Очувствленное запястье манипулятора

(50 4 В 25 Л 19/О ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ СУДАРСДЕЛА ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 1 ЕФь кий инстиЛомоноедачи иниспытаГоринеШнейдер ССР 77.МАНИПУ(57) Изобретение относит ти машиностроения и може польэовано в робототехни ройствах. Цель изобретен я к обласбыть исеских устя - повышееА ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Научно"исследовательстут механики МГУ им. М.В.сова, Институт проблем перформации АН СССР и Институттельных машин, приборов и средстизмерения масс(56) Авторское свидетельство СУ 766854, кл. В 25 Т 15/00, 19(54) ОЧУВСТВЛЕННОЕ ЗАПЯСТЬЕЛЯТОРА ние избирательности информации очувствления и расширение функциональных: возможностей. Три информационных блока 1, 6 и 10, включенных в силовую цепь последовательно, посредством тензодатчиков 5, размещенных наупругих балках, преобразуют в электрический сигнал измеряемые величины: первую - осевой момент, вторую и третью - боковые силы. При этом тензодатчики 5 блока 1 расположены в радиальной плоскости. Высокая избирательность очувствления в статике (отношение сигнала от измеряемой силы к сигналу от неизмеряемых компонент) и в динамике (т.е. малая дина- а мическая погрешность) достигаются выполнением информационных блоков с соотношениями размеров, заданных эмпирическими формулами. 1 з.п. ф-лы, С 4 ил.. полнительно уменьшает погрешность от 50 55 Н=К АК:О,Изобретение относится к машиностроению и может быть использованов робототехнических устройствах.Цель изобретения - повышение избирательности информации очувствления и расширение функциональных возможностей.На фиг, 1 изображен информационный блок для измерения осевого момента, действующего вдоль оси Е (дополнительный информационный блок);на фиг. 2 - информационный блок дляизмерения боковой силы, действующейвдоль оси Х (первый основной информационный блок); на фиг. 3 - информационный блок для измерения боковойсилы, действующей вдоль оси У (второй основной информационный блок);на фиг. 4 - очувствленное запястье,общий вид,Информационный блок 1 для измерения осевого момента, действующеговдоль оси Е (фиг. 1), состоит из первого 2 и второго 3 жестких соосныхкольцевых оснований одинакового диаметра, соединенных четырьмя равноотстоящими упругими балками 4 и тензодатчиками 5 (тензорезисторами). Осибалок 4 перпендикулярны плоскостямоснований 2 и 3 и параллельны оси Е.Информационный блок 6 для измерения боковой силы, действующей вдольоси Х (фиг. 2), состоит из первого7 и второго 8 жестких соосных кольцевых оснований, соединенных двумя параллельными упругими балками 9 с тензодатчиками 5, Оси балок 9, перпендикулярные плоскостям оснований 7 и 8,лежат в диаметральной плоскости ОХЕ. 5 10 5 20 25 30 35 Информационный блок 10 для измерения боковой силы, действующей вдольоси У (Фиг, 3), состоит из первого11 и второго 12 жестких соосных коль-цевых оснований, соединенных двумяпараллельными упругими балками 13с тензорезисторами 5. Оси балок 13,перпендикулярные плоскостям оснований 11 и 12, лежат в диаметральнойплоскости ОУЕ,Для одновременного преобразования компонент силы.по осям Х и У и.компоненты момента по оси Е конструкция очувствленного запястья содержит информационные блоки 1,б и 10(Фиг. 4). При этом второе кольцевоеоснование 3 информационного блока ,измеряющего осевой момент М, жестко соединено с вторым кольцевым основанием 8 информационного блока6, измеряющего боковую силу Р, так,что упругие балки 9 информационногоблока 6 находятся внутри информационного блока . Первое кольцевое основание 7 информационного блока 6, измеряющего боковую силу Р, жесткосоецинено с первым кольцевым основанием 11 информационного блока 10,измеряющего боковую силу Р, так,что упругие балки 13 информационногоблока 10 находятся внутри информационного блока 6.Все информационные блоки включеныв силовую цепь последовательно, поэтому между первым и вторым основаниями каждого информационного блокадействуют все шесть компонент силы имомента, приложенных к запястью.Информационный блок для измерения осевого момента вдоль Е (фиг. 1)работает следующим образом,Преобразуемая компонента моментаМ изгибает балки 4 в тангенциальномнаправлении, деформации балок 4 посредством тензодатчиков 5, размещенных у заделок балок 4 в кольцевыеоснования 2 и 3, преобразуются вэлектрический сигнал, При этом в схеме моста, в который включены тензодатчики, сигналы от М суммируются.При действии неизмеряемых компонент момента М и М и компонентысилы Р балки 4 исйытывают деформации сжатия или растяжения. При этомуровни возникающих паразитных деформаций существенно меньше, чем при действии преобразуемого момента М,кроме того, в схеме моста соответствующие сигналы вычитаются, что донеизмеряемых компонент Р , М и М.При действии неизмеряемых компонент силы Р и Р балки 4 испытывают изгиб в направлении наибольшей жесткости. При этом уровни возникающих паразитных деформаций тензодатчиковсущественно меньше, чем при действии преобразуемого момента М, поэтому погрешность от неизмеряемых компонент Р и Р невелика.Высокая избирательность в статике (отношение сигнала от измеряемой компоненты к сигналу неизмеряемой компоненты) обеспечивается выполнением соотношения, полученного эмпири- чески3 1308466 где Н - толщина балок 4 информацион- гного блока(размер в направлении, перпендикулярномплоскости наклейки тензодатчиков), мм; 5А - ширина этих балок (размерв плоскости наклейки тензодатчиков), мм;К - средний радиус кольцевых оснований 2 и 3 первого информационного блока 1, мм;0 - расстояние от геометрическогоцентра датчика до точки приложения сил (середины захвата), мм; 15К - безразмерный эмпирическийкоэффициент, изменяющийся впределах 0,02-0,5 в зависимости от необходимой избирательности и Формы поперечного 20сечения упругих балок 4.Информационный блок 6 для измерения боковой силы вдоль оси Х (фиг.2) Р работает следующим образом. (Преобразуемая компонента силы Р 25 изгибает балки 9, деформации балок 9 и посредством тензодатчиков 5, разме щенных у заделок балок 9 в кольцевые р основания 7, преобразуются в элект- к рический сигнал. При этом в схеме 30 Р моста, в который включены тензодатчики, сигналы от Р суммируются.чПри действии неизмеряемой компос ненты момента М и компоненты силы Р балки 9 испытывают деформации сжа тия или растяжения, поэтому уровни возникающих параэитных деформацийс существенно меньше, в схеме моста соответствующие сигналы вычитаются, что дополнительно уменьшает погрешность 40 п от неизмеряемых компонент Рх и М. 45 50 При действии неизмеряемой компоненты силы Р и компоненты момента М,2 балки 9 .йспытывают изгиб в направлении наибольшей жесткости, поэтому уровни возникающих паразитнйх деформаций тензодатчиков существенно меньше, чем при действии преобразуе-,мой компоненты силы Р , и погрешность от неизмеряемых компонент Р и М,2 невелика. Высокая избирательность в статике (отношение сигнала от измеряемой компоненты к сигналу от неизмеряемых компонент) обеспечивается выполнениемсоотношения, полученного эмпирическиН=КА :0, (2) де Н - толщина балок 9 информационного блока 6 (размер в направлении, перпендикулярномплоскости наклейки тензодатчиков), мм;А - ширина этих балок (размер вплоскости наклейки тензодатчиков) ммК - длина упругих балок 9 второго информационного блока6, мм;0 - расстояние от геометрическогоцентра датчика до точки приложения сил (середины захвата), мм;К - безразмерный эмпирический коэффициент, изменяющийся впределах 0,02-0,5 в зависимости от необходимой избирательности и формы поперечного сечения упругих балок 9.Информационный блок 10 для измеения боковой силы вдоль оси У Фиг. 3) работает следующим образом.Преобразуемая компонента силы Рзгибает балки 13, деформации балок3 посредством тензорезисторов 5, азмещенных у заделок балок 13 в ольцевые основания 11 и 12, преобаэуются в электрический сигнал. При том в схеме моста, в который вклюены тензорезисторы, сигналы от Р уммируются.При действии неизмеряемой компоенты момента М и компоненты силыбалки 13 испытывают деформации жатия или растяжения, поэтому уровни озникающих паразитных деформаций суественно меньше, чем при действии реобразуемой силы Р, кроме того,схеме моста соответствующие сигналы вычитаются, что дополнительно уменьшает погрешность от неизмеряемых компонент М х и Р 2При действии неизмеряемой компоненты силы Р и компоненты момента М балки 13 испытывают изгиб в на 2правлении наибольшей жесткости, поэтому уровни возникающих паразитнык деформаций тензодатчиков существенно меньше, чем при действии преобразуемой компоненты силы Р, и погрешность от неиэмеряемых компонент Рх и М невелика. Высокая избирательность в статике (отношение сигнала от измеряемой компоненты к сигналу от неизмеряемых компонент) обеспечивается выполне 1308 ч 66нием соотношения, полученного эмпирически Н=К А 4 К:О, (3) где Н. - толщина балок 13 информационного блока 10 (размер в направлении, перпендикулярномплоскости наклейки тензодатчиков), ммД - ширина этих балок (размер вплоскости наклейки тензодатчиков), мм;К - длина упругих балок 13 информационного блока 10, мм;0 - расстояние от геометрическогоцентра датчика до точки приложения сил (середины захвата), мм;К - безразмерный эмпирическийкоэффициент, изменяющийсяв пределах 0,02-0,5 в зависимости от необходимой избирательности и формы поперечногосечения упругих балок 13. Высокая избирательность очувствления в статике достигается выполнением информационных блоков с соотношениями размеров, заданных эмпирическими формулами (1) в (3). 30Высокая избирательность очувствления в динамике, т,е, малая динамическая погрешность, обеспечивается высокой низшей собственной частотой колебаний запястья с присоединенным к нему. инерционным захватом за счет ,высокой жесткости запястьяк боковым .моментам М и М, что достигается за счет следующих признаков. "расположе,ние упругих балок 9 и 13 основных информационных блоков 6 и О, преобразующих компоненты силы Р и Р(фиг. 2 и 3), в виде параллелограмма увеличивает их жесткость к моментам, перпендикулярным плоскостям ба. - 45 лок: выбор сечения упругих балок 9 и 13 основных информационных блоков 6 и 10, преобразующих компоненты силы Р и Р (фиг. 2 и 3),в соответствиис эмпирическими формулами (2) и (3) 50 увеличивает их жесткость к моментам, параллельным плоскостям балок; упругие балки 4 дополнительного информа. - ционного блока 1, преобразующего осевой момент М , параллельны оси Е и работают на сжатие - растяжение под действием компонент М и М, что повьппает,жесткость этого информационного блока к боковым моментам М и М. Формула изобретения 1. Очувствленное запястье манипулятора, содержащее два основных информационных блока, каждый из которых состоит иэ двух оснований и упругих балок с тензодатчиками, расположенными на одной из граней каждой иэ них, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения избирательности информации очувствления и расширения функциональных возможностей, оно снабжено дополнительным информационным блоком, содержащим два основания, выполненные в виде колец, которые расположены соосно, и четыре упругие балки, связывающие эти основания, на одной из граней каждой из которых, расположенной перпендикулярно радиальной плоскости оснований, установлены тензодатчики, а упругие балки расположены по окружности и равноотстоят одна от другой, при этом основания основных информационных блоков выполнены в виде колец, которые расположены соосно и соединены в каждом блоке двумя диаметрально противоположно расположенными упругими балками, грани которых с установленными на них тенэодатчиками расположены перпендикулярно радиальным плоскостям оснований, причем одно из оснований первого основного информационного блока соединено с основанием второго основного информационного блока, упругие балки которого расположены внутри первого основного информационного блока и сдвинуты относительно его упругих балок на 90, и одно из оснований дополнительного информационного блока соединено с вторым основанием первого основного информационного блока, балки которого расположены внутри этого блока, при этом все информационные блоки расположены соосно. 2. Запястье манипулятора по п. 1,о т л и ч а ю щ е е с я тем, чтотолщина упругих. балок выбирается изследующего соотношения:Н=К А 4 К:О,где Н - толщина балок;А - ширина балок;К - длина балокР - расстояние от геометрическогоцентра балки до центра приложения сил, действующих наманипулятор;308466К " безразмерный эмпирическийкоэффициент, изменяющийся впределах от 0,02 до 0,5 в зависимости от требуемой изби 8рательности информации очувствления н формы поперечного сечения упругих балок.1308466 2 Составитель Д. Гориневскийктор И. Шулла Техред. Л.Сердюкова Корре Колб сное к д. 4 оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Уж оектная, 4 ул 1664/13 Тираж 954 ВНИИПИ Государственного ком по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, Раушс