции не принципиально, могут быть использованы другие конструкции пружинно-уравновешивающих механизмов.

В приведенной на фиг. 2 схеме уравновешиваются три звена 2 — 4. Моменты, действующие в шарнирах между звеньями 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4 от оси веса F,, Рз и Р4, определяют формулами !

4 14(э|я(9,+ 3) - (Л .М» = М .> (Р> > Л) (>>>> (Р ., Р )>-а>>>(Р— Р >>.

_#_1 2= Р (ЬИЪ(1->72»>З} -RTL(g2+g -g!))+

>(Р > ) —. >>>>>>>>i>.)->>>>>Я >>)>, Р>р

Х 2 Р»> - 1, где 2УзХ -длины звеньев 2, 3 и 4 соответ25 ственно; ч,,ч2, -углы поворотов звена 2 относительно основания 1, звена 3 относительно звена 2, звена 4 относительно звена 3 соответствен30

Ц:,.

Кинематическая схема уравновешивающего механизма (фиг. 3) построена в соответствии с этими формулами с учетом того, что упругие элементы (например, элемент 37) бладают низкой жесткостью.

На входах пружинно-уравновешивающих механизмов 24 — 28 реализуются углы 1>(! 2)>(! 2 3)> (2 д> (+2 4 соответственно.

Усилия упругих элементов пружинно40 уравновешивающих механизмов 24 — 28 выбираются с учетом следующих соотношений:

Р,++ 4

1 725= 727= Р

2В

998 1 1 1 что на входах пружинно-уравновешивающих механизмов 24 — 28 реализуются углы < 2) (" "2-" М. < .-Л (.+.- 1), а усилия Т вЂ” Т6 упругих элементов удовлетворяют приведенным формулам, при любых конфигурациях руки (произвольныеч,,мз, з ) моменты от сил веса

Р, Р, Р„звеньев 2 — 4 скомпенсированы усилиями упругих элементов, а приводные двигатели разгружены от статических моментов. Таким образом в случае горизонтального расположения оси первого шарнира удается уменьшить установочную мощность двигателей, обеспечить максимальную грузоподъемность и наилучшую управляемость-при расположении рабочей зоны под (или над) точкой подвеса механической руки. Одновременно достигается минимизация нагрузок,на элементы привода и элементы кинематических передач, что позволяет увеличить надежность и долговечность руки.

Формула изобретения

Механическая рука, содержащая основание, шарнирно-соединенные звенья, приводы звеньев, два основных пружинно-уравновешивающих механизма,. связанные кинематическими цепями со звеньями руки, от6 личающаяся тем, что, с целью обеспечения максимальной грузоподъемности и улучшения управляемости путем уменьшения нагрузок на элементы привода и элементы кинематической цепи, она снабжена дополнительно тремя пружинно-уравновешивающими механизмами и двумя установленными на основании механическими сумматорами,: выполненными в виде дифференциалов, при этом один из входов каждого дифференциала связан при помощи кинематической цепи с первым звеном руки и с одним основным пружинно-уравновешивающим механизмом, второй вход одного из этих дифференциалов связан посредством кинематической цепи с вторым звеном руки и с вторым основным пружинно-уравновешивающим механизмом, а второй вход другого из этих дифференциалов связан посредством кинематической цепи с третьим звеном и с одним из дополнительных пружинно-уравновешивающих механизмов, выходы дифференциалов связаны

2О с другими двумя дополнительными пружинно-уравновешивающими механизмами, причем первое звено расположено в горизонтальной плоскости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 476971, кл. В 25 J 102, 1976.

998111

22 21 ф И. Z

b иобернуто

Составитель А. Ширяева

Редактор И. Николайчук Техред И. Верес Корректор Г. Огар

Заказ 1027/25 Тираж 1079 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, % — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4