Манипулятор инженера м. в. леоненко

(19) 1111 3 9/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТОРСКОМУ ЕТЕПЬСТВУ шинорам с ение относится к а именно к манипул м управлением, и п 8)етельство ССС .1 9/Об, 1978. едназнатизацииераций втом еханизаци помогательных о ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ4326 140 в промышленности. Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет обеспечения возможности позиционирования исполнительного органа в любой точке рабочей зоны манипулятора, и повышение надежности его работы. В зависимости от комбинации включения управляемых муфт 13, 14, 17 и 20 происходит вращение выходного вала кинематической цепи, связывающей двигатель каждого из приводов с исполнительным органом, при злом вращающий момент может передаваться как от ротора 10 двигателя,так и статора 11, которые связанымежду собой пружиной кручения 21. Неремещение исполнительного органа влюбую точку рабочей зоны происходитза одно колебательное движение ротора.10 или статора 11 под действием пружины кручения 21, при зтом сам дви-,гатель служит для покрытия потерь.Для регулирования скорости перемеще-ния исполнительного органа в манипуляторе могут быть использованы маковики, связанные с приводом через дополнительные управляемые муфты. 2 з,п.Ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к машиностроешпо, а именно к манипуляторам спрограммным управлением, и предназначено для механизации и автоматизацииОсновных и вспомогательных операцийВ промыпг 1 енности.Целью изобретения является расширение технологических возможностей засчет обеспечения возможности позиционирования исполнительного органа влюбой точке рабочей зоны манипулятора и повышение надежности его работыНа фиг,1 изображена кинематическаясхема манипулятора; на Фиг.2 - схема 15части кинематической цепи с датчикамиугловой скорости и маховиками.Манипулятор содержит смонтированные на основании 1 звенья 2 и 3 исполнительного органа. Звено 2 связано с 20 выходным валом 4 одного из родов перемещения исполнительного органа через передачу 5 и 6. Звено 3 связано с аналогичным выходным валом 4 второго привода через передачу 7. Первый 25 привод служит для горизонтального перемещения звена 2, второй - для вертикального перемещения звена 3. У каждого привода между выходным валом 4 и основанием 1 установлен датчик 8 30 уГловых перемещений, Кроме того, каждый из приводов включает двигатель 9, установленный на основании с возможностью независимого вращения ротора 10 и статора 11 вокруг их общей оси. Между ротором 10 и статором 1 1 установлен датчик 12 угловых перемещений,Между ротором 10 и основанием 1 установлена управляемая муфта 13, междустатором 11 и основанием 1 - управляемая муфта 14,Ротор 10 связан с выходным валом4 посредством зубчатых колес 15 и 16и управляемой муфты 17. Статор 11связан с выходным валом 4 посредствомзубчатых колес 18 и 19 и управляемоймуфты 20. Между ротором 10 и статором 11 установлена пружина 21 кручения. Датчики 8 и 12, управляемые муфты 13, 14, 17 и 20, двигатель 9 связаны с системой управления (не показана) .Устройство может также содержатьдополнительные управляющие муфты 22,соединяющие маховики 23 с ротором 10и статором 11 двигателей, и, крометого, датчики 24 и 25 угловых скоростей, установленные соответственномежду выходным валом 4 и основанием1 и между ротором 10 и статором 11,Манипулятор работает следующим образом,В исходном положении ротор 10 повернут относительно статора 11, например по часовой стрелке на уголЦ = Ч) от свободного состояния пружины 21 крученияПри включении системы управления датчики 8 и 12 угловых перемещений вырабатывают электрические сигналы, которые соответствуютизмеренным датчиками значениям угловз14043 у =у ц) =Ч Сигналы ) ипостУ- пают с датчиков в систему управления.Возможно несколько способов управления устройством.5По первому способу, если от системы управления поступят управляющие сигналы и выключить муфты 20 и 13, то пружина 21 кручения начнет вращать расфикснрованный ротор 10 против часовой стрелки. Вращение от ротора 10 передается через зубчатые колеса 15 и 16 и муфту 17 на выходной вал 4. Выходной вал 4 вращается по часовойстрелке и через передачи 6 и 5 пере мещает в горизонтальном направлении, например вправо, звено 2. Кроме того, одновременно с выключением муфт 20 и 13 система управления включает двигатель 9 таким образом, что его крутя щий момент совпадает с направлением вращения ротора 10, Пружина раскручивается до свободного состояния, т,е, ц) = О, разогнав связанную с ней кинематическую цепь с элементами 10, 25 15, 16, 17, 4, 6, 5 и 2 до максимальной скорости. Затем эта кинематическая цепь, двигаясь по инерции, закручивает пружину 21 на угол= - Ч, и при достижении этого равенства сиг- ЗО налы системы управления включают муфты 13 и 20 и выключают двигатель 9. Двигатель 9 используется только для восполнения потерь энергии.1Кинематическая цепь совершает маятниковое движение и в момент включения муфт, т.е. фиксации кинематической цепи, скорости перемещений всех звеньев кинематической цепи равны нулю и, следовательно, нет необ ходимости гасить кинетическую энергию кинематической цепи. Таким образом, ротор 10, выходной вал 4 и звено 2 зафиксированы относительно основанияс углами поворота Ч = -Ч, И= 9 45По второму способу управления, если в манипулятор, находящийся в исходном состоянии, ( =и Ч = Ж ) от системы управления поступят управляющие сигналы и выключат муфты 17 5 О и 14, то произойдут процессы, аналогичные процессам, возникающим в первом случае, только вращаться теперь будет статор 11 по часовой стрелке. Вращение от статора 11 передается че рез зубчатые колеса 18 и 19 и муфту 20 на выходной вал 4. Выходной вал 4 вращается против часовой стрелки и соответственно перемещается влево 264звено 2, В итоге получаются углы перемещения ц= -4 = зтезвено 2 переместится в обратном направлении на такую же величину, каки в первом случае. Двигатель 9 и вэтом случае используется только длявосполнения потерь энергии,По третьему способу, если в манипулятор, находящийся в исходном состоянии (Ц = у, и= (, ), от системы управления поступят управляющиесигналы и выключат муфты 20 и 14, топружина 21 кручения начнет вращатьрасфикснрованный статор 11 по часовойстрелке и приведет в движение связанную с ним кинематическую цепь с элементами 18 и 19. Одновременно системауправления включает двигатель 9 такимобразом, что его крутящий момент совпадает с направлением вращения статора, В момент, когда значение сигнала с станет равно ( = ,М, (М - некоторый коэффициент, причем 0 с М с 1),сигнал системы управления выключитмуфту 13. Пружина 21 начнет вращатьрасфиксированный ротор 10 против часовой стрелки и приводит в движениесвязанную с ним кинематическую цепьс элене нтами 15, 16, 17, 4, 6, 5 и 2.Пружина 21 разгоняет эту кинематическую цепь до момента, когда с = О, сообщив ей некоторый импульс силы. Далее, когда значение угла С изменяется от= 0 до (р = -10, М, кинематическая цепь с элементами 10, 15, 16,17, 4, 6, 5 и 2 получает от пружины21 такой же импульс силы, действующий в обратном направлении. В момент,когда наступит равенство ( = -Ц, М,скорости перемещений всех элементовэтой кинематической цепи будут равнынулю, ив этот же момент сигнал системы управления включит муфту 13. Ротор10 и кинематическая цепь с элементами15, 16, 1, 4, 6, 5 и 2 будут зафик-,сированы относительно основания 1.Статор 11 продолжает вращаться почасовой стрелке, закручивая пружину21 от угла с = -Ч,М до угла ЯЗа время разгона статора 11 от углаЧ = Ц, до угла (. = 0 статор 11 исвязанная с ним кинематическая цепьс элементами 18 и 19 получают от пружины 21 некоторый импульс силы. Завремя замедления движения статора 11от угла Ц = 0 до угла Ц = - Ц, статор 11 и связанная с ним кинематическая цепь получают от пружины 21 та 140432630 кой же импульс силы, действующий вобратном направлении. В момент, когдаугол Ч = - ф скорость движения статора будет равна нулю и в этот же мо 5мент сигналы системы управления вклю"чают муфты 14 и 20 и выключают двигатель 9, Двигатель 9 используется только для восполнения потерь энергии.В итоге получают следующие углы перемещения== (Перемещение исполнйтельного звена2 и соответствующее ему угловое перемещение (1 " , выходного вала 4 за-.Висят от соотношения момента инерции 15кинематической цепи с элементами 10,15, 16, 17, 4, б, 5 и 2, приведенного к ротору, и момента инерции кинематической цепи с элементами 11, 18и 19, приведенного к статору, а также 20От величины М. Изменяя М в пределахО ( М 6 1, получаем сколь угодно большое число перемещений звена 2 и угловых перемещений- (, в некоторомдиапазоне, 25Но четвертому способу в манипулятор, находящийся в исходном состоянииЦ = Я, и ( = , ), от системы управления поступают управляющие сигналыи выключают муфты 13 и 17, включаютдвигатель 9 согласно с направлениемвращения ротора, Затем в момент, ког.да значение угла (1 станет равно сМ, сигнал системы управления выключит муфту 14. В момент, когда значение сигнала ц = -с М, сигнал системы управления включает муфту 14. Вмомент, когда значение угла с равноЧ = -( сигналы системы управлениявключат муфты 13 и 17 и выключат дви" 40гатель 9. В итоге получены следующиеуглы перемещения ц = - ц, и= 9Вэтом случае происходят процессы,аналогичные процессам в предыдущемслучае, только перемещение с- , и 45звена 2 направлены в обратную сторону,По пятому способу, если в манипулятор, находящийся в исходном состоянии ( = ц, и ( =от системы управления поступят управляющие сигналыи выключат муфты 13 и 20, то пружина21 кручения начнет вращать расфиксированный ротор 10 против часовойстрелки и приведет в движение связанную с ним кинематическую цепь с эле 55ментами 15, 16, 17, 4, б, 5 и 2. Одновременно система управления включает двигатель 9 таким образом, что его крутящий момент совпадает с направлением вращения ротора. В момент, когдазначение сигнала С станет равно (М, сигнал системы управления выключит муфту 14. Пружина 21 начинаетвращать расфиксированный статор 11 почасовой стрелке и приведет в движение связанную с ним кинематическуюцепь с элементами 18 и 19. Пружина 21разгонит эту кинематическую цепь домомента, когда ц = О, сообщив ей некоторый импульс силы, Далее, когдазначение угла Ц изменяется от= 0до Ц = -, М, кинематическая цепь сэлементами 11, 18 и 19 получит отпружины 21 такой же импульс силы,действующий в,обратном направлении.В момент, когда значение угла с станет равным ц = -,М, скорости перемещений всех звеньев кинематическойцепи с элементами 11, 18 и 19 равнынулю и в этот же момент сигнал системы управления включит муфту 14. Статор 11 и кинематическая цепь с элементами 18 и 19 зафиксированы относительно основания. Ротор 10 продолжает вращаться против часовой стрелки,закручивая пружину 2 1 от угла ( ==, - Ц, М. до угла с = - Ч За времяразгона ротора 10 от угла (1 = (, доугла ц = 0 ротор 10 и связанная с нимкинематическая цепь с элементами 15,16, 17, 4, 6, 5 и 2 получают от пружины 21 некоторый импульс силы. Завремя замедления движения ротора 10от угла ( = 0 до угла Ч = -у ротор 10 и связанная с ним кинематическая цепь с элементами 15, 16, 17, 4,б, 5 и 2 получают от пружины 21 такойже импульс силы, действующий в обратном направлении. В момент, когда значение угла Ц будет равно с = Ю,скорость движения ротора 10 станетравна нулю и в этот же момент сигналысистемы управления включают муфты 13и 20 и выключают двигатель 9. Двигатель 9 используется только для восполнения потерь энергии. В итоге получены углы перемещения Ч = - , иЦ = (6,По аналогии с третьим случаем, изменяя М в пределах 0( М 61, получимсколь угодно большое число перемещений звена 2 и угловых перемещений16 - Ц, в некотором диапазоне,По шестому способу в манипулятор,находящийся в исходном состоянии14043 моментом инерции. 50 ления поступают управляющие сигналы и выключают муфты 14 и 17, включают двигатель 9 согласно с направлением вращения статора. Затем в момент, когда значение угластанет равно Ц = Ц, М, сигнал системы управления выключает муфту 13. В момент, когда значение угла ( = -, М, сигнал системы управления включает муфту 13. В 10 момент, когда значение угла Ч = -Я сигналы системы управления включают муфты 14 и 17 и выключают двигатель 9. В итоге получены перемещения ц = =-ц, и 15В этом случае происходят процессы, аналогичные процессам в предыдущем случае, только перемещения звена 2 и С - , направлены и обратную сторону. 20Таким образом в этих способах из исходного положения, т.е. (выходной вал 4 и звено 2 могут переместиться одним маятниковым движением в люоую позицию рабочего 25 диапазона.Б качестве исходного может быть выбрано положение, при которомЧч = Ч,при этом выходной вал 4 и звено 2 могут перемещатвся одним маятниковым движением в любую позицию в пределах того же самого диапазона,Таким образом, в любой из позиций звена 2 уголравен ф, или - При использовании дополнительных управляемых муфт 22 с маховиками 23 манипу 35 лятор работает следующим образом.В исходном положении муфты 22 включены. При вращении ротора 10 или статора 11 маховики 23 увеличивают 40 моменты инерции кинематических цепей, совершающих маятниковое движение. В результате увеличивается время перемещения или уменьшается скорость перемещения. Если от системы управ 45 ления поступают управляющие сигналы, которые выключают некоторые из муфт 22, то скорость перемещения возрас" тает в соответствии с уменьшившимся Кроме того, возможен и другой способ управления манипулятором.В исходном положении муфта 22 включена т,е. к ротору 10 подсоединенф55 маховик 23. Начинается перемещение аналогично рассмотренным случаям, В момент, когда величина угла у станет равна ц =Н.(Н - некоторый коэффи 1 26 8циент, причем О( Н(1), сигнап системы управления выключит муфту 22. Маховик 23 продолжает вращаться по . инерции с некоторой угловой скоростью Ю. Ротор 10 продолжает двигаться с ускорением до угла Ч = О, а затем сзамедлением до угла= -ц, Н. В момент, когда величина угла Ц станет равна= - Ц, Н, угловая скорость ротора 10 станет равной ц , сигнал системы управления включит муфту 22.Маховик 23 опять вращается совместно с ротором 10. В этом случаескорость перемещения возрастет, причем на среднем участке перемещения, Прц изменении Н ат цуля до единицы происходит увеличение участка перемещеция с больше; скоростью.Если для муфт 22 заданы разныезначения Н, то получится сложное движение звена 2.Перемещение звена 3 происходит аналогично перемещению звена 2. Если одновременно совершать сложные движениязвеньев 2 и 3, та можно получить разнообразные траектории движения исполцительцого органа.При использовании датчиков 24 ц 25 угловой скорости система управленияполучает дополнительно электрические4сигналы соответственно ( и С, которые соответствуют измеренным датчиками значениям угловых скоростей 3 и + Сигналы, ф в совокупности с сигналами (/, Ц позволяют системе управления в самом начале перемещения определить соотношение момента инерции неизвестного груза, перемещаемого манипулятором, с моментом инерции кинематических цепей манипулятора и благодаря этому определить величины коэффициентов М, Н для точного выполнения заданного перемещения. Кроме того, сигналы ф,( в совокупности с сигналами (1,позволяют системе уп-, равления более точно дозировать энергию двигателю 9 для восполнения потерь энергии манипулятора.В зависимости от требуемых степеней свободы исполнительного органа манипулятор может иметь необходимое число его приводов, имеющих аналогичную конструкцию. Формула изобретения 1. Манипулятор, содержащий установленный на основании исполнительный1404326 1 О Составитель Ф.МайоТехред И,Верес Корректор Л.Паты Редактор ратилло каз 3037/17 Подписнного комитета СССРений и открытийРаушская наб., д. 9 Гир ажИИПИ Государпо делам из5, Москва, Ж тве бре 5 1130 оизводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 орган с приводами его перемещения, каждый из которых включает двигатель, кинематическую цепь для связи двигателя с исполнительным органом, упрун5 гни элемент и систему управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цЕлью расширения технологических возможностей за счет обеспечения возможности позиционирования исполнительногО органа в любой точке рабочей зоны манипулятора и повышения надежности еГо работы, каждый из приводов снабжен -сфязанными с системой управления двумя датчиками угловых перемещений, один и 3 которых установлен между выходным валом кинематической цепи и основанием, а другой - между ротором и статором двигателя, и четырьмя управляемыми муфтами, две из которых связывают ротор соответственно с основанием и с выходным валом кинематическои цепи, а две другие связывают статОр также соответственно с основанием и с выходным валом кинематической цепи, при этом упругий элемент зак реплен между статором и ротором двигателя, а двигатель установлен на основании с возможностью вращения статора и ротора вокруг их общей оси.2. Манипулятор по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что каждый привод снабжен по крайней мере двумя дополнительными управляемыми муфтами и двумя маховиками, при этом одна из дополнительных муфт установлена между ротором двигателя и одним из маховиков, а другая - между статором двигателя и другим маховиком.3. Манипулятор по пп.1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что каждый привод содержит соединенные с системой управления два датчика угловой скорости, один из которых установлен на выходном валу кинематической цеи, а другой - между ротором и статором двигателя.