Манипулятор

не т СССР 983. ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ(71) Азербайджанский инстити химии им. М.Азизбекова(56) Авторское свидетельствКф 1171307 кл. В 25 Л 9/00,.(54) МАНИПУЛЯТОР (57) Изобретение строению, а именн для механизации о гательных техноло Целью изобретения надежности за сче ства приводов, об мещение звеньев в Для этого звенья новных и вспомоических операций. является повышение уменьшения количеспечивающих пере- одной плоскости. -3 связаны между20 25 30 собой шарнирами 4 и 5, выполненнымив виде вращательных кинематическихпар. Каждый шарнир содержит корпус 6,в котором установлена ось 7 на подшипниках 8. Причем первое звено кинематической пары жестко закрепленона оси шарнира, а второе звено соединено с корпусом шарнира. Шарнирыснабжены устройствами взаимной фиксации звеньев, представляющими собойдиски 23-25 из ударопрочного фрикционного материала, причем два крайних диска 23 и 25 размещены на валус возможностью вращения относительно Изобретение относится к машиностроению, а именно к манипуляторам для механизации основных и вспомогательных технологических операций.Цель изобретения - повышение надежности за счет уменьшения количества приводов, обеспечивающих перемещения звеньев в одной плоскости.На фиг. 1 изображена конструкция манипулятора; на фиг.2 - конструкция фрикционной передачи; на фиг.3 - блок-схема управления фиксатором; на фиг.4 - векторная диаграмма действующего динамического усиления (Р),Манипулятор (фиг,1) содержит звенья .1-3, связанные между собой шарнирами 4 и 5, каждый шарнир содержит корпус 6, в котором установлена ось 7 на подшипниках 8, Сложные звенья и шарнир .образуют кинематическую пару, Причем первое звено кинематической пары жестко закреплено на оси шарнира а второе звено соединено с корпусом шарнира, например звено 3 закреплено на оси 7 шарнира 5, а звено 2 соединено с корпусом 6 шарнира 5. Шарниры снабжены устройствами для фиксации положения звеньев, каждое из которых содержит фиксаторы 9 и 10, фрикционные элементы 11-13, причем фрикционный элемент 12 жестко закреплен на оси 7, а фрикционные элементы 11 и 13 установлены на оси 7 на подшипниках 8, Между фрикционными элементами 11 и 13 и корпусом 6 шарнира установлены фиксаторы 9 и 10 соответственно. него, а средний 24 связан с валомжестко. На диске 24 закреплены упругие элементы, установленные под определенным углом к поверхности,Кроме того, устройство взаимной фиксации звеньев содержит фиксаторы 9и 10, датчики 14 и 15, контролирующие относительное положение звеньев,привод 16 поворота звеньев, выполненный в виде эксцентрикового вибратора, При этом привод 16 поворотаразмещен на последнем звене, а осьего эксцентриков параллельна осишарниров, 1 з.п. Ф-лы, 4 ил. Положение звеньев относительно другдруга контролируется с помощью датчиков 14 и 15, например потенциометрических. Привод 16 поворота звеньеввыполнен в виде установленных на звеньях вибраторов, один из которых покрайней мере установлен на крайнемзвене 3, а динамическое усилие, развиваемое вибратором, перпендикулярно оси звена. Схват 17 установленна крайнем звене 3, а звенья установлены на основании 18 и расположеныпоследовательно. Одна из возможных конструкций привода 16 (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 19 с навинчивающейся крышкой 20. Внутри корпуса 19 установленвибродвигатель, представляющий собой двигатель 21, на валу которого установлены эксцентрики 22. Двигатель 21может быть с электрическим, гидравлическим или пневматическим приводом.Привод 16 установлен на звене таким образом, что резуг:.ьтирующие направления динамических усилий, развиваемые вибратором, находятся в плоскости, проходящей через ось звена 3 и перпендикулярной оси 7 шарнира 5. При этом каждый вибратор выполнен свибрационным усилием, превышающиммаксимальную грузоподъемность манипулятора (с учетом собственного весазвеньев, вибраторов, захвата перемещаемого груза и сил сопротивлениядвижению в опорах и в устройствахдля фиксации положения звеньев).Устройство взаимной фиксации звеньев, например фрикционная передача, содержит (фиг.2) фрикционные элементы 11-13, представляющие собой диски 23-25 из ударопрочного фрикционного материала, например фенопласта. На диске 24 фрикционного элемента 12 закреплены упругие элементы 26, например, из стальной проволоки. При этом упругие элементы 26 установлены под определенным углом к поверхностям диска 24 и дисков 23 и 25 соответственно таким образом, что вращение диска 24 относительно диска 15 ,25 (смотря с конца вектора ОХ прямоугольной системы координатОХТЕ) может осуществляться лишь по часовой стрелке, а вращение диска 24 относительно диска 23 - лишь против 20 часовой стрелки. Противоположные вращения диска 24 относительно дисков 23 и 25 исключаются из-за наличия микронеровностей, соизмеримых с диаметром упругих элементов 26 на 25 фрикционных поверхностях дисков 23 и 25, и упругие элементы 26 изгибаются, например, при вращении диска 24 относительно диска 25 против часовой стрелки, упираясь в микроне- З 0 ровности диска 25, и препятствуют вращению диска 24. При вращении, например, диска 24 относительно диска 25 по часовой стрелке происходит беспрепятственное скольжение упругих эле З ментов 26 по поверхностям дисков 23 и 25, не находящихся во Фрикционной связи с упругими элементами 26. В устройстве закреплена медная фольга 27, которая устанавливается лишь в 40 случае применения в качестве фиксатора электрореологической жидкости, находящейся в полости корпуса шарнира, так как при этом изменение вязкости жидкости происходит путем пода чи разности потенциалов между фольгой 27 и корпусом 6 шарнира, а фрикционные элементы 11-13 электрически изолированы между собой и корпусом 6 шарнира 5 и осью 7.50 Схемы блоков 28 управления фиксаторами у каждого шарнира одинаковы и содержат, например у шарнира 5 (фиг.3), фиксаторы 9 и 10, датчик 15 положения звеньев, управляемые ключи 29 и 30, элементы И 31 и 32, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) ,33, схему 34 сравнения, источник 35 напряжения, адресный вход,36 и выход 37 "Равны" схемы 34 сравнения и вход 38 "Пуск". При этом датчик 15 и АЦП 33 соединены последовательно . между собой, а выход АЦП 33 подключен к информационному входу схемы 34 сравнения, адресный вход 36 которой подключен к соответствующему входу устройства управления манипулятором (не показано), выход 3 "Равны" схемы 34 сравнения подключен к соответствующему входу устройства управления манипулятором (не показано), первые входы элементов И 31 и 32 подключены соответственно к выходам "Меньше 1 и "Больше" схемы 34 сравнения, вторые входы элементов И 31 и 32 объединены между собой и подключены к входу 38 "Пуск 1, который соединен с соответствующим выходом устройства управления манипулятором (не показано), выходы элементов И 31 и 32 соединены с управляющими входами ключей 29 и 30 соответственно, информационные входы которых объединены между собой и под-. ключены к выходу источника 35 напряжения, а выходы ключей 29 и 30 подключены к входам управления фиксаторов 9 и 10 соответственно. Корпус 6 шарнира 5 соединен с общим выходом блока 28 управления Фиксаторами. Если в качестве Фиксаторов используются пьезоэлементы или магнитострикционные элементы, то применяется источник 35 высокочастотного напряжения, и выход соответствующего управляемого ключа 29(30) подключается к одному из элементов пьезоэлемента или выводу обмотки управления магнитострикционного элемента, а другой электрод или вывод обмотки подключается к общему выходу блока 28 управ-, ления фиксаторами. Причем частота колебаний напряжения Я,источника 35 выбирается больше частоты вибратора 16.Если в качестве фиксаторов исполь" зуется электрореологическая жидкость, то применяется источник 35 постоянного напряжения, а выход соответствующего управляемого ключа 29(30) соединяется с фольгой 27 соответствующего фрикционного элемента 11(13), а в схеме блока управления фиксаторами 28 вместо элементов И 31 и 32 используются элементы И-НЕ.Манипулятор работает следующимобразом.В положении статического равновесия манипулятора привод 16 отключен, а на вход 38 "Пуск" блока 28 управления фиксаторами с соответствующего выхода устройства управления манипулятором (не показано) подается нулевои сигнал (низкий уровень напряжения). Если фиксаторами являются пье" зо- или магнитострикционные элементы,10 то на выходах элементов. И 31 и 32 устанавливаются нулевые сигналы, которые .закрывают управляемые ключи 29 и 30, и источник 35 высокочастот ного напряжения отключается от фиксаторов 9 и 10, которые плотно прилегают к поверхности дисков 23 и 25 фрикционных элементов 11 и 13, препятствуя их вращению. Аналогично, если фиксатором является электрореологи ческая жидкость, то на выходах схемы И-НЕ 31 и 32 устанавливаются единичные сигналы, которые открывают управляемые ключи 29 и 30, и источник постоянного напряжения 35 подключает ся к фиксаторам 9 и 10, поэтому вязкость жидкости между фольгой 27 и корпусом 6 шарнира максимальна, и возникающие силы вязкого трения фиксируют положение дисков 23 и 25 фрик ционных элементов 11 и 13 относительно корпуса 6. Положение диска 24 также фиксировано, так как упругие элементы 26 препятствуют его вращению относительно дисков 23 и 25, поэтому положение оси 7 и звена З,жестко связанных с диском 24 Фрикционного элемента 12, также Фиксировано.Для перемещения схвата 17, установленного на звене 3, в заданное по ложение с соответствующего выхода устройства управления манипулятором на адресный вход 36 схемы управления соответствующего блока 28 управления фиксаторами подается соответствующий, 45 код заданного положения соответствую" щего звена манипулятора. Пусть, нап. ример, необходимо переместить звено . 3 в заданное положение, двоичный код которого с выхода устройства управ ления манипулятором поступает на адресный вход 36. Аналоговый сигнал текущего положения звена 3, контролируемый с помощью датчика 15, поступает на вход 33 АЦП, с выхода которого двоичный код текущего положения поступает на информационный вход . схемы 34 сравнения, где происходит сравнение двоичного кода текущего положения звена 3 с заданным. Результат сравнения кодов появляется на соответствующем выходе схемы 34 сравнения в виде единичного сигнала, Так, например, если звено 3 необходимо переместить по часовой стрелке (смотря с конца вектора ОХ), то появляется единичный сигнал (высокий уровень напряжения) на выходе "Меньше" схемы 34 сравнения. Если звено 3 необходимо переместить против часовой стрел ки, то появляется единичный сигнал на выходе "Больше" схемы 34 сравнения, а если звено 3 находится в заданном положении, то появляется единичный сигнал на выходе 37 "Равны" схемы управления. Пусть, например, звено 3 необходимо переместить по часовой стрелке, тогда на выходе "Меньше" схемы 34 сравнения появляется единичный сигнал, поступающий на первый вход элемента И 31, а на остальных выходах схемы. 34 сравнения устанавливаются нулевые сигналы. Нулевой сигнал с выхода 37 "Равны" схемы 34 сравнения поступает на соответствующий вход устройства управления манипулятором и указывает на то, что звено 3 находится не в заданном положении, тогда устройство управления манипулятором формирует на соответствующем выходе единичный сигнал, который подается на вход 38 "Пуск" блока 28 управ ления фиксаторами. На выходе элемента И 31 устанавливается единичный сигнал, который открывает управляемый ключ 29 и источник 35 высокочастотного напряжения подключается к управляющему входу Фиксатора 9 (пьезо- или магнитострикционный элемент), который начинает вибрировать с высокой частотой, а поэтому силы сопротивления между фиксатором 9 и диском 23 фрикционного элемента 11 минимальны, и диск 23 совместно с диском 24 может вращаться вокруг оси 7 шарнира 5 по часовой стрелке, так как при этом положение диска 25 фрикционного элемента 13 фиксировано, потому что на выходе элемента И 32 имеется нулевой сигнал и управляемый ключ 30 закрыт, а значит, источник 35 высокочастотного напряжения отключен от фиксатора 10, который препятствует вращению диска 25 фрикционного элемента 13 относительно корпуса 6 шарнира 5.Аналогично, если фиксатором является электрореологическая жидкость, 133357050 то наличие единичных сигналов одновременно на обоих входах элемента ИЛИ-НЕ 31 приводит к установке нулевого сигнала на его выходе, закрытию ключа 29, и источник 35 постоянного напряжения отключается от фиксатора 9, а значит, электрореологическая жидкость, находящаяся в пространстве между диском 23 и корпусом 6 шарнира 5, имеет небольшую вязкость, т.е. минимальны силы вязкого трения между фиксатором 9 и фрикционным элементом 11, и диск 23 совместно с диском 24 может вращаться вокруг оси 7 шарнира 5 по часовой стрелке, так как при этом положение диска 25 фрикционного элемента 13 фиксировано, потому что на выходе элемента И-НЕ 32 имеется единичный сигнал, и управляемый ключ 30 открыт, а значит, источник 35 постоянного напряжения подключен к фиксатору 10, и электрореологическая жидкость в пространстве между диском 25 и корпусом 6 имеет максимальную вязкость.Затем по команде от устройства управления манипулятором производится включение вибродвигателя, вызывающего динамическое усилие Р = ш.а г, имеющее две составляющие Р и РУ (фиг,4), где Р = Р + РУ, Р =Р з 1 пс. составляющая вектора Р, направленная вдоль оси звена 3 Р = Р созсф У -составляющая вектора Р, направленная перпендикулярно оси звена 3; ш - масса эксцентриков; я - круговая частота вращения эксцентрика; г - средний радиус вращения центра масс эксцентрика; су = со с + ср - угол между направлением перемещения конца звена 3 и направлением динамического уси,лия Р в момент времени С; ср, - то же, что с , при с = 0; А - точка приложения динамического усилия Р к концу звена; В - ось вращения шарнира 5.Когда направление вект ора Р проУ тивоположно направлению вектора ОЪ (полагают, что система координат ОХТЕ жестко связана с подвижным звеном 3), то кинетическая энергия звена 3, перемещающаяся с ускорением вибрации, превращается в потенциальную энергию деформации упругих элементов 26,.которые изгибаются. Если направление вектора РУ совпадает с направлением вектора ОУ и вектор Р превосходит по модулю суммарные силы сопротивления движению звена 3,то конец звена 3 вращается по часовойстрелке с ускорением вибрации. Крометого, потенциальная энергия деформации упругих элементов 26 при их выпрямлениипреобразуется в кинетическую энергию движения звена 3, т.е,конец звена 3 получает дополнительное 10 ускорение,. упругие элементы 26 выполняют роль привода, который периодически выдает и аккумулирует энергию. Таким образом происходит микроперемещение конца звена 3 в заданное 15 положение.Наличие составляющей Р векторадинамического усилия Р приводит к периодическому сжатию или растяжениюзвена 3 вдоль его оси в зависимости 20 от направления вектора Р, т,е. предлагаемый манипулятор имеет достаточно жесткую конструкцию, что обуславливает его высокую точность позиционирования.При достижении концом звена 3заданного положения на выходе 37"Равны" схемы 34 сравнения устанавливается единичный сигнал, а на выходах "Больше" и "Меньше" устанавлиЗ 0 ваются нулевые сигналы, поэтому упфравляемые ключи 29 и 30 закрыты есУли применяются фиксаторы 9 и 10 изпьезо- или магнитострикционных материалов, или открыты, если применя- ЗВ ются фиксаторы из реологического вещества, а значит, положение фрикционных элементов 11 и 13 фиксированоотносительно корпуса 6 шарнира 5 извено 3 удерживается в заданном поло жении.Единичный сигнал с выхода 37 "Равны" поступает на соответствующийвход устройства управления манипуля,тором, после чего на входе 38 "Пуск" 45 устанавливается нулевой сигнал, авибропривод 16 по команде от устрой,ства управления манипулятором отключается. Формула изобретения Манипулятор, содержащий основание, на котором установлены последовательно расположенные и шарнирно связанные между собой звенья, первое из которых также шарнирно связано с основанием, а на последнем смонтирован схват, каждый из указанных шарниров снабжен устройством взаимной,Повхан Техред И,Попович рректор И.Шароши Редакт Заказ 3913/17ВНИИП Тираж 951 Государственного елам изобретений сква, Ж, Раушс дписное омитета ССС открытий ая наб д. 113035 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород., ул. Проектная,фиксации положения соединяемых имзвеньев, вибрационный привод и система управления с датчиками, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что,с цельюповышения надежности за счет уменьшения количества приводов для обеспечения перемещения звеньев в однойплоскости, каждый шарнир выполнен ввиде вращательной кинематической пары, состоящей из корпуса, закрепленного на предыдущем звене, и вала,жестко связанного с последующим звеном, причеМ оси всех указанных валовпараллельны, а устройство взаимнойфиксации звеньев в каждом шарниревыполнено в виде трех соосно и пос"ледовательно расположенных дисков идвух фиксаторов, причем два крайнихдиска размещены на валу с возможностью вращения относительно него, а средний диск связан с валом жестко и на торцах этого диска закреплены 5упругие элементы, контактирующие ссоответствующими торцами крайних дис" ков, а упомянутые фиксаторы смонтированы на корпусе шарнира с воэможностью взаимодействия с боковыми поверхностями крайних дисков, при этом датчики обратной связи по положению звеньев размещены в шарнирах, а привод выполнен в виде эксцентрикового вибратора и размещен на последнем звене так, что ось эксцентриков параллельна осям шарниров.2. Манипулятор по п.1, о т л и. -ч а ю щ и й с я тем, что фиксаторы выполнены в виде пьезо- или магнито,стрикционного элемента.