Манипуляционная система

СОВХОЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 78 й) .Я 2 11/00, 5/00, 18/00 5 ц 5 В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСА ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ НИЕ Рй 1(71) Ленинградский политехнический институт им.М.И.Калинина(54) МАНИПУЛЯЦИОННАЯ СИСТЕМА (57) Использование: при создании средств манипулирования для технологических, монтажных, ремонтйых и контрольнйх работ в экстремальных условиях открытого космоса, подземных, высотных, послеава-рийных, Приводы включают двигатель 9, редуктор 10, датчик 8, обьединенные в общий мобильный блок, имеющий возможность перемещения по звейьям 3 манипулятора, а также поочередной стыковки с его шарнирами 4, оснащенными управляющими тормозами 5. Перемещение осуществляется по направляющим или перешагиванием по шарнирам. Мобильный блок оснащен средством его фиксаций на шарнирах, приводами тормозов, средствами стыковки с управляющими й знергетическими каналами манипулятора. 11 з,п. ф-лы, 15 ил,го блока посредством вновь введенного дополнительного манипулятора,4, Система по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью повышения маневренности, быстродействия, упрощения конструкции мобильного блока и расширения его функциональных вэоможностей, мобильный блок содержит два приводных узла с параллельными осями вращения их выходных звейьев. 105, Система по пп. 1 - 4, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что корпусы приводных узлов связаны с возможностью их относительного переме щения.6. Система по 1 - 5, о т л и ч а ю щ.а я с я 15 тем, что длины звеньев манипулятора равны расстоянию между осями выходных звеньев . приводных узлов мобильного блока.7. Система по пп, 1 - 6, о т л и ч:а ю щ ая с я тем, что на звеньях манипулятора 20 размещены дополнительные баэирующие элементы, имеющйе возможность взаимодействия со стыковочными устройствами приводного узла мобильйого блока,8. Система по пп, 1 - 7, о т л и ч а ю щ а я с я тем; что. с целью повышения точйости поэиционировайия, жесткости и йесущей способности, корпус приводного узла мобильного блока снабжен двумя стыковочными устройствами, причем оба стьковочных 30 устройства имеют возможность одновременного взаимодействия с различными элементами кинематической пары манипулятора.9. Система попп.1-8,отл ича ющая се тем, что мобильный блок снабжен средствами измерения положения смежных звеньев манипулятора относительно корпуса приводного узла этого блока и егЬ выходного звена.10. Система по пп. 1 -9, о т л и ч а ю щ Ф- я с я тем, что мобильный блок снабжен дополнительным приводным устройством, выходное звено которого имеет возможность взаимодействия с выходными звеньями уп. равляемых тормозов кинематических пар.11. Система по пп. 1 - 10, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что стыковочное устройство выходного звена приводного узла мобильного блока снабжено зажимными элементами, имеющими возможность взаимодействия с входными звеньями управляемых тормозов кинематических пар и с самими кинематическими парами.12. Система по пп, 1 - 11, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, маневренности и несущей способности, приводной узел мобильного блока оснащен двумя выходными звеньями со стыковочными устройствами, причем звенья связаны между собой дополнительно введенными разделительными механическими передачами..Заказ 4339 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям пр 113035, Москва, ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г; Ужгород, ул.Гагарина, 10ЪИзобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании средств манипулирования длямонтажных, строительных, ремонтных иконтрольных операций в экстремальных условиях.В качестве прототипа предполагаемогоизобретения выбрана дистанционно управляемая манипуляционная система транспортногокосмического корабля 10многоразового йспользования. В этом манипуляторе звенья большой протяженностисоедйнены кинематическими парами, оснащенными редукторами, двигателями и датчиками обратных связей. 15К недостаткам подобной системьготносятся значительные габариты и массы конструкции и большие затраты энергии на ихперемещение. Длинные звенья снижают достйЖййуЮточность позиционирования. Минимиз-ация степеней подвижностиограничивает маневренность системы. Наиболееответственные компоненты - привода манипулятора непрерывно находятсяподвоздействием агрессивных сред - низких температур, вакуума, радиацйи и т.п,Это снижает надежность системы, Встроенное оформление приводов"затрудняет ихремонт,Целью изобретения является уменьщение массы, габаритой; стоимости, "энергопотребления, расширения функциональныхвозможностей, гибкости и майевренности,повышение несущей способности, точности, жесткости, устойчивости к воздействию 35агрессивных сред за счет многоцелевого использования мобильного приводного устройства.С этой целью в манипуляционной систе-ме с мобильным приводом, содержащей манипулятор со звеньями, соединеннымикинематическими парами, й устройстваприводов, включающие. двигатель; редуктор": с выходнйм звеном, тормоз й корйус, поменьшей мере часть приводов объединены 45в общий мобильный блок, выполненный свозможностью перемещения по манипулятору, поочередного взаимодействия и при вода в да йжен ие кинематических па рманипулятора, оснащенный управляемыми 50тормозами.мобильный блок содержит приводнойузел, выходное звено которого оснащеностыковочным устройством, выполненным свозможностью взаимодействия и однозначной фиксации на компонентах шарнировманипулятора,мобильный блок оснащен схватом, напальцах которого установлены ролики, выполненные с возможвгостью взаимодействия и перемещения по направляющим, установленным на звеньях манипулятора, причем по меньшей мере часть роликовсоединены с приводом, а схват связан сприводным блоком дополнительным манипулятором;мобильный блок содержит два привод-ных узла с параллельными осями вращениявыходных звеньев; корпуса приводных узлов связаны с возможностью перемещениявдоль осей вращения выходных звеньев;длины звейьев манипулятора равны расстоянию между осями выходных звеньев мобильного блока;на звеньях манипулятора размещеныдополнительные базирующие поверхности,выполненные с возможностью взаимодействия со стыковочными устройствами приводных блоков и удаленные от шарнировманипулятора на дистанцию, равную расстоянию между осями вращения выходныхзвеньев приводных узлов;мобильный блоку оснащен дополнительным приводным устройством, выходноеведущее звено; которого выполйено с воэможностью взаимодействия и перемещения входных ведомых звеньев тормозовкинематических пар манипулятора одновременно с фиксацией стыковочного утсройства мобильного блока наманипуляторе;приводной узел оснащей двумя устройствами стыковки, выполненными с возможностью одновременной однозначнойфиксации выходного ведущего звена и корпуса приводного узла. соответственно, относительно вала и втулки шарнираМанипулятора,стыковочное устройство мобильногоблока оснащено зажимными элементами,выполненными с возможностью взаимодействия и перемещения входных ведомыхзвеньев тормозов кинематических пар манипулятора одновременно с взаимодействием базирующих поверхностейвышеупомянутого стыковочного устройствас манипулятором;кинематические пары манипулятора выполнены в виде кинематических соединений с по меньшей мере двумя степенямисвободы;.мобильный блок оснащен средствамиизмерения положения смежных звеньев манипулятора относительно своего корпуса ивыходного звена;на манипуляторе размещены коммуникации и разьемы каналов управления иэнергетического питания мобильного блока,а стыковочные устройства последнего оснащены ответными разьемами, выполненными с возможностью взаимодействия и сты- возможностью взаимодействия и привода ковки с вышеупомянутыми разъемами ма- в движение кйнематических пар манипулянипулятора; , тора.приводной узел оснащен по меньшей Средство 6 перемещения мобильного мере двумя выходными звеньями со стыко; 5 блока 2 выполнено с возможностью переновочными устройствами. связанными разде- са приводных узлов 7 и поочередной прилительными механическими передачами; стыковки к компонентам валу или втулке)входные ведомые звенья манипулято- кинематических пар манипулятора, Реалира, выполненные с возможностью взаимо- зация средства передвижения 6 возможна действия и перемещения стыковочными 10 на основе различных принципов.устройствами мобильного блока, соедине- Например, каретка 13 с приводными роны с кинематическими парами манипулято- ликами 14, опирающимися на направляюра механическими передачами; щие 15, установленные на звеньяхсодержит по меньшей мере два манипу- манипулятора фиг. 2), Для обхода шарнира лятора; . 15 манипулятора неприводные ролики 16 устасодержит по меньшей мере два мобиль-. новлены на качающемся пальце 17, оснаных блока; щенным своим приводом 18. Кареткамобильный блок оснащен средством связана с приводным узлом 7 двухстепендля транспортирования, ным дополнительным майипулятором 19,На фиг, 1 - показана принциальная фун Малые габариты, масса и простота мокциональная схема манипуляционной сис- бильного блока достигается при его пере- темы с мобильйым приводом (МСМП); на движении по манипулятор фи . 2 - средство перемещения приводного перешагиванием, Такой мобильный блок сог.манипулятору узла по манипулятору; на фиг. 3 - МСМП с держит два приводных узла 7 с параллель- мобильным блоком, содержащим два при ными осями вращения выходных звеньев водных узла, а - вид сбоку, б - план; на фиг. 11, оснащенных стыковочными устройства - МСМП с дополнительным приводным ми 12 (фиг. 3). Последние выполнены с возустройством тормозов кинематических пар; можностью взаимодействия и однозначной на фиг. 5 - МСМП с приводом тормозов от фиксации на компонентах шарниров 4 мастыковочного устройства; на фиг. 6 - МСМП 30 нипулятора - валах или втулках. Причем для с измерением положения звеньев манипу- облегчения стыковки с манипулятором корлятора; на фиг, 7 - схема измерения поло- пуса приводных узлов связаны с возможножения звеньев манипулятора; на фиг, 8 - стью перемещения вдоль осей вращения коммуникации иразъемы каналовуправле- выходных звеньев 11, Подобная связь мония и энергетического питания мобильного 35 жет реализоваться поступательной парой блока; на фиг, 9 - МСМП с двумя выходными или ее шарнирно-рйчажнИм аналогом.звеньями приводного узла; на фиг. 10 - .МСМП с передачами, встроенными в шар- Длина звеньев манипулятора, равнаа ниры манипулятора; на фиг. 11 - МСМП с расстоянию Я междуосями выходныхэвеньдвумя мобильными блоками; на фиг, 12 - 40 ев 11 мобильного блока наиболее благопри- МСМП для вывода технологического мани- ятна для полногоиспользования пулятора в рабочую зону; на фиг, 13 - МСМП воэможностей приводного блока и удобства для вывода человека-оператора в рабочую его стыковки с манипулятором(фиг. Зб). Иэ зону на поверхности объекта-носителя; на . компоновочных йли функциональных сообфиг. 14 - МСМП для перемещения тяжелых 45 ражений длины звеньев манипулятора мообъектов;нафиг.15 - стадии приводамани- гут отличаться от межосевого расстояния пулятора мобильным блоком. мобильного блока, В этом случае на звеньяМанипуляционная система с мобиль- манипулятора размещаются дополнитель-нымприводомМСМП)образованаманипу- ные базирующие поверхности 20, выполлятором 1 и мобильным блоком 2 (фиг. 1). 50 ненные с возможностью взаимодействия со Манипулятор состоит из звеньев 3, соеди- стыковочными устройствами 12 приводных иенных кинематическими парами 4, напри- .блоков 7, Эти поверхности 20 удалены от мер, поступательными направляющимиили шарниров 4 манипулятора на дистанцию, шарнирами, оснащенными управляемыми равную расстоянию Й между осями вращетормозами 5. Мобильный блок включает 55 ния выходных звеньев 11 приводных узлов средство 6 для перемещения по манипуля. Они подобны по размерам и форме стытору и приводной узел 7, содержащий дат- ковочным поверхностям шарниров майипучики 8 обратных связей, двигатель 9, лятора и выполнены с возможностью редуктор 10, выходное звено 11 стыковоч- однозначной фиксации на них стыковочных ное устройство 12, Последнее выполнено с устройств мобильного блока,з10 2.0 30 35 40 50 55 В корпусе 21 приводногоузла на опорах 22 вращения установлено выходное ведущее звено - стакан 23 фиг. 4). На этом корпусе закреплены также двигатель 9 с датчиком положения и скорости 8, Редуктор, в данном примере волновой, состоит из неподвижного жесткого зубчатого колеса 24 корпуса 21, подвижного жесткого зубчатого колеса 25 стакана 23, гибкого зубчатого колеса 26 с генератором деформаций 27 на валу двигателя 9,Стыковочное устройство выходного звена образовано базирующими поверхностями и зажимным механизмом;Базирующие поверхности включают фланец 28 гладкий или с мелкими зубьями и базирующий поясок 29 с конической заходной частью. Для центрирования и угловой фиксации в плоскости фланца на нем могут быть размещены также базирующие штифты 30,Зажимной механизм включает двига- тель 31 с редуктором 32, стакан 33 с кулачковыми профилями, промежуточная плита 34, выходная плита 35 с зажимными элементами Зб в виде крюков, Последние установлены в опорах вращения 37 на выходной плите 35 и пружинами 38 прижаты к радиальному кулачковому профилю 39 стакана 33. Выходная плита 35 на тарельчатых пружинах 40 подвешена на промежуточной плите 34, Последняя роликами 41 опирается на торцевой профиль 42 стакана 33 и поступательной йарой 43 зафиксирована от поворота,Профильный стакан 33 зубчатыми пере.дачами 44 связан с выходом редуктора 32, например, планетарного.Фланец 28, базирующий поясок 29 и базирующий штифт 30 выполнены с возможностью взаимодействия и однозначной фиксации на ответных базирующих поверхностях вала 45 шарнира манипулятора, включающих фланец 46, охватываемый базирующий поясок 47 и отверстия 48 под базирующий штифт.Корпуса 21 приводных узлов связаны двумя звеньями 49 на шарнирах 50, образующими параллелограммный механизм, в диагональ которого встроей привод осевой подвижности, включающий двигатель 51, червячную передачу 52, передачу винт-гайка 53, упругий компенсатор 54 и тягу 55,Управляемые тормоза шарниров 4 манипулятора могут быть оснащены индивидуальными встроенными приводами. Однако более целесообразно их объединить и перенести на мобильный блок,Такой мобильный блок оснащен дополнительным приводным устройством, выходное ведущее звено 56 которого выполнено с возможностью взаимодействия и перемещения входных ведомых звеньев 57 тормозов кинематических пар 4 манипулятора одновременно с фиксацией стыковочного устройства 28, 29, 30. 36 на манипулятор 46, 47, 48.Звенья 56 и 57 выполнены в виде сопрягаемых полумуфт сцепления. Тормоз смежных звеньев 58 и 59 манипулятора образован фрикционными фланцами 60, 61, 62, зажимным фланцем 63, диском 64 и винтом 65, связанным с полумуфтой 57. Фланец 62 установлен на звене 58,с возможностью осевого перемещения, например, на упру. гой мембране, Перемычки, связывающие фланец 63 и диск 64, проходят сквозь пазы в вале 45, Выходное ведущее звено 56 привода тормоза через подпружиненное шлицевое соединение 66 и зубчатые передачи 67, редуктор 68 связано с двигателем 69,размещенным в стакане 23,Конструкция первого и левого приводного узла мобильного блока, и соответственно обозначения позиций элементов здесь идентичны,Для повышения точности позиционирования манипулятора и разгрузки мобильного блока его приводные узлы оснащены двумя устройствами стыковки фиг. 5). Стыковочное устройство выходного звена полностьа совпадает с выше описанным и содержит фланец 28, базирующий бурт 29, штифт 30, двигатель 31, редуктор 32, стакан 33, промежуточную плиту 34, выходную плиту 35,.зажимные элементы 36. Оно выполнено с возможностью однозначной фиксации на базирующих поверхностях 46, 47, 48 вала 45 шарнира манипулятора,Кроме того у приводного блока имеется еще одно стыковочное устройство. Оно устроено подобно первому и содержит фланец 70, базирующий бурт 71, штифт 72, двигатель 73, редуктор 74, стакан 75, выходную плиту 76, зажимные элементы 77, Последние установлены в опорах вращения 78 навыходкой плите 76 и пружинами 79 прижатык кулачковому профилю 80 стакана 75.Выходная плита 76 роликами 81 опирается на торцевой профиль 82 стакана 75 и поступательной парой 83 зафиксирована от поворота, Профильный стакан 75 зубчатыми передачами 84 связан с выходом редуктора 74, установленного вместе с двигателем на корпусе 21 приводного блока,Фланец 70, базирующий.пояском 71 и штифтом 72 выполнены с возможностью взаимодействия и однозначной фиксации на ответных базирующих поверхностях втулки 85 шарнира манипулятора, включающих фланец 86.охватывающий базирующий жения звеньев манипулятора, например, поясок 87 и отверстие 88 под штифт, оптические.Зажимные элементы 77 выполнены с Система управления или пульт ручного возможностью взаимодействия и переме- управления;атакжеисточникиэнергиимощения входных ведомых звеньев 89 тормо гут находиться непосредственно на мобильзов кинематических пар манипулятора ном блоке, Однако это не всегда возможно одновременно с взаимодействием базирую- или целесообразно из-за увеличения массы щих поверхностей 70, 71, 72 стыковочного и габаритов мобильного блока. Со стациоустройства с ответными базирующими по- нарной системой управления 107 и источниверхностями 86, 87, 88 манипулятора.10 ком энергии мобильный блок может бытьТормоз смежных звеньев 58 и 59 мани- связан гибкими кабелями. Но они снижают пулятора образован фрикционными флан- маневренность мобильного блока и его нацами 60, 61, 62 и зажимным фланцем 63, дежность из-за непредвиденных конфигусвязанным тягами 90 с входными ведомыми раций.звеньями 89. Между зажимным фланцем 63 15 Для преодоления этих недостатков на и несущей конструкцией звена 58 размеещ- манипуляторе 1 размещены коммуникации ны тарельчатые пружины 91 108 и разъемы 109 каналов управления иЗажимные элементы 36 и 77 оформлены энергетического питания мобильного блока, в виде крюков со скошенной рабочей повер- а стыковочные устройства 12 последнего осхностью 92 и 93, выполненной с возможно нащены ответными разъемами 110, выполстью взаимодействия с также скошенными ненными с возможностью взаимодействия ответными поверхностями фланца 46 и и стыковки свышеупомянутыми разъемами входных ведомых звеньев 89 тормозов, манипулятора.Между корпусом 21 и опорами 22 уста- Из компоновочных или функциональновлена пружина 94, выполненная с воз ных соображений часть кинематических пар можностью осевого смещения выходного манипулятора имеет ориентацию или поло- ведущего звейа - стакана 23. жение, отличное от остальных кинематиче-Левыйприводнойузелмобильногобло- ских пар (фиг, 9). Для привода таких ка идентичен рассмотренному правоь 4 ууз-" кинематических пар и расширения маневлу, 30 ренности мобильного блока по крайней меВ данном техническом решении одйо- ре один из приводных узлов оснащен двумя значная фиксация и удержание стыковочны- выходными звеньями со стыковочными устми устройствами приводного узла смежнйх ройствами 111 и 112, связанйыми раздели- звеньев 58 и 59 манипулятора позволяет тельными механическими передачами 113, обойтись без.опор вращения между ними. 35 например, зубчатыми коническими.Здесь кинематйческая пара манипулятора Причем стыковочное устройство 112 вы-выполнена в виде плоского трехподвижного полнено с возможностьювзаимодействия и " кинематического соединения, образованно- поворота звена 114 манипулятора, ось враго фрикционными фланцами 60 и 61 смеж- щения которого в данном примере перпенных звеньев 58 и 5940 дикулярна остальным кинематическимДля дальнейшего повышения точности парам манипулятора. Для стыковки с мопозиционирования манипулятора за счет бильным блоком ось звена 114 должна быть компейсации погрешностей стыковки при- перпендикулярна плоскости, проходящей водного узла; мобильный блок оснащен через оси основных выходных звеньев мосредствами измерения положения смежных 45 бильного блока. На фиг, 9 эта ось и стыкозвеньев 58 и 59 манипулятора относительно вочное устройство 112 условно развернуты своего корпуса 21 и выходного звена 23 в плоскость чертежа.(фиг. 6). Для привода особо нагруженных и точНа корпусе 2 приводного узла и выход- .ных, а также нестандартно расположенных ном звене 23 установлены датчики 95, на кинематических пар в последние могут пример, индуктивные, выполненные свстраиваться дополнительные передачи. возможностью измерения положения бази- Часть входных ведомых звеньев 115 манирующих штифтов 96, размещенных на флан- пулятора, выполненные с возможностью цах 46, 86. Для полного определения взаимодействия и перемещения стыковочположения в плоскости на каждом из звень ными устройствами 12 мобильного блока 2, ев размещены по два штифта 97, 98 и 99; соединены с кинематическими парами 4 ма, взаимодействующих с датчиками 101; нипулятора механическими передачами 102,.103, 104, 105, 106(фиг, 7), Возможны и, 116, например, червячныМи (фиг, 10), Такие другиесредства"измеренйя реального поло- .передачи могут выполнять роль понижающих редукторов или пространственной пе1784451 12 40 Для восприятия значительных нагрузоксопри перемещении тяжелых объектов 128 си- ма рекомпоновки. Поэтому они прежде всего встраиваются в кинематические пары близкие к неподвижному основанию и рабочему органу манипулятора.Для повышения быстродействия; мо бильности и расширения функциональных возможностей МСМП содержится два или более мобильных блоков 117 и 118, выполненных с возможностью поочередного и/или одновременного взаимодействия и приведения в движение кинематических пар 119, 120, 121, 122 манипулятора 1 (фиг, 11), С этой целью кинематическйе пары снабжаются двумя входными ведомыми звеньями 123 и 124, выполненными с возможностью взаимодействия со стыковочными устройствами 119 приводных блоков. " МСМП предназначены прежде всего для вывода в рабочую зону человека опера-тора, робота, технологического или контрольного оборудования в экстремальных условиях, На базовом объекте-носителе 125, например транспортном средстве, установленмногозвенный манипулятор 1 с двумя мобильными блокамИ 117 и 118 (фиг. 12). Конечное его звено снабжено узлом кисти 126 со сменными рабочими органами 127, Одна из степеней подвижности кисти имеет входное ведомое звено, выполненное с возможностью взаимодействия и перемещения мобильным блоком, Остальные привода кисти встроены в ее конструкцию. Часть кйнематйческйх пар манипулятора оснащена встроенными передачами 116, а их ориентация отличается от остзльйых"шарййровмэнипуляторэ, Все кинематические парь 1 манипулятора, за исключением части кистевых, не содержат собственных приводов и оснэцены тормозами,Для расширения функциональных возмокностей мобильный блок может быть оснащен средством для транспортйроаания , 128 разлйчных объектов, и в томчисле: человека-оператора 129, дополнительного 45 технологического манипулятора и другого технологического оборудовайия, например,сварочного,окрасочного ит,п. Средстводля .транспортирования оформлено в виде платформ, фланцев, площадок, размещенных эа 50пределами рабочей зоны манипулятора, например, над прйводными блоками, и выполненных с возможностью размещения и фиксации первйосимых объектов. С мобильным блоком они связаны жестко или через 55 дополнительный стабилизирующий механизм с одной или несколькими степенямиподвижности,стема может содержать несколько манипуляторов 129, 130 и 131 (фиг. 14). Они образуют кинематически замкнутые механизмы, отличающиеся повышенной несущей способностью, жесткостью и точностью, Наиболее полно эти эффекты проявляются при задании положения объекта в пространстве шестью манипуляторами, раэворачиваемыми в прямые линии. Все манипуляторы могут оснащаться либо одним общим мобильным блоком, переходящим по дополнительным базирующим поверхностям 20, либо индивидуальными мобильными блоками.:Манипулационнэя система с мобильным приводом (МОМП) работает следующим образом,В исходном состоянии кинематические пары 4 манипулятора 1 зафиксированы тормозами 5, При необходимости изменения конфигурации манипулятора мобильный блок 2 с помощью средства для перемещения 6 подходит к.шарниру 4, стыкует с ним приводйой узел 7 (фиг. 1), Тормоз 5 отпускает и двигатель 9 при контроле датчиком 8. через редуктор 10, выходное звено 11, стыковочное устройство 12 переводит звено 3 в новое требуемое положение, в котором затем фиксируется тормозом 5. Приводной узел 7 расстыкуется с этим шарниром и с помощью средства для перемещения 6 переносится к следующему шарниру. Так поочередно все звенья манипулятора 1 выводятся в новое требуемое положение;При перемещении приводного узла 7 к следующему шарниру приводом 18 отводится качающийся палец 17 с неприводным роликом 16 фиг. 2), Манипулятором 19 и вращением корпуса приводного узла относительно зафиксированного на манипуляторе 1 стыковочного устройства 12 каретка 13 переносится через шарнир манипулятора и устанавливается роликами 14 нэ направляющие 15, К этим же направляющим приводом 18 с качающимся пальцем 17. поджимается неприводной ролик 16,Приводной узел 7 отпускает стыковочным устройством 12 шарнир 4 и приводными роликами 14 перемещается на каретке 13 по направляющим 15 звена Э манипулятора. Манипулятором 18 приводной узел 7 переносится через каретку 13 и устанавливается на очередной шарнир 4 Мобильный блок 2 с двумя приводными узлами перемещается по манипулятору перешагиванием по шарнирам(фиг. 15) илидополнительным базам 20 (фиг. 3). В исходномстоянии мобильный блок пристыкован к нипулятору, тормоза расфиксированы. ЪДвигатель 9 через волновой редуктор приводного узла 133 вращается весь мо, 26, 24, 25 вращает стакан 23 и через эле- бильный блок и левый приводной узел 132 менты стыковки 28, 46, 30, 48 поворачивает переносится к шарниру 136 (фиг. 15 б), Тревал 45 звена 59 (фиг, 4, и 5). Угол поворота буемая соосность узла 132 и шарнира 136 контролируется человеком-оператором или 5 достигается либо программным управленидатчиком 8.Такимобразом правый 132 иле- ем в соответствии с сигналом датчика 8, вый 133 приводные узлы могут одновременно либо по дополнительным датчикам или упоприводить в движение два шарнира 134 и 135 рам на звеньях манипулятора, либо ручным или 136 и 137 (фиг. 15). управлением.Затем шарниры фиксируются тормоза Бывший левый приводной узел 132 опуми. Двигатель 69 через цепь 68, 67, 66, 56, скается и его выходное звено-стакан 23 сты вращает винт 65; плита 64 и связанный с куется с валом 45 шарнира 136. ней фланец 63 зажимают фланец 61 звена Расстыкуется бывший правый приводной 59 между фланцами 60 и 62 звена 58, узел 133 от шарнира 135, поднимается, пеЛевцй приводной узел 132 отстыкуется 15 реносится к шарнйру 137, опускается и стцот манипулятора, Двигатель 31 через пере- куется с последним. Корпус левого дачи 32, 44, вращает стакан 33 (фиг. 4). Ро- приводного узла 132 фиксируется на втулке лики 41 катятся по торцевым профилям 42, шарнира 136. Приводные узлы 132 и 133 промежуточная плита 34 и связанная с ней приводят в движение шарниры 136 и 137, через пружины 40 выходная плита 35, а так Все эти переходы осуществляются подобно же зажимные элементы 36 опускаются. По- выше описанным.следние скользят по радиальному Такая типовая последовательность пекулачковому профилю 39, сжимая пружины реходов характерна для приводных узлов со 38 сходятся, их скошенные рабочие поверх- стыковочными устройствами выходното звености 92 отходят от ответных поверхностей 25 на и корпуса, на фланце 70 которого имеютвала 45. Фланец 28 выходногозвена 23 при- ся зубья или штифт 72, Если угловая водного блока перестает поджиматься к фиксация корпуса 21 относительно манипуфланцу 29 вала 45 звена 59. Аналогично лятора с помощью штифта 72 или зубьев расфиксируется корпус 21 приводного узла отсутствует, то возможны и другие алгорит(фиг. 5). Двигатель 73 через передачи 74, 84 30 мы работы мобильного блока, и в том числе вращает стакан 75, Ролики 80 катятся по последовательный поочереднцй привод торцевым профилям 82 и плита 76, а такжешарниров 134, 135, 136, 137 с соответствусвязанные с ней зажимные элементы 77, ющим перемещением мобильного блока входные ведомые элементы 89, тяги 90, фла- каждый раз на один шаг.нец 63 опускаются, Пружины 91 зажимают 35 При необходимости повышения точнофланец 61 между фланцами 62 и 60, Шарнир сти позиционирования манипулятора в прозафиксирован тормозом. Зажимные эле- цессе стыковки или после ее завершения менты 77 скользят по радиальному профилю измеряется фактйческое положенйе вала 45 80. сжимая пружйны 79, отводят рабочие и втулки 85 смежныхзвеньевманипулятора поверхности 93 от входных ведомых звень 58, 59 относительно выхода 23 и корпуса 21 ев 89. Пружина 94 приподнимает корпус 21, приводного блока (фиг. 6, 7), Датчики 101 и Фланец 70 и штифт 72 выходят из взаимо, взаимодействующие с базовыми штифдействия с фланцем 86 и отверстием 88. тами 97 и 98 измеряют смещение втулки 85 Корпус 21 левого приводного блока также шарнира манипулятора по оси У и углу а . отстыкован от манипулятора,45 Датчик 106- по оси Х, Аналогично, датчикиЛевый приводной узел 132 поднимает и 105, взаимодействующие с базовыми ся. Двигатель 51 через червячную передачуштифтами 99 и 100 измеряют смещение ва вращает винт 53, диагональ параллелог- ла 45 шарнира манипулятора по оси У и углу рамма сокращается, звенья 49 поворачива- а А датчик 106 - по оси Х. Измеренные ются по часовой стрелке, приводной узел 50 таким образом погрешности стыковки приподнят,.. водного узла с манипулятором используютЗатем этот узел 132 переносится- от сядля коррекции управления шарнира 134 к. шарниру 136. Аналогично манипулятором.выше описанному корпус 21 правого при- Приводные блоки 7 е несколькими выводного узла 133 отстыкуется от манипуля ходными звеньями и стыковочными устрой- тора. Двигатель 9 через цепь 27, 24, 25, 26 ствами 111 и 112 могут как приводить в вращает корпус 21 правого приводного узла движение обычные кинематичвские пары 133 относительно выходного ведущего зве-, манипулятора; так и шарниры со специфина-стакана 23, зафиксированного на вале ческим расположением или ориентацией шарнира 135. Вместе с корпусом 21 правого10 15 20 25 30 40 виваемых моментов. Затем он стыкуется сшарнирами манипулятора, следующими после занятых первым мобильным блоком, Та(фиг. 9). Кроме того дополнительные стыковочные устройства 112 придают мобильному блоку способность пространственного маневрирования,После фиксации стыковбчного устройства 112 на шарнире или дополнительной базовой поверхноСти манипулятора мобильный блок может изменять свою ориентацию в пространстве. Процессы привода, перемещения и стыковки здесь подобны рассмотренййм выше,МСМР может выполнять манипуляционные функции в труднодоступных местах, значительно удаленных от исходной базы,прямой подход к которым недопускается различного родэ препятствиями, Базовый объект 125, несущий компактно сложенный многозвенный манипулятор 1 фиксируется на основании обслуживаемого комплекса фиг. 12). Мобильный блок 117 перешагиванием перемещается по манипулятору. ЧаСть лишних в данных работах звеньев, например, первые четыре, оставляются неразвернутыми. Мобильйый блок своими прйводными узлами стыкуется с пятым и шестым шарниром и одновременным координированным поворотом йятого и шестого звена поступательно или с разворотом перемещает всю-остальную сложенную часть манипулятора, Затем он переходит на шестой и седьмой шарнир и подобным образом разворачивает следующие шестое и седьмое звенья. Манипулятор в сложенном компактном виде обходит препятствия и постепенно разворачиваясь движется к зоне выполнения технологической или контрольной операции. После выхода в рабочую зону первыймобильный блок 117 стыкуется с кистевым механизмом и близлежащим к нему шарниром манипулятора 1, Второй мобильный блок 118 может помогать первому для увеличения маневренности, скорости или разким образом на конце кйнематической цепи с зафиксированными тормозами шарнирами образуется манипуляторс дистанционным, позиционным или контурным управлением. Четыре его степени подвижности приводятся в движение мобильными блоками 117 и 118. Дополнительные ориен- тирующие степени подвижности кисти либо поочередно приводятся мобильным блоком 1,17, либо оснащаются встроенными приводами. Такой четырех-шести степенной робот может выполнять монтажные,сборочные, сварочные, ремонтные й другиеработы. При необходимости один или оба мобильных блока в средствах транспортирования 128 могут нести различные грузы,сменные рабочие органы 127 или расходуемые материалы, Подобный комплекс можетвыполнять различные работы в горных выработках, судовых отсеках, высотных металлоконструкциях, полуразрушенных врезультате аварии промышленных или строительных конструкциях.Компактно свернутый манипулятор может храниться во внутреннем отсеке носителя, например, корабля, или здания (фиг,13). Подобно описанному выше он разворачивается, выходит из отсека и доставляетчеловека 129, робота или иное технологическое оборудование к требуемым зонам наружных поверхностей этих объектов,Подобные системы перспективны также длямонтажно-ремонтных работ на большой высоте,Мобильные блоки могут использоватьсятакже для разворачивания складных конструкций, например, солнечных батарей, антенн и т,п, В этом случае роль манипулятораиграют сами разворачиваемые конструкции.Более тяжелые объекты, например, модули космических станций или строительные конструкции, перемещаются одним илинесколькими манипуляторами 129, 130, 131(фиг. 14), Они образуют кинематически замкнутые цепи, отличающиеся повышеннойнесущей способностью, жесткостью и точ 5 ностью. Для сохранения подвижности такихмеханизмов при разворачивании манипуляторов часть их шарниров, например, первыеи последние, оставляются незэтормокенными. Один илинесколько мобильных блоков переходят по дополнительнымбэзирующим поверхностям 20 от одногоманипулятора к другому и постепенно ихразворачивают. Более быстрое и координированное пространственное движение получается при одновременной работе всехтрех - шести манипуляторов со свойми индивидуальнымими мобильными блоками. Подобные системы могут применяться и вкачестве средств подъема тяжелых крупно 0 габаритных грузов. Раскладываемые мо-бильными блоками манипуляторы играютроль домкратов. Но от последних отличаются компактйостью в исходном сложенномсостоянии.5 По сравнению с известными роботами впредлагаемой мэнипуляционной системеобъединение приводов в общий мобильныйблок решает прежде всего проблему значи тельйого снижения массы, габаритов и стоимости комплекса. Уменьшение массыперемещаемых конструкций позволяет не- Таким образом предлагаемая манипусколько снизить энергопотребление, ляционная система с мобильным приводомПеремещение приводов по манипулято- отличается от аналогов меньшей массой, гару дает несколько эффектов. В момент раз- баритами, стоимостью и знергопотребленивертывания манипулятора привода 5 ем, более широкими функциональнымиприближены к осневанию, а подвижная возможностями, гибкостью и маневренночастьманипуляторамаксимальнооблегчена стью, повышенной надежностью, устойчии свернута в компактную группус малым востью к воздействию агрессивных сред,моментом инерции. Это также снижает ремонтопригодностью, несущей способноэнергопотребление. Во время перерывов в 10 стью, жесткостью, точностью.работе мобильные блоки могут отводиться Эти преимущества наиболее ярко прона основание в защищенную зону. Снижа-, являются в таких областях применения, как:ется длительность их пребывания в агрес- - манипулирование в труднодоступныхсивных средах, например, низких . зонах, например, подземных выработках,температур, вакуума, радиации и т.п, Облег стесненных отсеках судов, высотных металчается их профилактическое обслуживание локонструкций, полуразрушенных консти диагностика. Возможна оперативная за- рукциях и сооружениях (после аварий);мена мобильных блоков на исправные. Все - манипулирование на наружных поверзто повышает надежность системы и в том хностях объектов - несителей, например,числе в условиях агрессивных сред, Появля космических или морских кораблей, а такжеется возможность варьирования структуры зданий промышленных сооружений;системы, и в том числе использования бло- - разворачивание складных конструкков совместно или врозь, Расширяются фун- ций, например, солнечных батарей или анкциональные возможности, улучшается тенн;адаптация к изменению нагрузок, 25 - манипулирование тяжелыми объектаВ предлагаемом манипуляторе звенья ми, например, космическими модулями,соединены фланцами, стянутыми винтами элементамипромышленныхистроительныхили пружинами, А конструкии, реализую- сооружений,щие кинематические пары вынесены на мо- ф о р м у л а и з о б р е т е н и ябильный блок, Подобные соединения по 30 1. Манипуляционная система, содержанесущей способностиижесткости, отнесен- щая основной манипулятор со звеньями иным к массе и габаритам, а также простоте соединяющими их кйнематическими параи стоимости, близки к статическим несущим ми и приводы, включающие двигатель и реконструкциям. Поэтому их характеристики дуктор с выходным"звеноМ, б т л и ч а ю щ амногократно превышают возможности шар я с я тем, что, с целью уменьшения массы,ниров манипуляторов со встроенными при- габаритов, энергопотребления, она снабжеводами. на по меньшей мере, одним мобильным блоЭти свойства предлагаемого техниче- ком, имеющим возможность перемещенияского решения открывают возможность су-, по звеньям манйпулятбра поочередногощестаенно увеличить количество степеней 40 взаимодействия с его кинематическими паподвижности манипулятора в пределах тех рами и приведения их в движение, причемже масс и стоимости, В результате повыша- кинематические пары оснащены управляеется гибкость и маневренность. Компактно мыми тормозами.сложенный манипулятор проще транспор-2. Система по и, 1, о тл и ч а ю ща я с ятировать. Короткие звенья снижают требо тем, что мобильный блок содержит по меньвания по точности, жесткости и нагрузкам, . шей мере один приводной узел, имеющийпредъявляемые к приводам. А накапливае- корпус и выходное звено со стыковочныммые погрешности могут компенсироваться устройством, которое имеет возможностьсистемой измерения положения звеньев взаимодействия с элементом кинематичедруг относительно друга или относительно 50 ской пары и фиксации на нем.обслуживаемого объекта в рабочей зоне.Кинематически замкнутые механизмы, 3. Система по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ аобразуемые несколькими манипуляторами я с я тем, что мобильный блок оснащенподобного рода, обладают повышеннойне- схватом, на пальцах которого установленысущей способностью, жесткостью и точно ролики, имеющие возможность перемещестью. Особенно этому способствует ния по дополнительно введенным направпрямолинейная конфигурация развернутых ляющим, установленным на звеньяхманипуляторов, в которой звенья восприни- . манипулятора, причем все или часть ролимают преимущественно нагрузки растяже- ков схвата соединены с приводом, а самния-сжатия, схват связан с приводным узлом мобильно