Силомоментный датчик

(РРР 1 РОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ см г 4 г В И ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР 9 579548, кл. 0 01 1 5/16, 1975.Авторское свидетельство СССР У 1155878, 13.12.83.(54) СИЛОМОМЕНТНЫЙ ДАТЧИК (57) Изобретение может бытьиспользовано для силомоментного очувствления роботов различного назначения, Целью изобретения является повышение точности измерения силы и момента и возможности использования датчика в роботах при сборочных операциях. Фланец 1 датчика крепят к руке робота, а фланец 2 соединяют со схватом робота, к которому 801216680 А прилагаются нагрузки. Жестко скрепленные по центру каркасы 3 и 4 соединены с фланцами через упругиеэлементы, выполненные в виде пластин прямоугольного сечения. Продольные осн пластин расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, ана их широких гранях размещеныизмерители 14 информаций. Эластичные амортизаторы, установленныекомпланарно в кольцевых пазах отверстий фланца 1, удерживают его вподвешенном состоянии, Во фланце2 вьцолнены четыре одинаковых отверстия, расположенные соосно с продольными осями упругих элементов.Прп действии силы или крутящегомомента будут деформироваться соответствующие упругие элементы,на измерителях деформации появятсясигналы, после суммирования которых определяется требуемая величина. 3 ил.50 гИзобретение относится к силоиэмерительной технике и может бытьиспользовано для силомоментногоочувствления роботов различногоназначения в металлургии, машиностроении и др.Целью изобретения является повышение чувствительности и точностиизмерения и возможности использования датчика в роботах при сборочных операциях,11 а фиг. 1-3 изображены три проек-,ции конструкции датчика.Датчик содержит соосно расположенные первый и второй силовосприппмающие флапцы 1 и 2, первый и "второй каркасы 3 и 4 с жестко присоединенными упругими элемептамн соответственно 5-12 в видепластин, продольные оси которыхрасположены во взаимно перпендикулярпых плоскостях, образованных, например, координатными осами х, у, аточки пересечения продольных осейлежат на ось: 7. симметрии датчика,и измерители 13 и 14 деформаций,размещенные на широких гранях элементов 5-12. Продольные упругие элементы 5-7, 6-8 и 9-1, 10-12 лежатво взаимно перпендикулярных плоскостях, пересекающихся по оси симметрии датчика, Фланец 1 связан с каркасом 3 через упругие элементы 5-8,широкие грани которых лежат в плоскости перпендикулярной оси 2 датчика. Фланец 2 связан с каркасом 4через упругие элементы 9-12, широкие грани которых лежат в плоскостях параллельных оси 7. датчика. Соединение фланцас упругими элементами 5-8 выполнено шарнирным ввиде цилиндрической двухподвижнойкинематической пары, соединениефланца 2 с упругими элементами 912 выполнено также шарнирным, но ввиде многоугольной, например четырехугольной, двухподвижпой кинематической пары. Сопрягающиеся междусобой цилиндрические поверхностиотверстий 15-18 фланца 1 и окончаний19-22 элементов 5-8 выполнены с зазором, обеспечивающим возможностьтрехкоординатного перемещения фланцаотносительно координатных осейх, у, к датчика. Поперечные сечения отверстий 15-18 Фланца 1 снабжены кольцеьыми пазами 23-2,в которые установлены комиланарно эла 5 20 25 30 35 40 45 50 55 стичные амортизаторы 27-30, выполненные, например, из резины в виде шайб,удерживающие фланецв подвешенномсостоянии. Величина зазора 3 межпуповерхностями отверстий 15-18 и цилиндрических окончаний 19-22 выбирается из условия обеспечения необходимой величины податливости, определяемой погрешностью позиционирования схвата робота, в которыйвстраивается датчик, и определяется соотношением Ь(Ь/3, где Ь - ширина амортизатора. Из соотношения8.11/3 следует, что глубина Г кольцевых пазов 23-26 должна быть не менее 2/31, Выбранные значения размеров пазов 23-26 и амортизаторов 27-30 обеспечивают деформацию резиновым амортизаторам 27-30 в пределах, не вызывающих разрушение материала амортизатораСопрягающиеся между собой поверхности отверстий 31-34 фланца 2 и окончаний 35-38 упругих элементов 9-2 выполнены с возможностью перемещения фланца 2 только в направлениях продольных осей упругих элементов 9-12. Каркас 3 с упругими элементами 5-8 и каркас 4 с упругими элементами 9-12 выполнены раздельными и жестко скреплены между собой по оси симметрии датчика, Так как механическая жесткость материала эластичных амортизаторов на два-четыре порядка меньше механической Жесткости материала упругих элементов 5-12, то деформация амортизаторов 27-30 на величину о практически не вызывает изменения сигнала на измерителях 14 деформаций. В качестве измерителей деформаций могут бьггь фольговые, полупроводниковые и др, тепзореэисторы, выводы которых распаяны на плате и собраны в жгут (не показаны), обеспечивающий сопряжение датчика с внешними устройствами.Датчик работает следующим образом.. Датчик укрепляют за фланец 1 к месту базирования, например, к руке робота, а фланец 2 соединяют со схватом робота, к которому прилагаются нагрузки.При действии силы 1", направленной по оси Х симметрии датчика, деформируются в одинаковом направлении все упругие элементы 5-8, на1216680 О 5 20 25 30 35 40 45 измерителях 12 деформации которых появляются сигналы одного знака с одной стороны упругих элементов .5-8 и другого знака - с другой стороны упругих элементов 5-8. После суммирования сигналов одного знака получают искомую величину Р , действующую по осисимметрии датчика.При действии силы, направленной по одной иэ координатных осей в плоскости, перпендикулярной оси 2. симметрии датчика, например по оси х, деформируются в одинаковом направлении упругие элементы 9 и 11, на измерителях 14 деформации которых появляются сигналы одного знака с одной стороны упругих элементов 9 и 11. После суммирования сигналов одного знака получают искомую силу Г. Аналогично определяется сила РПри действии крутящего момента М относительно оси симметрии дат 2чика деформируются упругие элементы 9-12, причем их однонаправленные грани деформируются в противоположных направлениях. Поэтому величина момента М определяется суммированием сигналов одного знака с измерителей 4 упругих элементов 9-12.Прн действии крутящего момента М деформируются упругие элементы 5 и 7, причем их однонаправленные грани деформируются в противоположных направлениях, Поэтому величина момента М х определяется в результате суммирования сигналов одного знака измерителей 14 упругих элементов 5 и 7 и инверсного суммирования сигналов другого знака. Аналогично определяется крутящий момент И 1, относительно оси у. Формула изобретения Силомоментный датчик, содержащий соосно расположенные первый и второй силовоспринимающие Фланцы и первый и второй жестко скрепленные между собой по центру каркасы 50 с жестко присоединенными упругими элементами в виде пластин прямоугольного сечения, продольные оси которыхрасположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, а точки пересечения этих осей лежат на оси симметрии датчика, и измерители деформаций, размещенные на широких граняхупругих элементов, при этом фланцысоединены с каркасами через упругие элементы, широкие грани которыхлежат в плоскости, перпендикулярной оси симметрии датчика для перво- .го Фланца, и в плоскостях параллельных оси симметрии датчика длявторого фланца, причем соединениепервого фланца с цилиндрическими концами упругих элементов выполненошарнирным в виде цилиндрической подвижной кинематической пары, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьшенпя точности измеренияи возможности использования датчикав роботах при сборочных операциях,концы упругих элементов второго каркаса выполнены многогранными, авторой фланец снабжен четырьмя одинаковыми отверстиями, расположеннымп саосно с продольными осями упругихэлементов,. соединенными с вторымкаркасом, профиль сечения отверстийвторого каркаса геометрически подобен профилю концов упругих эл ментов, отверстия в первом Фланце снабжены кольцевыми пазами, равностоящими от оси симметрии датчика, вкоторые введены эластичные кольцевыеамортизаторы, охватывающие цилиндрические концы упругих элементов первого каркаса, при этом диаметры кольцевых пазов и отверстий первого фланца и диаметры цилиндрических концовупругих элементов первого каркасавыбраны из соотношения(О 8-0 э 9 )Э=Од=( 1 1-12 )Эк где 3, О, - диаметры кольцевых пазов и отверстий первогоФланца, мм, соответственно;Э - диаметр цилиндрическихконцов упругих элементов первого каркаса,мм,причем жесткость упругих элементовв направлении, перпендикулярном широким граням, составляет (10 -1 О )2жесткости эластичных амортизаторовв этом же направлении126680 Фиг, Я Составитель В.Годзиковский Техред С,Мигунова рректор Е.Сирохман Редактор В.Иванова аказ 996 Тираж 778 ВНИИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий