Рука манипулятора

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 801 133085 4 Ш В 25 3 11/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Опытно-конструкторское бюро шлифовальных станков и Харьковский политехнический институт им. В. И. Ленина(54) (57) РУКА МАНИПУЛЯТОРА, содержащая шарнирно связанные предплечье и плечо в виде шарнирного параллелограмма, две параллельные тяги которого шарнирно связаны с основанием, уравновешивающее средство, гибкий элемент, один конец которого связан с предплечьем, а другой - с уравновешивающим средством, и три направляющих ролика для гибкого элемента, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности позиционирования, она снабжена -образным кронштейном, жестко связанным с рычагом параллелограмма, примыкающим к предплечью, а два направляющих ролика расположены на концах кронштейна так, что огибающий их гибкий элемент проходит через ось шарнирной связи предплечья с плечом, при этом третий направляющий ролик расположен на основании.Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в роботах и манипуляторах.Известна рука манипулятора, содержащая основание, подвижную опору, шарнирно сочлененные звенья плеча и предплечья с прииводом, поворота этих звеньев и пружинные разгрузочные устройства плеча и предплечья, которые оснащены опорными роликами и гибкими элементами, проходящими через них, Пружины этих устройств одним концом соединены с подвижной опорой, а другим - с гибким элементом, причем один гибкий элемент соединен с плечом; а другой через кривошип, установленный на оси поворота плеча, связан с предплечьем через механическую передачу, которая выполнена в виде системы цилиндрических колес и перекрестной гибкой передачи. В этом устройстве для повышения точности уравновешивания элементов конст рукции на кривошипе и плече установлены дополнительные ролики, охватываемые гибкими элементами, ветви которых соединены с пружинами 11. Недостатками данного устройства являются наличие двух уравновешивающих средств, а соответственно и двух устройств для уравновешивания плеча и предплечья, передача силы уравновешивающего средства и управляющего воздействия на предплечье через гибкую связь, что приводит при учете податливости связи к увеличению рассогласования между положениями предплечья и вала его привода, сила уравновешивающего средства плеча приложена вблизи оси поворота плеча и не компенсирует его изгибные деформации, обусловленные силами тяжести. Наиболее близкой к изобретению является рука манипулятора, содержащая шарнирно связанные предплечье и плечо в виде шарнирного параллелограмма, две параллельные тяги которого шарнирно связаны с основанием, уравновешивающее средство, гибкий элемент, один конец которого связан с предплечьем, а второй с уравновешивающим средством, и три направляющих ролика для гибкого элемента 12.Однако известное устройство уравновешивает только предплечье и не уравновешивает плечо, так как в любом положении системы момент уравновешивающей силы уравновешивающего средства относительно оси плеча компенсирует только момент от реакции тяги относительно плеча и момент уравновешиваемой силы предплечья относительно оси предплечья, что вытекает из последовательного рассмотрения условий равновесия систем предплечье - рычаг и плечо-предплечье-рычаг. 5 10 15 20 25 30, 35 40 45 50 55 Цель изобретения - повышение точности позиционирования за счет более полной уравновешенности плеча и предплечья,Поставленная цель достигается тем, что рука манипулятора, содержащая шарнирно связанные предплечье и плечо в виде шарнирного параллелограмма, две параллельные тяги которого шарнирно связаны с основанием, уравновешивающее средство гибкий элемент, один конец которого связан с предплечьем, а другой - с уравновешивающим средством, и три направляющих ролика для гибкого элемента, снабжена Ч -образным кронштейном, жестко связанным с рычагом шарнирного параллелограмма, примыкающим к предплечью, а два направляющих ролика расположены на концах кронштейна так, что огибающий их гибкий элемент проходит через ось шарнирной связи предплечья с плечом, при этом третий направляющий ролик расположен на основании,На фиг. 1 изображена кинематическая схема устройства; на фиг. 2 - схема сил, приложенных к руке манипулятора.Рука манипулятора (фиг, 1) имеет шарнирно связанные предплечье 1 и плечо, выполненное в виде шарнирного параллелограмма АВСР, две параллельные тяги 2 и 3 которого шарнирно связаны с основанием 4 и рычагом 5, с которым жестко соединен Ч-образный кронштейн, 6, уравновешивающее средство 7, гибкий элемент 8, один конец которого связан с предплечьем 1, а второй - с уравновешивающим средством 7, и три направляющих ролика 9-11.Ролик 9 может вращаться вокруг оси Е, неподвижной в системе стойки параллелограмма, а оси роликов 10 и 11 расположены на Ч-образном кронштейне 6, Гибкий элемент 8 переброшен через ролики 9-11 (фиг. 1), причем ролик 11 расположен так, что гибкий элемент, огибающий его поверхность, проходит через точку В, являющуюся осью шарнирной связи плеча с предплечьем 1. Уравновешивающее средство 7 действует на конец гибкого элемента 8, создавая его натяжение с силой Р.Силами, подлежащими уравновешиванию, являются силы б, б, Ц, б н пара сил с моментом М,где 6, - вес предплечья 1 и схвата;соответственно веса звеньев 2,3 и 5;И - момент от сил тяжести схвата (не показан) относительно оси Н его поворота по отношению к преДплечью, Этот момент постоянный, в частности, он может быть равным нулю, Он постоянен в случае, если движение схвата поступательно. Силы б, б, бз,.,б (фиг. 2) приложены в соответствующих центрах -и,5, Яз, и 5 тяжести, причем точка Я представлена как центрмасс предплечья 1 и схвата в предположении, что масса схвата сосредоточена в точке Н.Из уравнения равновесия предплечья 1:РЬ-- , М+ Мв(.61). (1) где Ь, - плечо силы Р относительно точки5В, а момент Мв(.61) от силы 61 относительно точки В определяется:Мб (.61)= 6 155,СОз 6,где 4 у - длина отрезка В 51 т 1 - угол, задающий положение предплечья 1. 10Из (1) следует, чтоЬг = а+ В сов у (2) Здесь-л с соответственно плечи сил К, Кс 6 д, относигельно точки В. В уравнение сила Р не входит, так как она проходит через точку В и момента не создает.Рассматривая равновесие системы, состоящей из предплечья 1, тяги 2 и рычага 525 (фиг. 2), получимеРЬз =Ма(61) +М-КЬ-К Ьг+ 6 Ьр+ +К1 Ав+ (61 + 65) 1 двсоз гх+Й,т1 А 3 созга. где Т - угол, задающий положение тяги 2,30Ьа - плечо силы Р относительно точки А;Ьв 8 лз - длины отрезков АВ и АЬ .Принимая во внимание, что 1,щ.= 1 св.,К=6, Евэ, совЬ,Есв 4,де 1.вс и 1. - длины отрезков 05 и 9 Э а также уравнение (3), имеем па = вх сов 6 х,где Ьа = 6 влза + (6+6) 1 в+6 з 1 3 /РИз приведенных выражений следует, чтонатяжение гибкого элемента при выполнении условий (2) и (6) обеспечивает равновесие плеча и предплечья 1, причем тот факт,что Ьа,не зависит от углаР,обусловлен тем,что влияние угла Т,на момент силы 61 компенсируется реакцией К тяги и тем, чтогибкий элемент проходит через точку В. Дляизменения плеч Ь 1,н Ьа,по законам, близкимк заданным (2) и (б), установлены ролики9 и 1 О (фиг. 1) радиусов г О г 1 соответственно. Положение оси Е ролика 9 задаетсяотрезком 1 а, равным расстоянию между точками А и Е, и углом, вмежду вертикальюи этим отрезком; аналогично положение осиГ ролика 10 определяется отрезком 1, равным расстоянию между точками В и Г и углом о . Параметры роликов г;, 1;,сС;(1=1,2)находятся из условия обеспечения наибольшей точности уравновешивания в заданныхдиапазонах изменения углов Р,. Радиус ролика 11 и положение его оси в системе рычага 5 выбираются лишь из условия прохождения гибкого элемента через точку В.Предложенное устройство может бытьиспользовано в промышленных роботах иманипуляторах различной грузоподъемностии обеспечивает снижение потребляемой мощности и повышение долговечности привода,а также снижение металлоемкости конструкции,с Корректор А. ЗнмокосовПодцнсноРкомитета СССРн открытийшская наб., д. 4/5род, ул. Проектная, 4