Манипулятор

СОЮЗ СОВЕТСКИХапавющипжижРЕСПУБЛИК а(5 ц В 25 Л 17/00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕТЕЛЬСТВУ Н АВТОРСКОМ 3 прии турбоалличес 088.8)свидетельств 25 3 3/00, 1 о СССР982.держащий льный ор- сочленен(54)(57) 1, МАНИПУЛЯТОР, с шарнирно-рычажный исполнит ган е подвижными звеньями,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1.АвторскоеР 1042989, кл, В ными одно с другим и с неподвижнымоснованием двуосными шарнирами, причем звенья выполнены в виде полыхцилиндров с концентрически расположенными внутри трубчатыми валами, наконцах которьм жестко закрепленыведомые и ведущие зубчатые колесатрехзвенных дифференциальных механизмов, а сателлиты этих трехэвенныхдифференциальньм механизмов расположены в корпусах шарниров по их осями равномерно распределены относительнопродольных осей звеньев, причемпериферийные сателлиты жестко посажены на трубчатые отростки силовых,водил, сочленяющих корпуса шарнирови приводы подвижных звеньев с выходными валами, установленные на неподвижном основании и кинематически связанные с соответствующими входнымизубчатыми колесами исполнительногооргана, о т л и ч .а ю щ и й с я тем,что, с целью кинематической развязкидвйжений и уменьшения мощности при 801151453 А водов, он снабжен двумя дополнительными коническими дифференциалами и суммирующей зубчатой передачей, причем корпуса подвижных звеньев выполнены в виде тройников, а двуосные шарниры развернуты один относительно другого на 90,при этом кинематические ветки силовых водил трехзвенных дифференциальных механизмов каждого двуосного шарнира замкнуты парами зубчатых шестерен суммирующей конической передачи, одна из которых находится в зацеплении с соответствующим зубчатым :колесом водила одного из двух дополнительньм конических дифференциалов, первые входные зубчатые колеса которых жестко насажены на выходной вал первого привода, а вторые через суъ мирующую зубчатую передачу кинематически связаны с вторым приводом.2. Манипулятор по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения маневренности, он снабжен зубчатыми секторами, а каждое подвижное звено выполнено в виде крестовины, на которой жестко эакреплень зубчатые секторы, расположенные попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях, и сцепленных с зубчатыми секторами корпусов предыдущего н последующего звеньев, а внутри крестовины по двум взаимно перпендикулярным ее осям равномерно справа и слев от продольньм осей звеньев расположены входные и вьмодные сателлиты трехэвенных дифференциальных механизмов, которые трубчатыми валами, концентрически расположенными по осям крестовины, жестко сочленены соответственно с ведомыми зубчатыми1151453 .колесами предыдущего шарнира и веду- ференциального механизма жестко пощими зубчатыми колесами последующего сажены на трубчатые отростки силовых шарнира, причем два периферийных водил трехэвенного дифференциального входных сателлита трехзвенного диф" механизма последующего шарнира, Изобретение относится к манипуляторостроению и может быть использовано в качестве исполнительных органовманипуляторов и роботов.Известен манипулятор, содержащий 5шарнирно"рычажньй исполнительный ор"ган с подвижными звеньями, сочлененными одно с другим и с неподвижнымоснованием двуосными шарнирами, причем звенья выполнены в виде полых1 Оцилиндров с концентрически расположенными внутри трубчатыми валами,на концах которых жестко эакреплень 1ведомые и ведущие зубчатые колесатрехэвенных дифференциальных меха 15ниэмов, а сателлиты этих трехзвенныхдиФФеренциальных механизмов расположены в корпусах шарниров по ихосям и равномерно распределены относительно продольных осей звеньев,причем периферийные сателлиты жесткопосажены на трубчатые отростки силовых водил, сочленяющих корпуса шарниров и приводы подвижных звеньевс выходными валами, установленныена неподвижном основании и кинематически связанные с соответствующимивходными зубчатыми колесами исполнительного органа 1 1.Недостатками известного устройст- Зфва являются взаимное влияние кинематических движений звеньев и большаяэнергоемкость приводов,Цель изобретения - обеспечениекинематической развязки движений иуменьшение мощности приводов.Цель достигается тем, что манипулятор, содержащий шарнирно-рычажныйисполнительный орган с подвижнымизвеньями, сочлененными одно с другими с неподвижным основанием двуоснымишарнирами, причем звенья выполненыв виде полых цилиндров с концентрически расположенными внутри трубчатыми валами, на концах которых жест,ко закреплены ведомые и ведущие зуб-чатые колеса трехзвенных дифференциальных механизмов, а сателлиты этихтрехзвенных дифференциальных механизмов расположены в корпусах шарниров:по их осям и равномерно распределеныотносительно продольных осей звеньев,причем периферийные сателлиты жесткопосажены на трубчатые отростки силовых водил, сочленяющих корпуса шарниров и приводы подвижных звеньевс выходными валами, установленныена неподвижном основании и кинематически связанные с соответствующимивходными зубчатыми колесами исполнительного органа снабжен двумя дополнительными коническими дифференциалами и суммирующей зубчатой передачей, причем корпуса подвижных звеньев выполнены в виде тройников, а двуосные шарниры развернуты один относительно другого на 90 , при этомкинематические ветки силовых водилтрехэвенных дифференциальных механизмов каждого двуосного шарнира замкнуты парами зубчатых шестерен суммирующей конической передачи, одна изкоторых находится в зацеплении с соответствующим зубчатым колесом водила одного иэ двух дополнительных конических дифференциалов, первые входные зубчатые колеса которых жестконасажены на выходной вал первого привода, а вторые через суммирующую зубчатую передачу кинематически связаныс вторым приводом. Кроме того, для повышения маневренности манипулятор снабжен зубчатыми секторами, а каждое подвижное звено выполнено в виде крестовины, на которой жестко закреплены зубчатые секторы, расположенные попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях, и сцепленных с зубчатыми секторами корпусов предыдущего и последующего звеньев, а внутри крестовины по двум взаимно перпендикулярным ее осям равномерйо справа и слева от продоль1151ньк осей звеньев расположены входные и выходные сателлиты трехзвенных дифференциальных механизмов, которые трубчатыми валами, концентрически расположенными по осям крестовины, 5 жестко сочленены соответственно с ведомыми зубчатыми колесами предыдущего шарнира и ведущими зубчатыми колесами последующего шарнира, причем два периферийных входных сател лита трехзвенного дифференциального механизма жестко посажены на трубчатые отростки силовых .водил трехзвенного дифференциального механизма последующего шарнира. 15 На фиг, 1 изображена кимематическая схема манипулятора; на фиг. 2 - подвижное звено в виде крестовины.Устройство содержит неподвижное 20 основание 1, на котором установлены приводы 2 и 3 с выходными валами, подвижные звенья 4 и 5, кинематически сочлененные одно с другим и неподвижным основанием двуосными шарни рами 6 и 7, причем оси шарниров развернуты друг относительно друга на 90 оПодвижные звенья и сочлененный с первым подвижным звеном 4 корпус 1 30 выполнены в виде польк цилиндров с концентрически расположенными внутри трубчатыми валами. Полые цилиндры звеньев и корпус основания оканчиваются тройниками 8, поперечные оси которых являются осями двуосных шарниров. На тройниках 8 жестко закреплены зубчатые сектора 9 и 10, образующие зубчатые пары между сочленяемыми звеньями. Сочленение звеньев 40 осуществлено парой пустотелых силовьк водил 11 и 12, трубчатые отростки которых с тройниками 8 образуют вращательные пары, оси которых являются нижней и верхней осями шарнира.Внутри тройников 8 расположены ведущие 13 и ведомые 14 зубчатые колеса трехзвенных дифференциальных механизмов, жестко закрепленные на концах трубчатьк валов, Сателлиты 15 50 этих трехзвенньк дифференциальных механизмов расположены по осям шарниров равномерно по обе стороны от продольной оси звена и трубчатымивалами жестко соединены с ведущими 55 1 б и ведомыми 17 цилиндрическими зубчатыми колесаьпю, расположенными в пустотелых силовых водилах 11,и 453 412. Пара периферийных сателлитов трехзвенного дифференциального механизма предыдущего звена жестко посажена на трубчатые отростки силовых водил 11 и 12. С помощью этих периферийных сателлитов трехзвенного дифференциального механизма к шарнирам подводится движение от приводов 2 и 3.Ведущие цилиндрические зубчатые колеса 16 сцеплены с ведомыми 17 либо непосредственно, либо через проме жуточные зубчатые пары 18, образуя зубчатые передачи, передающие транзитные движения через шарнир последующим подвижным звеньям.Входные зубчатые колеса 19-22 жестко посажены на концах трубчатых валов корпуса основания 1, попарно кинематически соединены между собой суммирующими шестернями 23-26, а в свою очередь шестерни 24 и 26 сцеплены с зубчатыми колесами 27 и 28 силовых водил дополнительных дифференциальных механизмов 29 и 30, Ведущие колеса 3 1 и 32 этих дополнительных дифференциальных механизмов 29 и 30 спарены между собой и посажены на выходной вал редуктора 33 привода 2, а ведущие колеса 34 и 35 образуют суммирующую зубчатую коническую передачу, суммирующее зубчатое колесо 36 которой посажено на выходной вал редуктора 33 привода З.Входные валы редукторов 33 сочленены с исполнительными двигателями 37 приводов 2 и 3Конструкция исполнительного органа будет более компактной, а шарнир приобретает свойства, близкие шаровому шарниру, если подвижное звено 4 выполнить в виде крестовины 38. В этом случае на крестовине 38 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях жестко крепятся зубчатые секции 39 и 40, сцепленные соответственно с зубчатыми секторами 41 и 42 предыдущего и последующего подвижньк звеньев. Внутри крестовины 38 располагаются сателлиты трехзвенного дифференциального механизма, причем входные сателлиты 43 размещены по одной оси крестовины, а выходные 44 - по другой и трубчатыми валами, концентрически расположенными по этим осям, жестко связаны с цилиндрическими ведомыми зубчатыми колесами первых силовьк водил 45 и 46 и11514с цилиндрическими ведущими зубчатымиколесами вторых силовых, водил 47и 48.Устройство работает следующимобразом. 5При согласованном вращении приводов 2 и 3 ведущие колеса 31 и 34 дополнительного дифференциального механизма 29 вращаются в разных направлениях, а зубчатое колесо 27 силового водила остановлено. Ведущие колеса 32 и 35 дополнительного дифференциального механизма 30 имеют приэтом согласованное вращение, а следовательно, зубчатое колесо 28 силового водила этого дополнительногодифференциального механизма вращается в ту же сторону, передавая движение от приводов 2 и 3 суммирующим. шестерням 25 и 26. 20Так осуществляется суммированиемощности двух приводов.Суммирующие шес.ерни 25 и 26,имея противоположные вращения, приводят во вращение в разных направлениях входные зубчатые колеса 21 и 22,передаюшие движение двуосному шарниру 7 и подвижному звену 5. Движениедвуосному шарниру 7 передается трубчатыми валами, несущими зубчатые ко- ЗОлеса 21 и 22, далее через цилиндрические зубчатые передачи 13 и 14 двуосного шарнира 6 передается трубчатыми валами подвижного звена 4, которое ведущими зубчатыми колесами поворачивает пустотелые силовые водила 11 и 12 двуосного шарнира 7 водном направлении. При повороте силовых водил двуосного шарнира 7 относительно верхней оси шарнира про"исходит поворот в ту же сторону подвижного звена 5 относительно нижнейоси шарнира, при этом зубчатыйсектор 10 обкатывается по неподвижному зубчатому сектору 9.45Таким образом, суммарный угол поворота Ы подвижного звена 5 относительно звена 4 равен Ы= (1 + ц)/цеь,53 б9 и 10 тройников двуосного шарнира 7,При ц = 1 угол поворота подвижного звена 5 равен с =2 оз. Если передаточные числа ц; зубчатых цилиндрических передач, расположенные впустотелых силовых водилах, выполнить равными передаточному числу цзубчатой пары, образованной зубчатыми секторами 9 и 10, то при неподвижных ведущих цилиндрических колесах 16 ведомые колеса 17 при ново"роте подвижного звена 5 будут синфаэно с подвижным звеном 4 обкатываться относительно верущих цилиндрических зубчатых колес 16. Этимдостигается кинематическая развязкатранзитных движений при изгибе подвижных звеньев.Если теперь приводам 2 и 3 со=общить встречные вращения, то обеспечивается работа манипулятора с тойлишь разницей, что в этом случаезубчатое колесо 28 силового водиладополнительного дифференциальногомеханизма 30 будет остановлено, азубчатое колесо 27 силового водиладополнительного дифференциальногомеханизма 29 приведет в движение силовые водила 11 и 12 двуосного шаряира б и подвижного звена 4, зубчатыеколеса переворачивают силовые водила11 и 12 двуосного шарнира 7 в одномнаправлении.При повороте силовых водил 11 и12 двуосного шарнира 7 относительноверхней оси шарнира происходит поворот в ту же сторону подвижного звена5 относительно нижней оси шарнира,при этом зубчатый сектор 10 обкатывается по неподвижному зубчатомусектору 9.Достоинством любого исполнительного органа манипулятора являетсяотсутствие зазоров в сочлененияхэлементов кинематических цепей. Впредлагаемой конструкции отсутствиезазоров достигается предварительнойнатяжкой замкнутых параллельных ветвей кинематических цепей, подводящихдвижение к двуосным шарнирам.- угол поворота силовых водил 11 и 12 относительно верхней оси двуосного шарнира;- передаточное число зубчатой пары, образованной зубчатыми секторами Кинематические цепи, подводящие движения к двуосным шарнирам, содержат по две параллельных ветви, которые на неподвижном основании 1 замкнуты суммирующими шестернями 23-24 и 25"26 соответственно, а в двуосных шарнирах - силовыми водилами 11 и 12,7 1151453 8мента торсиона, образованного прокоторые могут поворачиваться тольковалов обеспечивае е замы- точками, трубчатых валов, ес согласно. Поэтому, если п р длю- кщая принудительнь натй яг кинематиканием параллельных ветвей, подклю- кщб есаолькони- ческих цепей, должна ыть неся чаемых к силовым водилам дополниэтих цепях.большей моментов трения в э тельных диФференциауьных механизмов 5маниИспользование предлагаемого 29 и 30, используя естественнуюб ть кинема 4пулятора позволяет о еспечи упругость трубчатых валов нли выпол-рычажной няя в них специальные проточки с эа- тич ую реск азвязку шарнирноконструкции исполнительного органа данной жесткостью торсиона, развер- консе иный. блок привода-,23 24 и 25 26 по 10 с вынесением в еди нуть шестерни, иенин для двух шарниров часовой или против часов рой ст елки ми при сохраненииик лярными осямится натя- с взаимно перпендикулярнь то параллельные ветви окажутсяя щности двух нутыми а зазоры в этих цепях выбран- рп инципа суммировани моФными. При этом величина упругого мо- приводов.каз 2229/ 12 Тир филиал ППП "Патен ВНИИПИ 1151453 Уж горо О Подписно Проектная, 4