Модуль манипулятора

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликОпубликовано 30.12.82. Бюллетень 48Дата опубликования описания 05.01.83 пв делам изобретеиий и открытий72) Авторы изобретен Полтаев, Хутский езовик,и нститут технической кибернети АН Белорусской ССР(54) МОДУЛЬ МАНИПУЛЯТОР Изобретение относится к машиностроению, в частности к манипуляторам, применяемым для механизации и автоматизации вспомогательных технологических операций.Известны модули манипуляторов, содержащие корпус, привод и механизм преобразования движения привода в движение выходного звена 11.Каждый модуль обеспечивает одну степень подвижности выходного звена. Для получения манипулятора с несколькими степенями подвижности требуется связать в единую конструкцию соответствующее число модулей, что увеличивает габариты манипулятора и снижает его быстродействие из-за последовательной отработки перемещений по каждой степени.Цель изобретения - увеличение числа степеней подвижности выходного звена модуля манипулятора с одновременным уменьшением его габаритов и повышением быстродействия.Указанная цель достигается тем, что корпус модуля выполнен составным из двух частей, имеющих возможность перемещения одна относительно другой, а механизм преобразования движения привода в дви 2жение выходного звена выполнен в виде зубчато-винтовой передачиполой штанги и тормозных муфт, причем зубчатое колесо этой передачи связано с одной частью корпуса, винтовой элемент смонтирован в штанге и связан с другой частью корпуса, а тормозные муфты смонтированы на валу зубчатого колеса и на штанге.На фиг. 1 схематически изображен манипулятор модульной конструкции, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на офиг. 3 - вид по стрелке А- на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б - Б на фиг. 1 (основание манипулятора не показано); на фиг. 5 - разрез В - В на фиг, 4; на фиг. 6 - модуль манипулятора, вариант с шариковой червячной передачей, вид в плане; на фиг. 7 - разрез Г - Г на фиг. 6; на фиг. 8 - 12 - варианты построения манипуляторов напольного исполнения, общие виды; на фиг.13 - 16 - то же, подвесного исполнения.Манипулятор компануется из идентичных модулей нескольких типоразмеров, обычно двух-трех. Модуль 1 (наибольшего габарита) устанавливается в основании 2 манипулятора таким образом, что корпус модуля подвижен относительно направляю 98485910 25 30 40 50 55 щих 3 основания 2, а штанга модуля закреплена в основании 2. Количество модулей, из которых собирается манипулятор, определяется его назначением и, соответственно, числом степеней свободы манипулятора. Так например, манипулятор с восьмю степенями свободы (фиг. 1) имеет четыре модуля 1, 4, 5 и 6 трех типоразмеров, причем модули 1 и 4 одного типоразмера, но имеют разную длину штанги, Наименьший по габаритам модуль 6 используется в основном для перемещения и вращения захвата 7, который оснащен электромеханическим или пневматичЕским приводным устройством (не показаны). Модули могут стыковаться непосредственно друг с другом своими фланцами, например модули 1 и 4, или с помощью промежуточного рычага 8, например модули 4 и 5, Корпус модуля 6 установлен подвижно в направляющих корпуса 9, связанного с фланцем модуля 5, а к фланцу модуля 6 крепится захват с его приводным устройством. Модуль манипулятора (фиг, 4) состоит из корпуса 10, в направляющих 11 которого установлена с возможностью осевого перемещения штанга 12. В центральной расточке штанги 12 на подшипниках 13 установлен элемент зубчато-винтовой передачи, в частности червячной передачи, например червяк 14, который фиксируется в осевом направлении фланцами 15 и гайками 16. Червяк 14 с помощью шпонки 17 соединен с приводом 18, который закреплен на фланце 15. Фланец 15 имеет унифицированную соединительную поверхность и отверстия для присоединения к модулю последующего типоразмера и образует с корпусом 10 две под вижные одна относительно другой части корпуса. В нижней части штанги 12, поперечное сечение которой может быть цилиндрической или квадратной формы, выполнен паз 19, благодаря которому червяк 14, расположенный внутри штанги, соединен с червячным колесом 20, Фиксация осевого перемещения штанги 12 относительно корпуса 10 осуществляется с помощью одной или нескольких управляемых муфт 21. Управляемые муфты 21 конструктивно могут быть выполнены в виде электромагнитных порошковых муфт, работающих в тормозном режиме, или в виде иных фрикционных муфт с электромагнитным управлением. Червячное колесо (фиг. 5) неподвижно закреплено с помощью, например, шпонки 22 на полом валу 23, который установлен на подшипниках 24 в корпусе 10 модуля. На концах полого вала 23 неподвижно укреплены фланцы 25, каждый из которых имеет унифицированную соединительную поверхность и крепежные отверстия, служащие или для крепления через промежуточный фланец модуля этого же типоразмера, или для крепления штанги модуля ближайшего типоразмера, но большего по величине,Вал 23 с закрепленными на нем фланцами 25 фиксируется от поворота относительно корпуса 10 модуля с помощью одной или нескольких управляемых муфт 26, которые конструктивно могут быть аналогичны муфтам 21.На корпусе 10 модуля установлены направляющие 27 и 28, располагаемые в направлении оси червяка 14. Наличие направляющих определяется местом расположения модуля в общей кинематической схеме манипулятора.Корпус 10 модуля 1, устанавливаемого в основание 2 манипулятора, снабжен направляющими 27, а модуль 6, применяемый для перемещения и вращения захвата 7, снабжен еще дополнительными направляющими 28.В случае применения шариковой червячной передачи модуль манипулятора (фиг. 6) отличается от описанного выше тем, что червяк 28 и червячное колесо 30 имеют арочный профиль резьбы, между витками червяка и зубьями колеса расположены шарики 31, удерживаемые от вьшадания корпусом 32 жестко соединенные с корпусом 10 модуля. На корпусе шариковой червячной передачи расположено устройство 33 возврата шариков (фиг. 7). Корпус 32 располагается во внутренней полости штанги 12 и фиксирует ее от поворота. Манипулятор может устанавливаться относительно технологического оборудования или стационарно (фиг. 1, 8, 10, 11 и 12), или подвижно, тогда манипулятор имеет возможность совершать перемещения относительно технологического оборудования по направляющим с помощью подвижной тележки (фиг. 9, 13, 14, 15 и 16). Имеется несколько вариантов построения манипуляторов благодаря многообразию различного вида соединений модулей друг с другом с помощью стыковочных поверхностей и промежуточных деталей:- поворотный фланец модуля 1 стыкуется через промежуточный фланец 35 с фланцем штанги последующего модуля 4 (фиг, 1, 8, 10, 11, 14 и 16).- поворотный фланец модуля 4 или модуля 1 соединен с поворотным фланцем другого модуля 5 с помощью промежуточного рычага 8, на котором может при необходимости устанавливаться противовес 36 (фиг. 1, 11, 13 и 14);- последующий модуль, например модуль 5, крепится своим поворотным фланцем к кронштейну 37, который совместно с корпусом модуля 1 или 4, рычагом 38 и тягой 39 образует параллелограмм, обеспечивающий плоскопараллельное движение модуля 4 (фиг. 9, 10 и 15);- поворотный фланец последующего модуля 5 стыкуется через промежуточный фланец 40 с фланцем штанги предыдущего модуля 5 1 акого же типоразмера (фиг. 13);- корпус модуля 6, к поворотному фланцу которого крепится захват 7 со своим приводным устройством, установлен подвижно в направляюших корпуса 9, который устанавливается или непосредственно на фланец штанги, например, модуля 5 (фиг. 1, 9, 1 и 12), или ца кронштейн.,37 (фиг. 8), или иоворотно на фланце штанги, например, модуля 5, соединяясь с кронштейном 37 тягой 41 (фиг. 10 и 15);- поворотный фланец последующего модуля, например модуля 5, и поворотный фланец предыдушего модуля, например модуля 4, соединяются друг с другом с помощью системы рычагов 42 и 43, тяг 44 и 45 и кронштейна 46, образуюших сдвоенный параллелограмм (фиг. 12);- последовательное соединение модулей, установленных подвижно в цапрагляющих своего основания, например, и поворотному фланцу модуля 1, установленному подвижно в основании 2, к которому крепится основание 47 последуюшего модуля 4, установленного в своем основании 47 подвижно (Ф.г. 12);- корпус последуюгцсго модуля, например модуля 4, соединен подвижно с поворотным фланцем предыдущего модуля 1, а итацга модуля 4 проходит внутри поворотного фланца модуля 1, последующий же.модуль 5 крепится к модулю 4 с помощью рычага 48, тяги 49 и кронштейиа 50, которые со штангой модуля 4 образуют четырехзвецник, положение звеньев которого может изменяться в пространстве (фиг. 16). Захват 7 может или соединяться с поворотным фланцем модуля 6 (фиг. 1, 8, 9, О, 11, 12 и 15), или крепиться непосредственно к фланцу штанги модуля 5 (фиг.13 - 16).Модуль манипулятора (фйг. 4), из которого собраны различные по своей кинематике манипуляторы, работает следующим образом. В зависимости от того, какое выполняется перемещение - поворот вала 23 или линейное перемещение штанги 12, приводятся в действие или муфты 21, или, соответственно, муфты 26.При этом привод 18 с червяком 14 является ведущим элементом, а ведомым элементом может быть или полый вал 23 с фланцами 25, или штанга 12 (в зависимости от срабатывания муфт 21 или 26).При повороте вала 23 с закрепленными на нем фланцами 25 приводят в действие муфты 21, которые фиксируют неподвижно штангу 12.относительно корпуса 10 модуля. При вращении червяка 14 поворачивается на заданный угол червячное колесо 20 и, соответственно, жестко связанный с ним вал 23, который от осевого перемешения в корпусе зафиксирован, например, радиально-упорными подшипниками 24 и фиксирую 5 10 5 0 25 30 35 40 45 50 55 6шими их муфтами 26. Система управления манипулятором (не показана) останавливаех привод 18 и фиксирует положение вала 23 с помощью управляемых муфт 26. При перемещении штанги 2 управляемые муфты 21 расторможены и допускают линейное перемещение штанги 12 в направляющих 1 относительно корпуса 10. При вращении червяка 14 от привода 18 при заторможенном червячном колесе 20 происходит навинчивание его на червячное колесо, при этом штанга 12 вместе с приводом 18 и червяком 14 перемешается в осевом направлении относительно корпуса 10. Система управления управляет положением штанги 12. Предельные положения штанги 12 и поворотного вала 23 ограничиваются конечными датчиками (не показаны), При перемещении штанги 12 или вращении вала 23 оба движения выполняются от одного привода 18 раздельно по времени. Модуль манипулятора, в котором применена шариковая червячная передача, работает аналогично. Например, при зафиксированном червячном колесе 30 (фиг. 6 и 7) и врашении червяка 29 шарики 31 начинают вращаться вокруг своих осей и одновременно перемещаться вдоль впадины резьбы, а червяк 29 вместе со штангой 12 получает осевое перемещение в направлении, зависящем от вращения червяка. Благодаря отражателям, установленным в корпусе 32 и направляюшим шарики 31 в устройство 33 их возврата. шарики 31 циркулируют от заданной траектории. При неподвижной штанге 12 и вращении червяка 29 происходит поворот червячного колеса 30 и связанного с ним вала,Манипулятор, собранный из унифицированных модулей 1, 4, 5 и 6 (фиг. 1) имеет восемь степеней свободы и может одновременно выполнять до четырех движений. С помощью модуля 1 выполняется региональное перемещение манипулятора относительно технологического оборудования, здесь штанга модуля закреплена неподвижно, а перемещается корпус 10 модуля в направляющих основания, кроме того, с помощью модуля 1 осуществляется поворот манипулятора относительно вертйкальной оси. С помощью модуля 4 осуществляется подъем и опускание плеча манипулятора, а также поворот руки манипулятора относительно горизонтальной оси. Спомощью модуля 5 осушествляется выдвижение и качание руки манипулятора, а с помощью модуля 6 - перемещение захвата 7 и его ротация. Принцип действия кинематики остальных типов манипуляторов, показанных на фиг. 8 - 16 аналогичен.Предлагаемый манипулятор модульной конструкции, каждый модуль которого выполнен в виде совмещенного модуля поворота и линейного перемещения, приводимого в действие последовательно от одного привода, позволяет оперативно создавать манипуляторы необходимой кинематики в зави 984859симости от обслуживаемого ими технологического оборудования и автоматизируемого технологического процесса, Благодаря возможности расположения модуля с установкой осей вращения и линейного перемещения в направлении различньгх осей координат и определенному числу комбинаций расположения модулей друг относительно друга возможно большое количество вариантов построения кинематических схем манипуляторов, что позволяет создать целую гамму манипуляторов с необходимым числом степеней свободы, необходимой грузоподьемностью, заданными габаритными размерами. При этом упрощаются и удешевляются ремонтные работы, упрощается проектирование манипуляторов для обслуживания новых технологических процессов,формула изобретения .Модуль манипулятора, содержащий корпус, привод и механизм преобразования движения привода в движение выходного звена, отличающийся тем, что, с целью увеличения числа степеней подвижности выходного звена с одновременным уменьшением габаритов и повышением быстродействия, корпус выполнен составным из двух частей, имеющих возможность пе ремеще пня одна относительно другой, а механизм преобразования движения привода в движение выходного звена выполнен в виде зубчато- винтовой передачи, полой штанги и тормозных муфт, причем зубчатое колесо этой передачи связано с одной частью корпуса, винтовой элемент смонтирован в штанге и связан с другой частью корпуса, а тормозные муфты смонтированы на валу зубчатого колеса и на штанге.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Сурнин Б. Н. и др. Особенности конструкции роботов модульного типа. Станки и инструменты, 1978, М 7, с. 13.