Копирующий манипулятор

СОЮЗ СОВЕТСКИХООВЛЮМЧЕСИИПРЕСПУБЛИК 5 Ю 130 рсггдфффФ НИ ИСАНИЕ С 8СТВ ВТОРСКОЬЮ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) А.С.Суляев и В.ф.филаретов (71) Дальневосточный ордена Трудо-вого Красного Знамени политехнический институт им. В.В.Куйбышева (53) 62-229.72(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 946918, кл. В 25 Ю 13/02, 1980 (прототип).(54)(57) КОПИРУЮЩИЙ МАНИПУЛЯТОР по авт.св. М 946918, о т л и ч а ю- - щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он снабжен коьвюутатором, ключом, дополнительным вторым односторонним фиксатором, установленным в нервом телескопическом звене в направлении,80, 542 А первого реечног ока, и нелинейнымэлементом, прич ыход последнегоподключен к обмо м второго фиксатора, а его вход через ключ - к выходу сумматора, третий вход которого подключен к выходу четвертогодатчика положения, выходы первогои второго датчиков положения подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выходы третьего и четвертого датчиков положения к первому и второму входам элементасравнения, а выходы сумматора иэлемента сравнения - к первомуи второму входам коммутатора, третийуправляющий вход которого подключенк выходу второго усилителя, а выходчерез первый усилитель - к входуисполнительного привода второготелескопического звена.Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано в копирующих дистанционно управляемых манипуляторах.По основному авт.св. М 946918 известен копирующий манипулятор, содержащий первые подвижные губки схвата задающего органа, шарнирно установленные на первом корпусе, внутри которого помещено первое телескопическое звено с установлен ными в нем двусторонним фиксатором, например электромагнитным и первым реечным штоком, связанным с первыми подвижными губками, а также первый датчик положения, вторые подвижные 15 губки схвата исполнительного органа, шарнирно установленные на втором корпусе, внутри которого помещено второе телескопическое звено с установленными в нем односторонним фиксатором и вторым реечным штоком, связанным с вторыми подвижными губками, второй датчик положения, первый усилитель и исполнительный привод второго телескопического звена, причем первый корпус снабжен дополнительными рейками, установленными внутри этого корпуса, параллельными первому реечному штоку и направленными своими зубьями к этому штоку, дополнительные первую и вторую пружины, третий и четвертый датчики положений, а также тактильные датчики, которые установлены на внутренней поверхности губок схвата исполнительного органа, первый и второй логические элементы ИЛИ, логичес-З 5 кий элемент И, второй усилитель, сумматор и элемент сравнения, причем концы первой пружины механически связаны соответственно с первым телескопическим звеном и с первым рееч ным штоком, а концы второй пружины соответственно с вторым телескопическим звеном и с вторым реечным штоком, выходы тактильных датчиков левой и правой губок схвата исполни тельного органа подключены соответственно к входам первого и второго логических элементов ИЛИ, выходы которых подключены соответственно к входам логического элемента И, а выход последнего через второй усилитель подключен к токовым обмоткам первого и второго фиксаторов 1 3Недостатком известного манипулятора является то, что он не предназначен для работы с легко деформируе" мьжи предметами без разрушения.Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей манипулятора.Цель достигается тем, что копиру ющий манипулятор, содержащий первые губки схвата задающего органа, шарнирно установленные на первом корпусе, внутри которого помещено первое телескопическое звено с установленными в нем двусторонним фиксатором и первым реечным штоком, связанным с первыми подвижными губками, а также первый датчик положения, вторые подвижные губки схвата исполнительного органа, шарнирно установленные на втором корпусе, внутри которого помещено второе телескопическое звено с установленными в нем односторонним фиксатором и вторым реечным штоком, связанным с вторыми подвижными губками, второй датчик положения, первый усилитель и исполнительный привод второго телескопического звена, причем первый корпус снабжен дополнительными рейками, установленными внутри этого корпуса,. параллельными первому реечному штоку и направленными своими зубьями к этому штоку, дополнительные первую и вторую пружины, третий и четвертый датчики положений, а также тактильные датчики, которые установлены на внутренней поверхности губок схвата исполнительного органа, первый и второй логические элементы ИЛИ, логический элемент И, второй усилитель, сумматор и элемент сравнения, причем концы первой пружины механически связаны соответственно с первым телескопическим звеном и с первым реечным штоком, а концы второй пружины - соответственно с вторым телескопическим звеном и с вторым реечным штоком, выходы тактильных датчиков левой и правой губок схвата исполнительного органа подключены соответственно к входам первого и второго логических элементов ИЛИ, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам логического элемента И, а выход Ьо " следнего через второй усилитель подключен к токовым обмоткам первого и второго фиксаторов, снабжен коммутатором, ключом, дополнительным вторым односторонним фиксатором, установленным в первом телескопическом звене в направлении первого реечного штока, и нелинейным элементом, причем выход последнего подключен к обмоткам второго фиксатора, а его вход через ключ - к выходу сумматора, ,третий вход которого подключен к выходу четвертого датчика положения, выходы первого и второго датчиков положения подключены соответственно к первому и второму входам сумматора, выходы третьего и четвертого датчиков положения - к первому и второму входам элемента сравнения, а выходы сумматора и элемента сравнения - к первому и второму входам коммутатора, третий управляющий вход которого подключен к выходу второго усилителя, а выход через первый усилительь - к входу исполнительного привода второго телескопического звена.На чертеже приведена принципиальная схема копирующего манипулятора.Копирующий манипулятор содержит первые подвижные губки 1 задающего органа, шарнирно установленные на первом корпусе 2, внутри которого . помещено первое телескопическое звенс 3 с установленными в нем двусторонним фиксатором 4 и первым реечным штоком 5, связанным с первыми подвижными губками 1, а также помещен первый,датчик 6 положения. Устройство содержит вторые подвижные губки 7, которые принадлежат исполнительному органу, шарнирно установленные соответственно на втором корпусе 8. Внутри последнего помещено второе телескопическое звено 9 с установленными в нем первым односторонним Фиксатором 10 и вторым реечным штоком 11, связанным с вторыми подвижными губками 7, а также помещен второй датчик 12 положения. Манипулятор также содержит первый усилитель 13 и испол-, нительный привод второго телескопического звена (не показан ). При этом первый корпус 2 снабжен дополнительными рейками 14, установленными внутри этого корпуса (нли выполненными за одно целое с ним ), которые параллельны первому реечному штоку 5 и направлены своими зубьями к этому штоку.Кроме того, в задающую и исполни)тельную части введены первая 15 и вторая 16 пружины, третий 17 и соответственно четвертый 18 датчики положения, более чем по одному так.тильному датчику 19 и 20, которые установлены на внутренних поверхностях соответственно левой (датчики 19) и правой (датчики 20) губок 7 40 схвата исполнительного органа манипулятора. Устройство содержит также первый 21, и второй 22 логические элементы ЙЛИ, логический элемент И 23, второй усилитель 24,:сумматор .25, элемент 26 сравнения и коммутатор 27. При этом концы первой пружины 15 механически связаны соответственно с первым телескопическим звенОм 3 и с первым реечным штОком 5 О 5, а концы второй пружины 16 - соответственно с вторим телескопическим звеном 9 и вторым реечным штоком 11, Выходы тактильных датчиков 19 и 20 левой и правой губок исполнительного схвата подключены соответственно к входам первого 21 и второго 22 логических элементов ИЛИ, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам логического элемента И 23. Выход последнего через вто рой усилитель 24 подключен (не показан ) к токовым обмоткам двусторонне- го 4 и первого одностороннего 10 фиксаторов. Выходы первого 6 и второго 12 датчиков положения подключе ны соответственно к первому и второму (вычитающему) входам сумматора 25, а выходы третьего 17 и четвертого ,18 датчиков положения подключены соответственно к первому и второму (вычйтающему ) входам элемента 26 сравнения. Выходы сумматора 25 и элемента 26 сравнения подключены к первому и второму входам коммутатора 27, третий управляющий вход которого ,йодключен к выходу второго усилителя 24, а выход через первый усилитель 13 - к входу исполнительного привода второго телескопического звена (не показан ). Токовая обмотка одностороннего фиксатора 10 в исполнительном звене дополнена возвратной пружиной 28 этого Фиксатора. Кроме того, копирующий манипулятор также содержит второй подпружиненный односторонний Фиксатор 29, расположенный внутри первого телескопического звена 3 в направлении первого реечного штока 5, ключ 30 и нелинейный элемент 31 типа реле с зоной нечувствительности. Причем выход этого нелинейного элемента подключен к токовым обмоткам второго одностороннего Фиксатора 29, а его вход через ключ 30 к выходу сумматора 25, третий вход ,которого подключен к выходу четвертого датчика 18 положения. Второй односторонний фиксатор дополнен возвратной пружиной 32.На чертеже введены следующие обозначения: О - сигнал управления приводом телескопического звена 9;О - сигнал управления фиксаторами24 и 10; 0 - сигнал управления фиксатором 29; Х ,Х 2 , Х и Х - соответственно сигналй с вйходов первого, второго, третьего и четвертого датчиков положения.Копирующий манипулятор работает следующим образом,До момента захвата объекта губками 7 схвата двусторонний 4 и первый односторонний 10 фиксаторы жестко фиксируют соответственно первый реечный шток 5 в первом телескопическом звене 3 и второй реечный шток 11 во втором телескопическом звене 9. При этом пружины 15 и 16 ие деформированы, датчики 17 и 18 находятся в среднем (нейтральном) положении. Сигнал с выхода второго уси лителя 24 Отсутствует. Вход коммутатора 27 подключен к выходу сумматора 25, 0 =Х 1-Х 2 (Х =О). В этом состоянии при угловом йеремещении губок 1 (которое вызывает продольное перемещение звена 3 относительно первого корпуса 2) на этот же самый угол перемещаются и губки 7 за счет проДольного перемещения звена 9 от,носительно второго корпуса 8, Последнее объясняется тем, что задающий и исполнительный схваты в данномслучае работают в следящем режиме, так как исполнительный привод второго телескопического звена отрабатывает ошибку (разность двух сигналов Х 1 -Х 2 1, формирующуюся на выходе первого сумматора 25.При касании обеими губками 7 исполнительного схвата схватываемого предмета, т,е. при срабатывании хотя бы по одному тактильному датчи-, ,ку 19 и 20 левой и правой групп, на вход второго усилителя 24 поступит сигнал, который, усилившись, переключит Фиксатор 4 в другое положение (произойдет сцепление фиксатора 15 4 с дополнительными рейками 141 выведет одностороннийффиксатор 10 из зацепления с вторым реечным штоком 11 и обеспечит переключение входа коммутатора 27 к выходу второ го сумматора 25. В результате реечные штоки 5 и 11 получат возможность перемещаться соответственно в первом 3 и втором 9 телескопических звеньях, а 01=Х -Х 4 . После касания предмета 25 губками 7 величина сигнала Х 1 останется неизменной и дальнейшее сжатие губок 1 происходит с усилием, пропорциональным величине деформации пружины 15, т.е. пропорционально вели". чине линейного перемещения штока 5 относительно звена 3 (звено 3 неподвижно относительно корпуса 2) . Величину этого линейного перемещения измеряет третий датчик 17, выходной оигнал которого Х 3 сравнивается35 с выходным сигналом четвертого датчика положения Х 4 Возникающая на выходе элемента 26 сравнения .ошибка отрабатывается исполнительным приводом второго телескопического 40 звена 9 за счет перемещения этого эвейа ,относительно корпуса 8.При несжимае" мом предмете перемещение звена 9 произойдет в том же направлении и на ту же величину, что и перемещение 45 штока 5 относительно звена 3 (шток 11 неподвижен относительно корпуса 8). После отключения фиксатора 10 у штока 11 появляется возможность продольного перемещения относительно звена 9, то при перемещении вверх звена 9 и неподвижных губок 7 про- " изойдет деформация (растяжение ) пружины 16 с усилием, пропорциональным ,усилию сжатия пружины 15, В. результате схватываемый предмет в исполнительном схвате сжат с усилием, точно . соответствующим усилию, развиваемомув задающем схвате.При этом ХЗ и Х+ равны между собой 60 и равны приращению Х, возникающему после захвата и сжатия объекта с некоторым усилием. Если же схватываемый предмет под действием развиваемого усилия поддается деформации, 65 т.е. губки 7 несколько сжимаются по сравнению с исходным состоянием при касании объекта, то для сохранений величины сжатия предмета неизменной величина приращения Х должна быть больше величины Х и Х+ . Поскольку в данном случае на вход первого усилителя 13 поступает сигнал с элемента 26 сравнения, то перемещение звена 9 происходит до тех пор, пока величины Хи Х+ не сравняются, а именно онн определяют соответствующее удлинение и сжатие пружин 16 и 17 независимо от текущего углового положения губок 1 и 7. В результате усилие сжатия объекта при ХЗ = -.Хд точно определяется усилием, прикладываем к задающему схвату, независимо от формы объекта.После разжатия предмета через ,некоторое время, необходимое для приведения пружин 15 н 16, а также датчиков 17 и 18 в нейтральное положение (этовремя задается линией задержки до или после второго усилителя 24) , происходит переключение фиксаторов 4 и 10 в положение на шток, в .те же зубья реек, что и до взятйя предмета, а коммутатор 27 подключится к выходу сумматора 25 (Х=О ). В результате полностью восстановится однотипность (синхронность ) кинематических параметров между задающей и исполнительной сторонами схвата. После этого губки 1 и 7 сжимаются и разжимаются в следящем режиме до тех пор, пока .не произойдет касание датчиков 19 и 20 исполнительного схвата с новым предметом. При работе, с несжимаеьвми объектами госле их касания схватом величина приращения сигнала Х , т.е. величина Х-Х 1 ,равна величине сигнала Х 4В .резуль;тате на выходе сумматора 25 нулевой сигнал (Х-Х 1)+ Х 4 = О. Если объект под действием приложенного усилия начинает сжиматься, то шток 11 перемещается вверх относительно неподвижного корпуса 8 и в результате величина (Х Х)-Х 4, становитсяО, а на выходе сумматора 25 соответст. венно Х,+Х-Х СО. Если величина сигнала (Х, +Х-Х ) превышает зону нечувствительности нелинейного элемента 31, которая определяется допустимой упругой деформацией объекта, то на выходе нелинейного элемента 31 появляется сигнал, который включает второй односторонний фиксатор 29. В результате первый реечный шток 5 жестко фиксируется в первом телескопическом звене 3. Таким образом, дальнейшее сжатие губок 1 прекращается, а усилие на губках 7 исполни1093542 Применение предлагаемого копируюшего манипулятора позволит производить работы оператора с легко дефо.мируемыми предметами без разрушения. го Составитель Т.Костикова ктор Л. Гратилло Техред И.Асталош Корректор Л.Шеньоа ис 4 У 5 П "Патент", г. Ужгород, Ул . Проектна фили телього схвата становится неизменным. Для высвобождения схваченногообъекта отключается ключ 30 и разжимаются губки 1,3354/14 Тираж 10 ВНИИПИ Государственн по делам изобретен 113035, Москва, Ж3го кй иРа митета СССткрытийская наб.,