Очувствленное запястье манипулятора

.В. омонои инфо испытат ме Д.М.Ю. Шн ин иде СССР 977. 54) ОЧУВСТВЛЕННОЕОРА57) Изобретение о АПЯСТЬЕ МАНИПУЛЯния и м бототех ашиност зовано в в ах. Цел избирате изобрете ности ин госудАрственный НОмитет сссРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗ АВТОРСКОМУ Св(71) Научно-исследователтитут механики МГУ им. Мсава, Институт проблем передамации АН СССР и Институтных машин, приборов и средстния масс(56) Авторское свидетельствоУ 766854, кл. В 25 Л 15/00,носится к области жет быть испольических устройстия - повышениеформации очувствления и расширение функциональныхвозможностей. Три информационных блока 1,8 и 12, включенные в силовуюцепь последовательно, посредствомтензодатчиков 5, размещенных на упругих балках, преобразуют в электрический сигнал измеряемые величины:первую - боковые моменты, вторую итретью - боковые силы. При этомтензодатчики 5 блоков расположеныв плоскостях, перпендикулярных ра.диальным плоскостям, проходящим через упругие балки этих блоков, Высокая избирательность очувствления встатике отношение сигнала от измеряемой силы к сигналу от неизмеряемых компонент) в динамике (т.е. малаядинамическая погрешность) достигаются выполнением информационных блоковс соотношениями размеров, заданныхэмпирическими формулами. 1 з.п. ф-лы,4 ил,Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в робототехнических устройствах.Цель изобретения- повышение избирательности информации очувствления и расширение функциональных возможностей.На фиг, 1 изображен информационный блок для измерения боковых моментов, действующих вдоль осей Х и У (дополнительный информационный блок); на фиг. 2 - информационный блок для измерения боковой силы, действующей вдоль оси Х (первый основной информационный блок); на Фиг. 3 - информационный блок для измерения боковой силы, действующей вдоль оси У (второй основной информационный блок); на фиг. 4 - очувствленное запястье, общий вид.Информационный блок 1 для измерения .боковых моментов, действующих вдоль осей Х и У (фиг. 1), состоит из первого 2 и второго 3 жестких соосных кольцевых оснований одинакового диаметра, соединенных двумя упругими балками 4, на которых размещены тенэодатчики 5, двумя упругими балками 6, на которых размещены тензодатчики 5, и четырьмя упругими балками 7. Оси балок 4 перпендикулярны плоскостям основанйй 2 и 3, параллельны оси Е и лежат в диаметральной плоскости ОУЕ. Оси балок 6 перпендикулярны плоскостям оснований 2 и 3, параллельны оси Е и лежат в диаметральной плоскости ОХЕ. Оси балок 7 паралельны плоскостям оснований 2 и 3.Информационный блок 8 для измерения боковой силы, действующей вдоль оси Х (фиг, 2), состоит из первого 9 и второго О жестких соосных кольцевых оснований, соединенных двумя параллельными упругими балками 11 с тензодатчиками 5, Оси балок 11 перпендикулярные плоскостям оснований 9 и 1 О, лежат в диаметральной плоскости ОХЕ.Информационный блок 12 для измерения боковой силы, действующей вдоль оси У (фиг. 3), состоит из первого 13 и второго 14 жестких соосных кольцевых оснований, соединенных двумя параллельными упругими балками 15 с тензодатчиками 5, оси балок 15, перпендикулярные плоскостям оснований 13 и 14, лежат в диаметральной плоскости Отг.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Для одновременного преобразованиякомпонент силы по осям Х и У и компонент поосям Х и У конструкцияочувствленного запястья содержит инФормационные блоки 1, 8 и 12 (фиг.4),При этом второе кольцевое основание3 информационного блока 1, измеряюще"го боковые моменты М и М, жесткосоединено. с вторым кольцевым основанием 10 информационного блока 8, измеряющего боковую силу Г, так, чтоупругие балки 11 информационного блока 8 находятся внутри информационного блока 1. Первое кольцевое основание 9 информационного блока 8, измеряющего боковую силу Г, жестко соединено с первым кольцевым основанием13 информационного блока 12, измеряющего боковую силу Г, так, что упругие балки 15 информационного блока12 находятся внутри информационногоблока 8,Все информационные блоки включены в силовую цепь последовательно,поэтому между первым и вторым основаниями каждого информационного блока действуют все шесть компонентсилы и момента, приложенных к запястью.Дополнительный информационный блок1 для измерения боковых моментов,действующих вдоль осей Х и У, работает следующим образом.Преобразуемая компонента моментаМ вызывает в одной из балок 4 деформацию сжатия, а в другой - деформациюрастяжения, балки 6 под действием Мне деформируются. Деформации балок 4посредством тензодатчиков 5, размещенных на этих балках, преобразуютсяв электрический сигнал, При этом всхеме моста, в который включены тензодатчики, сигналы, вызванные моментом М, суммируются. Другая преобразуемая компонента момента М вызывает в одной из балок 6 деформацию сжатия, а в другой - деформацию растяжения, балки 4 под действием моментаМ не деформируются, Деформации балок6 посредством тензодатчиков 5, размещенных на этих балках, преобразуютсяв электрический сигнал. При этом всхеме моста, в который включены тензодатчики, сигналы, вызванные моментом М, суммируются.Нри действии каждой из компонентмомент М .или М упругие балки 7 испытывают изгиб, поскольку их жест 3 1308468 4кость мала по сравнению с жесткостью балок 4 или 6, испытывающих деформации сжатия - растяжения, наличие балок 7 мало влияет на деформацию балок 4 и 6.5При действии неизмеряемой компоненты момента М и компонент силы Г и Р балки 4 и 6 испытывают деформации сдвига. При этом уровни возникающих паразитных деформаций тензо датчиков существенно меньше, чем при действии преобразуемых компонент момента М и М. Кроме того, деформации балок 4 и 6 дополнительно уменьшены эа счет того, что балки 7 испытывают 15 деформации сжатия - растяжения при действии неизмеряемых компонент Р, РВ и М , что увеличивает жесткостьийформационного блока к этим компонентам и дополнительно уменьшает по грешность.При действии неизмеряемой компоненты силы Р все балки 4 и 6 одновременно испытывают деформации сжатия или растяжения. При этом в схе мах мостов, в которые включены тензодатчики 5, размещенные на указанных балках, сигналы, вызванные силой Р вычитаются, что увеличивает избирательность очувствления. 30Информационный блок 8 для измерения боковой силы вдоль оси Х (фиг.2) работает следующим образом.Преобразуемая компонента силы Р изгибает балки 11, деформации балок 11 посредством тензодатчиков 5, размещенных узаделок балок 11 в кольцевые основания 9, преобразуются в электрический сигнал. При это в схеме моста, в который включены тензо датчики, сигналы от Р суммируются.При действии неизмеряемой компоненты момента М и компоненты силы Г балки 11 испытывают деформации Есжатия или растяжения, поэтому уровни возникающих паразитных деформаций существенно меньше, в схеме моста соответствующие сигналы вычитаются что дополнительно уменьшает погрешность от неизмеряемых компонент 50 Р и М.При действии неизмеряемой компоненты силы Р и компоненты момента М балки 11 испытывают изгиб в на 55правлении наибольшей жескости, поэто-,му уровни возникающих паразитных деформаций тензодатчиков существенно меньше, чем при действии преобразуемой компоненты силы Р, и погрешность от неизменяемых компонент Р и М не- . велика.Высокая избирательность в статике (отношение сигнала от измеряемой компоненты к сигналу от неизмеряемыхкомпонент) обеспечивается выполнением. соотношения, полученного эмпирическин=к А ГЕН, (1) где Н - толщина балок 1 информационного блока 8 (размер в направлении, перпендикулярномплоскости наклейки тензодатчиков) , мм;А - ширина этих балок (размер вплоскости наклейки тенэодатчиков),мм;К - длина упругих балок 11 второго информационного блока 8,мм;Р - расстояние от геометрического центра датчика до точкиприложения 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 11.Информационный блок 12 для измерения боковой силы вдоль оси У (фиг. 3) работает следующим образом.Преобразуемая компонента силы Р изгибает балки 15, деформации балок 15 посредством тензодатчиков 5, размещенных у заделок балок 15 в кольвые основания 13 и 14, преобразуются в электрический сигнал, При этом в схеме моста, в который включены тензодатчики, сигналы от Р суммируются.При действии неизмеряемой компоненты момента М и компоненты силы Р балки 15 испытывают деформации сжатия или растяжения, поэтому уровни возникающих паразитных деформаций существенно меньше, чем при действии ,преобразуемой силы Р 1, кроме того, в схеме моста соответствующие сигналы вычитаются, что дополнительно уменьшает погрешность от неизмеряемых компонент Р и М. При действии неизмеряемой компоненты .силы Г и компоненты момента М балки 15 испытывают изгиб в направлении наибольшей жесткости, поэтому уровни возникающих паразитных деформаций тензодатчиков существенноменьше, чем при действии преобразуемой компоненты силы Р, и погрешность от неизмеряемых компонент Р и М невелика.Высокая избирательность в статике (отношение сигнала от измеряемой компоненты к сигналу от неизмеряемых компонент) обеспечивается выполнением соотношения, полученного эмпирическин к Айа,10 где Е 1 - толщина балок 15 информационного блока 12 (размер в направлении, перпендикулярномплоскости наклейки тенэодатчиков) мм15А - ширина этих балок (размер вплоскости наклейки тензодатчиков), мм;Е - длина упругих балок 15 информационного блока 12, мм;20Е) - расстояние от геометрического центра датчика до точкиприложения сил (середины зах- .вата), мм;К - безразмерный эмпирическийкоэффициент, изменяющийся впределах 0,02-0,5 в зависимости от необходимой избирательности и формы поперечного сечения упругих ба 30лок 15.Высокая избирательность очувствления в статике достигается выполнением информационных блоков с соотношениями размеров, заданных эмпирическими 35 формулами (1) и (2). Высокая избирательность очувствления в динамике, т.е. малая динамическая погрешность, обеспечивается высо кой низшей собственной частотой колебаний запястья с присоединенным к нему инерционным захватом за счет высокой жесткости запястья к боковым моментам М и М, что достигается за счет следующих йризнаков: расположение упругих балок 11 и 15 основных информационных блоков 8 и 12, преобразующих компоненты силы Р и Р (фиг. 2 и 3), в виде параллелограмма увеличивает их жесткость к моментам, перпендикулярным плоскостям балок; выбор сечения балок 11 и 15 основных информационных блоков 8 и 12, преобразующих компоненты силы Р и Р55 (фиг. 2 и 3), в соответствии с эмпирическими формулами (1) и (2) увеличивает их жесткость к моментам, параллельным плоскостям балок; переход от изгибного упругого элемента в известном устройстве к упругому элементу сжатия - растяжения в дополнительном информационном блоке 1, преобразующем боковые моменты М и М, позволяет существенно повысить жесткость к этим моментам, поскольку упругие балки 4 и 6 параллельны оси Е и работают на сжатие - растяжение под действием компонент М и МФормула изобретения1. Очувствленное запястье манипулятора, содержащее два основных информационных блока, каждый из которых состоит из двух оснований и упругих балок с тензодатчиками, расположенными на одной из граней каждой из них, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения 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 в радиальной плоскости оснований, установлены тензодатчики, а балки расположены по окружности и равноотстоят одна от другой, при этом основания основных информационных блоков выполнены в виде. колец, которые расположены соос- . но и соединены с каждом блоке двумя диаметрально противоположно расположенными упругими балками, грани которых с установленными на них тензодатчиками распопожены перпендикулярно радиальным плоскостям оснований,а одно из оснований первого основного информационного бпока соединено с основанием второго основного информационного блока, упругие балки которого расположены внутри первого основного информационного блока и сдвинуты относительно его упругих балок нао90 , причем все информационные блоки расположены соосно, а одной из оснований дополнительного информационного блока соединено с вторым основани- ем первого основного информационного блока, балки которого расположены внутри этого блока.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 АК:О,3308468 где Н - толщина балок; 5А - ширина балок;К - длина балок основных информационных блоков или среднийрадиус кольцевого основаниядополнительного информационного блока; 0 - расстояние от геометрическо"го центра балки до центраприложения сил, действующихна манипулятор,К - безразмерный эмпирический коэффициент, изменяющийся впределах от 0,02 до 0,5 в зависимости от требуемой избирательности информации очувствления и формы поперечногосечения упругих балок.1308468Составитель Д. Гориневский Редактор И, Шулла Техред Л.Сердюкова Корректор Т. Колб Заказ 664/13 Тираж 954 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграФическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4