Манипулятор

О П И С А Н И Е 27252ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических РесоублииЗависимое от авт. свидетельства М Кл, 49 с, 30/02 Заявлено 13.Ч.1969 ( 1334865/25-8 присоединением заявки М МПК В 251 3 Комитет оо де иорит зобретений и открытори Совете МинистрСССР убликовано 12 Ч.1970. Бюллетень М 17 та опубликования описания 12.Ч 111.197 621-229.72-872,7:658,515(088.8) Авторыизобретени Тывф П Е. Кобрииский, В. И. Сергеев, Ю. А. Степаненко и Л. ЯЩиЕ,.ЩЩ Заявител ударствениыи научно-исследовательски нститут маши НИПУ Известны манипуляторы, задающий мехаНизм которых не является копией исполнительного, а количество перемещений элементов задающего механизма равно количеству приводов элементов исполнительного механизма, и величина каждого из относительных перемещений элементов задающего механизма является программным значением скорости одного из приводов элементов исполнительного механизма (астатическое управление).Цель изобретения - облегчение управления исполнительным механизмом.Для этого задающий механизм выполнен в виде соединенных последовательно упругой подвески с датчиками компонент перемещенцч или усилия рукоятки, двух карданных подвесок, первая из которых снабжена приводами перемещения ее элементов и датчиками положения, а вторая - датчиками положения ее элементов, и собственно рукоятки, причем осц вращения элементов карданных подвесок и рукоятки пересекаются в одной точке.Рукоятка задающего механизма снабжена двумя соосными втулками, одна из которых при помощи упругих элементов с датчиками усилия, используемыми в системе управления скоростью вращения захвата вокруг его продольной оси, соединена с выходным звеном второй карданной подвески, а вторая, на которую непосредственно воздействует оператор,выполнена с возможностью поворота относительно первой, и подпружиненным рычагом, обеспечивающим относительную фиксацию втулок.На фиг. 1 изображена кинематическая схема исполнительного механизма; на фиг. 2 - исполнительный механизм манипулятора; на фцг. 3 - задающий механизм; на фиг. 4 рукоятка задающего механизма; на фцг. 5 - тО блок-схема манипулятора.Звенья исполнительного механизма, обладающего семью степенями подвижности, включая движение схватывания, сочленены друг с другом последовательно прц помощи ццлццд рических вращательных пар, две из которыхобразуют плечо П, одна - локоть Л, три - запястье 3 и схват С. В качестве приводов могут быть использованы любые двигатели, например гидроцилиндры ГПИР-О, 1, 2, 3, 4,5, 20 б с реечной или цепной передачей. Каждыйгидравлический привод снабжен гидроусилителем, питающимся от напорной магистрали.Гцдроусцлцтелц приводов ГПИР-О, ГПИРц ГПИРдолжны быть выполнены с обратной 25 связью по расходу жидкости, обеспечивающими независимость скорости движения поршня гцдроццлиндра от нагрузки, преодолеваемой приводом. Относительные положения элементов исполнительного механизма определяются 30 датчиками, например, реостатными.РД - к,РД = Л;РД =1.РД= Р РД=Л,-ь. РД=Й 5 и 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Задающий механизм манипулятора состоит из упругой подвески с датчиками, например тензодатчиками, малых перемещений или усилий, первой карданной подвески, снабженной приводами перемещения ее элементов и датчиками, например реостатными, их положения, второй карданной подвески, снабженной датчиками положения ее элементов и рукоятки. Все эти узлы соединены друг с другом последовательно. Оси обеих карданных подвесок пересекаются в одной точке, через которую проходит и ось рукоятки.По направляющим основаниям 1 перемещается каретка 2 упругой подвески, Каретка связана с основанием также при помощи упругого элемента 3 (пластины или мембраны) с тензодатчиком ТД. К каретке крепятся упругие элементы 4 и б (пластины), соединенные последовательно посредством кронштейна б и снабженные тензодатчиками ТД- У и ТД-Х. Все упругие элементы выполнены таким образом, что имеют невысокую жесткость только в одном из направлений, т. е, для определенного вида нагрузок. Кронштейн 7 первой карданной подвески на оси 8 несет поворотную вилку 9, которая сама является основанием, на котором укреплена ось 10 поворотной вилки 11. Относительные перемещения вилок 9 и 11 реализуются при помощи червячных механизмов с электроприводами МПЗУи МПЗУ- (1+ 2) и измеряются реостатными датчиками РД-К и РД-й,. Поворотная вилкао 91" -;212 второй карданной подвески укреплена осью 18 на поворотной вилке 11. Рычаг 14 посредством оси 1 б укреплен на поворотной вилке 12. Перемещение вилки 12 и рычага 14 измеряется реостатными датчиками РД-К ит 3 РД-Р. Рукоятка, осью и основанием кото 94рой служит рычаг 14, состоит из втулки 1 б, укрепленной при помощи упругих пластин 17 на рычаге 14, втулки 18, связанной с втулкой 1 б подшипниками скольжения 19, губок управления схватсм 20. На втулке 18 крепится рычаг 21 с зубом, имеющий возможность поворота относительно оси 22. Конец рычага 21 связан с втулкой 18 упругим элементом 23, выводящим зуб рычага 21 из контакта с втулкой 1 б. Упругие пластины 17 снабжены тензодатчиками ТД-а. Относительное расположение губок управления схватом 20 измеряется при помощи реостатного датчика РД-К9 пВ предлагаемом манипуляторе применено астатическое управление (управление скоростью) перемещениями точки 3 (Запястье) исполнительного механизма и позиционное управление ориентацией оси схвата, Поворот схвата вокруг собственной продольной оси осуществляется независимой системой астатического управления, а управление перемещениями губок схвата - независимое позициочное.Рассмотрим реализацию астатического управления в предлагаемом манипуляторе.Оператор воздействует на рукоятку задающего механизма, При этом сила воздействия, проходящая через точку пересечения осей вилок задающего механизма, воспринимается упругими элементами упругой подвески, которые прогибаются пропорционально соответствующим компонентам силы воздействия.Обозначим через Х, У, 2 - компоненты силы воздействия, проходящей через точку А пересечения осей вилок. Информацию об этих компонентах нагрузки дают датчики ТД-Х, ТД-У и ТД. Дальнейшая задача заключается в том, чтобы обеспечить такую скорость перемещения точки 3, компоненты которой Х, У, 2 были бы пропорциональны величинам компонент нагрузок, Х, У,2, т. е. необходимо обес- печить Х =КХ,=К, 2=Кг К - коэффициент пропорциональности.Эта задача для выбранной кинематической схемы исполнительного механизма решается при помощи вычислительного устройства, реализующего следующие вычисления:К (у соя у, - хмп уо)9 о=38 П "+ 1 Я 81 П (ф) + 2)ЦХсоз , + Узап ,з 1 п(;,+,)+К1, в 1 п у+ 21, соз р, + 1,соз(р+ р При этом, как показано на блок-схеме, на входы вычислительного устройства подаются сигналы КХ, КУ, К 2, а также сигналы, пропорциональные величинам углов гу ср срь с выхода вычислительного устройства снимаются сигналы, величины которых пропорциональны требуемым угловым скоростям сро, ср и ср, и подаю ся на входы гидроусилителей приводов ГПИР-О, ГПИР, ГПИР. Реализация определенных выражений (1) скоростей соответствующими регулируемыми приводами исполнительного механизма ГПИР-О, 1, 2 обеспечивает одинаковую направленность и пропорциональность вектора нагрузки (Х, г) на задающей рукоятке и вектора линейной скорости запястья 3 исполнительного механизма (Л, У, 2).Рассмотрим теперь позиционное управление ориентацией оси схвата исполнительного ме-. ханизма в пространстве, Оно включает в себя две прямые следящие системы и две об ратные следящие системы.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Задачей обратных следящих систем является такое перемещение вилок 9 и 11 первой карданной подвески задающей рукоятки, чтобы ось 13 вилки 12 второй кардаццой подвески задающего устройства была коллинеарна оси предплечья, т. е. прямой ЛЗ, исполнительного механизма манипулятора.С этой целью одна из обратцых следягцих систем, содержащая привод МПЗУ-О ц датчики РД-Ки РД-К, призвана отслеживать-она задающем механизме поворотом вилки 9 угол поворота исполнительного механизма манипулятора - с Вторая обратная следящая система, содержащая привод МПЗУ-(1+2), датчики РД-К, РД-К РД-Ки":1+т 2сумматор сигналов датчиков РД-К г, и РД-К призвана отслеживать на задающем механизме поворотом вилки 11 угол поворота предплечья ЛЗ исполнительного механизма в базовой плсскосги ПЛЗ, т. е. угол г+у.Задачей прямых следящих систем являегся такое относительное перемещение элементов исполнительной руки, осуществляемое приводами ГПИРи ГПИР, чтобы обеспечить коллинеарность оси схвата исполнительный руки и оси рукоятки 15 задающего устройства.В соответствии с этой задачей первая прямая следящая система, содержащая привод ГПИРи датчики РД-Ки РД-К, произкаводя ротацию запястья исполнительной руки, обеспечивает параллельность оси шарнира 3 и оси 14 поворотного рычага 15 задающего механизма,Вторая прямая следящая система, содержагцая привод ГПИРи датчики РД-Ки94 РД-К отслеживает ца исполнительном механизме угол, задаваемый относительным положением элементов 12 и 14 задающего устройства.Система позиционного управления положением губок схвата исполнительного механизма содержит реостат РД-Кзадающего меха-,йнизма и привод перемещения губок схвата исполнительного механизма ГПИР-б с потенциометром РД-К;, Система астатического управления вращением схвата вокруг собственной продольной оси содержит датчики ТД-ь, привод вращения схвата исполнительного механизма ГПИР. Гидроусилитель этого привода также должен иметь обратную связь по расходу жидкости.Работает манипулятор следующим образом.Оператор создает усилие на задающей рукоятке, в соответствии с которым перемещается запястье 3 исполнительного механизма, Одновременно на первой двойной поворотной цодвеске отрабатываются углы сро и (срг+ ср) в виде углов сто и (ср, + ср). Фиксируемое или изменяемое оператором положение оси задающей рукоятки в пространстве приводит при изменении углов первой карданной подвески к изменению углов во второй (ср и ср 4) подвеске, которые и отрабатываются соответствующими приводамц исполнительного механизма. При необходимости повернуть схват исполнительного механизма вокруг его продольной оси оператор нажимает на рычаг с зубом, фиксируя тем самым относительное положение втулок 16 и 18. Прикладывая прц этом момент к втулке 18 относительно ее продольной оси, оператор нагружает пластины 17. В соответствии с сигналами датчиков ТД-а приводится во вращение привод поворота схвата вокруг его поодольной оси ГПИР.В качестве вычислительного устройства могут быть использованы известные универсальные аналоговые вычислительные машины. Предмет изобретения 1. Манипулятор, состоящий из задающего механизма с рукояткой, исполнительного механизма с индивидуальными приводами звеньев исполнительного механизма и системы астатцческого и позиционного управления приводами, отличающийся тем, что, с целью облегчения управления исполнительным механизмом, задающий механизм выполнен в виде соединенных последовательно упругой подвески с датчиками компонент перемещения или усилия рукоятки, двух карданных подвесок, первая пз которых снабжена приводами перемещения ее элементов и датчиками положения, а вторая - датчиками положения ее элементов, и собственно рукоятки, причем осц вращения элементов карданных подвесок и рукоятки пересекаются в одной точке.2. Манипулятор по п. 1, отгичающийся тем, что рукоятка задающего механизма снабжена двумя соосными втулками, одна из которых при помощи упругих элементов с датчиками усилия, используемыми в системе управления скоростью вращения схвата вокруг его продольной оси, соединена с выходным звеном второй карданной подвески, а вторая, на которую непосредственно воздействует оператор, выполнена с возможностью поворота относительно первой, и подпружиненным рычагом, обеспечивающим относительную фикса271352 ИсаолнапельнаярумаСоставитель В, Тупицедактор Т. А, Киселева Техред А. А, Камышникова Корректор Н, А, Митрохина Заказ 2191/19 Тираж 480 Подписное ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова,