Манипулятор

ОБРЕТЕНИЯ ПИСА ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54) (5) 1. МАНИПУЛЯТОР, содержагцийшарнирно установленную на поворотнойплатформе руку, выполненную в виде двухвертикальных и одного горизонтальногозвеньев, имеющих приводы ориентации схвата, а также расположенные на поворотнойплатформе приводы звеньев руки, включающие волновые редукторы и датчики положения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности позиционирования и улуч 1085804 А шения динамических характеристик, каждый из приводов звеньев руки выполнен в виде кривошипно-шатунного механизма с Г-образными двуплечими кривошипами, одно плечо которых соединено с дополнительно введенной ураавновешивающей пружиной двустороннего действия, а другое - с шатуном, причем шатуны привода ориентации схвата связаны со своими кривошипами посре гством дополнительно введенных упругих элементов.2. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности раооты в режиме обучения, привод генератора волн каждого редуктора снабжен фрикционной шарикоподшипниковой передачей и компенсирующей крестовой муфтой, причем сепаратор одного из подшипников ю входного вала волнового редуктора соединен с генератором волн посредством крестовой муфты, а наружное кольцо этого подгпипника связано с дополнительно введенной пружиной, установленной в корпусе волнового редуктора.Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в рсбототехнических устройствах,Известен манипулятор, содержащий шарнирно установленную ца поворотной платформе руку, выполненную в виде двух вертикальных и одного горизонтального звеньев, имеющих приводы ориентации схвата, атакже расположенные на поворотной платформе приводы звеньев руки, включающиеволновые редукторы и датчики положения 111. оНедостатком указанного манипулятораявляются ухудшенные динамические характеристики, и, как следствие, пониженнаяточность позиционирогация, а также недостаточная надежность работы в виду отсутствия предохранительного устройства ст поломки подвижных звеньев руки в случае упора в препятствие, так как для уравновешивания горизонтального звена руки с механизмом ориентации схвата введен дополнительно груз, а приводы исполнительных 20звеньев выполнены таким образом, что приперемещении звеньев руки электродвигате.ли перемещаются сами,Целью изобретения является повьшециеточности позиционирования, улучшение ди 25намических характеристик,Указанная цель досгигается тем, что Вманипуляторе, содержащем шарнирно установленную на поворотной платформе руку,выполненную в виде двух вертикальных иодного горизонтального звеньев, име сгцих щприводы ориентации свата, а также расположенные на поворотной платформе при.воды звеньев руки, Включаощие Волцов;ередукторы и датчики положения, каждьйиз приводов звеньев руки Выполнен в видекривошипно-шатунного механизма с Г-об- "5разными двуплечими кривошипами, одноплечо которых соединено с дсполнительнвведенной уравновешивающей пружиной дв.стороннего действия. а другоес И 1 атунсм,причем шатуны псивсда ог.,ентацци схвата.связаны со своими кривонцпгми посредством дополнительно Введенных упругих элементов,С цельо повышения надежности работыманипулятора привод гсцератора волн каждого волцовогс редуктора сцабжец фрикциоцной шарикоподшипниковой передацей и ком.пенсирующей крестовой муфтой, причем сепаратор одного из подшипников входного ва.ла волнового редуктора соединен с генератором волн посредством крестовой муфты,а наружное кольцо этого подшипника связано с дополнительно введенной пружиной,установленной В корпусе волнового редук.тора.11 а фиг. 1 изображена кинематицескаясхема манипулятора; на фиг. 2условно 55развернутая в плоскость кицематцце кая,схема уравновешивния вертикальнцогс и горизонтального звеньев и их связь с уравноВешивающими пружинами и датчиками положеция; на фиг. 3 - кинематическая схе.ма кривошипно-шатунного механизма, выполненного в виде двойного шарнирного па-,раллелограмма привода механизма ориентации; ца фиг, 4 - электродвигатель с волновым редуктором; на фиг. 5 - привод генератора волн волнового редуктора.Манипулятор (фиг. 1) состоит из неподвижного основания 1, на котором установлен привод (электродвигатель 2 и волновой редуктор ) поворотной платформы 4,вращающейся в подшипниках. На платформе при помощи оси 5 шарнирно установлена рука, содержащая вертикальные звенья-рыцаги б и 7, горизонтальное звено 8с механизмом ориентации (вал 9, коническая передача 1 О), к которому присоединенсхва" 11. На платформе установлены индивидуальные приводы звеньев руки: перемещения вертикального звена (электродвигательволновой редуктор 13), горизонтального (электродвигатель 14, волновой редуктор 15), механизма сриентации (двигатель 16, волновой редуктор 17 - Вращение схвата, двигатель 18, волновой редуктор 19 -- сгиб схвата),Иа Выходные валы редукторов цасажены Г-сбразные кривошипы 2023. Нг оси5 шарнирно установлен Г-образный рычаг24. Кривошипы цриас ов со своими звеньями соединены патуцами.Кривошипно.шатуццые механизмы, сс.держа 1 цне;плечо кривсшипа 20, шатун 25, нижнююцасть рычага 6,плечо кривоши.па 21, шатун 26, Г-образный рычаг 24, выполнень в виде шарнирных параллелограммов и Образуют кинематические передачи к вертикальному и горизонтальным звеньям соответственно (одно плечо Г-образного рычага 24 соединенос шатуном 26, а второес вертикальнымзвеном 7, шарнирно связанным с горизонтальцьм звеном 8).Кривошипно-шатуццые механизмы, содержа;.цие звеньякривошипы 22. пары шатуноз 27, 28.кривошипь: 23, парь; шатунов 29 и 30Выполнены В виде двойных шарнирных параллелограммов и образуют кицематическиюпередачи от приводов к механизму вращения схвата ч сгиба схВата соответственно.Кривошипы 20 и 21 (фиг, 2) с помощьюзвеньев-штоков 31 и 32 соединены с пружинами 33 и 34 уравновешивания статическихмомецгсв ст веса звеньев вертикального ьгоризснтальцого рычагов соответственно,Пружиць установлены в корпусах 35 и 36,закреплеццыих шарнирно на поворотной пла.форме 4.Цружица 33 уравновешивания вертикаль.цогс звена устанавливается в корпус 35 безпредварительного поджатия, рабочее уси 085804лке ее подбирается нз расчета полного урав новешкванкя статического момента, созда ваемого звеньями прк максимальном от клоненки вертикального звена от вертикали,Пружина 34 устанавливается в корпус 36 и с помощью перемещаемых по корпусу% 25 Приводы всех степекей подвижности ма-З 536 упоров 37 поджимается до рабочего уси лия, обеспечивающего уравновешквание ста тического момента, создаваемого горизон тальным звеном. Пружина ЗЧ выбрана мяг кой, обеспечивает незначительное прираще ние усилия при рабочем ходе,Корпуса пружин шарнирно закреплен на поворотной платформе таким образом что линия, соединяющая оск шарниров кривошкпных пальцев прк повороте криво шипов на максимальный угол, совпадает с вертикалью, а максимальный угол наклона этой линии к вертикали при работе не превышает б".С выходными валами волновых редукторов 13 к 15 приводов качания вертикаль 1 О 15 20 ного к гориэонталького звеньев (на которых закреплены кривошипы 20 и 21) кинематкчески связаны датчики 38 к 39 - аналоговые преобразователи углов поворота криво. шипов 20, 21 в сигналы, пропорциональные синусу (косинусу) этих углов. Шатуны 2 - 30 двойных шарнирных параллелограммов привода механизмов ориентации соединены со своими кривошипами посредством пружин 40 (фиг 3). Пружины 40 установлены в корпусах 41, которые шарнирно соединены с кривошкпными пальцами. С помощью упоров 42 пружины 40 поджаты до рабочего усилия.Шатуны 27 - 30 взаимодействуют с пру. жинами посредством упоров 42, 43. передачи максимально допустимого момента на входном валу редуктора.Работа манипулятора осуществляется следующим образом.Горизонтальное звено 8 с присоединенным к нему механизмом ориентации, захватом, создает статический момент, пропорциональный косинусу угла наклона звена 8 к горизонтали. При работе двигателя 14 угол поворота кривошипа 21 равен углу поворота звена 8. Поэтому прк любом значении угла поворота кривошипа 21 и звена 8 статическая нагрузка от веса звена 8 С механизмом ориентации может быть урав. нипулятора идентичны, включают волновок редуктор с цилиндрическим гибким колесом. Редуктор содержит корпус (фиг. 4) 44 с закрепленным в нем жестким колесом 45, гибкое колесо 46, к которому прикреплен выходной вал 47. Входной вал 48 установлен 4 О в подшипниках 49 и 50. Сепаратор 5 подшипника 49 с помощью компенсирующей муфты 52 соединен с генератором волн 53. Натяг в подшипнике 49 обеспечивает пружина 54. Усилие в пружине достаточно для,45 повешена постоя н ной силой. Пружн на 34воздействует на горизонтальное плечо крчвошипа 21 через шток 32 с требуемой силой.Пружина выбрана с малой жесткостью, по.этому на ее рабочем ходе имеет место незначительное отклонение рабочего усилияот расчетного.Уравновешивание горизонтального плеа происходит как прн напольной установкеманипулятора (как показано на фкг. 2), такк при закреплении манипулятора, когда ме.ханическая рука находится внизу. В первомслучае воздействие пружины на шток 32передается через упор 55, во втором вчерез упор 56. Гередвижные упоры 37 на корпусе 36 позволяют производить настройкурабочего усилия пружины прк кзмененикмассы захвата н массы перемещаемого груза.При работе двигателя2 к отклонениквертикального звена 6 возникает статический момент, пропорциональный синусу углаотклонения звена 6 от вертикали. Знак момента меняется при переходе звеном 6 через вертикаль.Уравновешивающая пружина 33 прк отклонении вертикального звена от вертикаливозденствует через упоры 57, 58 на штоке31 на горизонтальное плечо кривошипа 20 ссилой, приблизительно уравновешивающейстатический момент при любом отклонениивертикального звена от вертикали в рабочем диапазоне (для предлагаемого манипулятора перемещение вертикального звенасоставляет + 45),Учитывая, что при работе пружина отклоняется от вертикали на очень незначк., гельный угол (сов б = 0,994), погрешностьуравновешивания статических моментов кепревышает 1 - 20/о. Поэтому прк статическойразгрузке двигателей от веса звеньев рукикндквндуальные приводы перемещения вертикального и горизонтального звеньев могут быть выбраны значительно меньшей мощностн (их роль сводится к преодолению силкнерцпи и диссипативных скл).При работе двигателей 16 и 18 вращениекрквошкпов 22 н 23 посредством промежу.точнь:х звеньев (28, 29 н 30, 31) передаетсяведомы кривошипам 22 к 23. Прк осуществлении передачи вращения расстояние между кривошипными пальцамк кривошкпов22, 23 будет непрерывно изменяться ввидуошибок изготовления к сборки, а пружин40, поджатия до рабочего усилия, будетсоздавать необходимый натяг.Вал 59 электродвигателя с помощьюшпанки 60 соединен с входным валом 48 редуктора. В шакрокоподшнпнкке 49 стандартный сепаратор заменен на сепаратор 51, выполненный по фиг. 5.Сепаратор, кроме того, огкрается на подшипник 61. Он содержит фланец 62, в ко.гором имеются пазы 63,1085804 Я В генераторе волн 53 выполнены пазы 64. Между фланцем 62 сепаратора 51 и генератором волн 53 находится вкладыш 65, содержагций на торцах выступы 66 и 67, находящиеся во взаимно перпендикулярных5 плоскостях.Выступы 66 с одного торца вкладыша входят в пазы 63 фланца 62 сепаратора, а выступы 67 на другом торце входят в пазы 64 генератора волн 53, Таким образом, элементы: фланец 62, вкладыш 65 и гене ратор волн 53 образуют компенсирующую крестовую муфтуз обеспечиваюгцую само- установку генератора волн в плоскости. перпендикулярной оси его вращения.На генератор волн насажен гибкий подшипник 68, который вставлен в гибкое колесо 46. Отсюда следует, что шарикоподшипник 49 используется как фрикционная шарикоподшипниковая передача, выходным элементом которой является сепаратор 5. Последний через вкладыш 65 приводит во врашение генератор волн 53.В случае наезда руки робота на препятствие манипулятор предохраняется от поломки за счет имеющейся в волновом редукторе каждого индивидуального привода преодохранительной фрикционной шарикоподшипниковой передачи, связанной с волновой с помощью компенсируюгцей муфты. При превышении заданного момента на выходном валу привода наружное кольцо опорного подшипника 49, преодолевая противодействие пружины 54, отходит влево (фиг. 4), допуская тем самым проскальзывание в шариковой передаче. Кроме того, предохранительная шарикоподшипниковая передача повышает и динамические качества привода. уменьшая приведенныи к валу дви. гателя момент инерции нагрузки. Исполнение манипулятора по предложенгой схеме позволяетупростить конструкцию, выполняя ее из : и иф ици рова чных узлов и блоков;повысить точность позиционирования за счет применения практически беззгзорных передаточных механизмов;улучшить динамические характеристики манипулятора за счет статической разгрузки приводов от веса звеньев руки;предохранить манипулятор от поломки при наезде на препятствие, что особенно важно в режиме обучения.1085804 лиг 4 й 25 Составитель В. СавеТехред И. ВерееТираж 1033Государственного комиелам изобретений и озсква, Ж - 35, Рау адскаяПатент, г. Ужгород, у ьев 4(5 ктная, Редактор С. ТимохинаЗа каз 2138/15ВНИИПИпо д113035, МоФилиал ППП Корректор О. ТигорПодписноетета СССРкргятийнаб., дл. Прое 4