Изометрическая задающая система

0 П И С А Н И Е (п)920644ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсиикСоциалиетическиаРеспублик(53)М. Кл. 8 05 0 1/10 В 64 С 13/04 с присоединением заявки,% Веударстеевиьй камитет СССР в делан кзааретеник и открытийДата опубликования описания 15.04. 82(72) Автор изобретения К.К.Шатилов т 1 осковское ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени 1 высшее техническоеучилище им. Н.Э.Баумана(54) ИЗОИЕТРИЧЕСКАЯ ЗАДАЮЩАЯ СИСТЕИА Изобретение относится к работо- технике, а именно к системам регулирования пространственным положением объекта и может применяться в . качестве органа ручного управления для одновременного регулирования шести параметров.Известно многостепенное изомет-. рическое задающее устройство, содержащее рукоятку, торец которой соединен с ортогональными упруги-, ми.стержнями, один из которых соединен через диафрагму с основанием, а другой - подшипником скольжения с тем же основанием. На упругих стержнях установлены тезнодатчики. Устройство регистрирует усилия руки по нескольким направлениям в пространстве и преобразует их в электрические сигналы управления 13;Однако конструкция данного уст - ройства является сложной, трение в подшипниках скольжения создает нелинейность характеристик, что ухудшает точность управления, Величинасигнала на выходе также зависит отместа приложения усилия к рукоятке.Известно задающее устройство, содержащее два упругих элемента, ортогональных друг другу, которые присоединены с одной стороны к торцурукоятки, а с другой - к основанию.На упругих элементах установлены Ютензодатчики, соединенные в мостовые схе 1 ы и связанные с источникомпитания и выходами устройства. Усилие руки, прикладываемые к рукоятке по двум рртогонал ьным напра влениям преобразуются в сигналы управления 2.Однако в таком устройс 1 ве число.одновременно контролируемых параметров ограничено, кроме того, усилия измеряются неточно, так как величины сигналов на выходах тензомостов зависят от мес 1 а приложенияусилий к рукоятке.06 И коятки. 55 Целью изобретения является расширение функциональных возможност ей за счет увеличения числа одновременно измеряемых парамет ров, а также повышение точности измерения усилий руки место приложения котоlрых меняется в ограниченной области по рукоятке. Такое устройство необходимо для одновременного управления объектом в пространстве по шести степеням свободы, три из которых соответствуют местоположению объекта, а три других - его ориентации.Поставленная цель достигается тем, что в изометрической задающей системе, содержащего ортогональные друг другу два упругих элемента, скрепленные между собой, основание скрепленное с одним из упругих элементов, рукоят ку скрепленную одним на торце с другим упругим элементом, и тензодатчики, установленные на упругих элементах и связанные в мостовые схемы, подключенные к источнику питания и выходам системы, в ней установлены дополнительные ортогональные друг другу два упругих элемента, жестко скрепленные между собой с одной стороны, а с другой стороны - с основанием и другим торцом рукоятки, причем упругие элементы, жестко скрепленные с торцами рукоятки расположены по ее оси, а упругие элементъ, жестко скрепленные с основанием, составляют с упругими элементами, жестко скрепленные с торцами рукоятки, цилиндрические пары вращения, оси которых параллельны друг другу, а тензодатчики, связанные в мостовые схемы размещены на симметричных упругих элементах.Такая конструкция проста в изготовлении и позволяет точно и одновременно регистрировать усилия и моменты руки человека по шести степеням свободы и использовать их для адекватного управления объектом в пространстве. На фиг.1 приведена схема задающей системы; на фиг.2 - изображение системы в прямоугольных проекциях; на фиг.3 - схемы совпадения тензодатчико в.Изометрическая задающая система содержит рукоятку 1, к торцам которой жест ко присоединены упругие 5 10 15 20 25 30 35 40 45 элементы 2 и 3, являющиеся ее продолжением, основание ч, к которому торцами жестко присоединены два упругих элемента 5 и 6 и два штифта и 8, соединяющие концы упругих элементов 2 и 6, 3 и 5 Тензодатцики32, составляющие мостовые схемы, разнесены на симметричные упругие элементы 2 и 3, 5 и 6, укрепленные на противоположныеторцы рукоятки Тензодатцики 9 - 21, расположенные на упругих элементах 2 и 3 жестко соединенных с рукояткой 1, соединены в четыре .мостовые схемы, прицем один тензодатчик 8 11, 13 и 15) соединен одним концом с тензодатчиком 10 (12, 14 и 16), расположенным на противоположной стороне того же упругого бруска 2 3 а. другим концом - с тензодатчиком 12 10, 16,1 ч), расположенным на протиповоложной стороне другого упругого элемента 3 2) и образуют два моста 9 - 12, 13 - 16, регистрирующие усилия в направлениях 2 и Х, перпендикулярном и параллельном плоскости основания и ортогональных продольной оси М рукоятки. Другой, соседний тензодатчик 17 (21, 20 и 21, соединен одним концом с тензодатциком 1822, 19 и 23), расположенным на противоположной стороне того же упругого элемента 23 а вторым концом с тензодатчиком 19 ( 23, 18 и 22), расположенным с той же стороны другого упругого элемента 3 ( 2), и образуют два моста 17 - 20, 21 - 2 ч, регистрирующие моменты вращения вокруг выше упомянутых направлений Х и 2 . Тензодат чики 25 - 28, расположенные под углом в 1. к продольной оси рукоятки, соединены в мостовую схему, регистрирующую момент вращения вокруг продольной оси т Тензодатчики 29 - 32, расположенные на внутренних плоскостях других упругих элементов 5 и 6, соединены в мостовую схему, регистрирующую силы в направлении продольной оси руСистема работает следующим образом.При приложении сил и моментов к рукоятке 1 в упругих элементах 2;3, 5 и 6 возникаю деформации, которые преобразуются тензодатциками в электрические сигналы. И на выходах тензометрических мостов появ 9/0644О 20 Формула изобретения ляю 1 ся сигналы, пропорционагьнье проекциям сил на оси координат ус- ройст ва Х, 1, 2 и проекциям моментов вокруг соответствующих осей. Например, при приложении силы в направлении продольной оси рукоятки деформации возникают во всех упругих элементах 2, 3, 5 и 6. Однако наибольшие деФормации будут в элементах 5 и 6, так как приложенная сила вызывает их изгиб. Деформации других упругих элементов 2 и 3 значительно меньше, так как приложенная сила вызывает растяжение одного и сжатие другого, Кроме того, так как половины тензометрицеских мостов 9 - 12, 13 .- 16, 17 - 20, 21 - 24, 25 - 28 расположены на упругих элементах 2 и 3 с противоположным знаком деформации, поэтому, при одинаковых величинах сопротивлении тензодатчиков, происходят взаимные компенсации и на выходах этих мостов сигналы отсутствуют. Таким образом, вертикально направ- г 5 ленные силы вызывают лишь разбаланс одного тензометрического моста 29 - 32. Аналогичные компенсации происходят и при действии сил по другим направлениям. Если направление силы отли-, зв чается от направления осей координат устройства, то на выходах тензомет рических мостов 13 - 16,29 - 32 и 9 - 12 появятся сигналы, пропорциональные проекциям силы на соот -вет ствующие оси координат устройства Х, 1, 2 . Небольшие смещения руки вдоль рукоятки 1, т.е. смещение места приложения силы, выэьвают увеличение деформации, например, в верх О нем упругом элементе 2, но при этом в нижнем упругом элементе 3 деформация пропорционально уменьшится. Та,ким образом, при постоянной силе смещение места приложения ее вдоль 4 рукоятки не изменит величину сигна,ла на выходе устройства. Подобные компенсации происходят и при разделении действия сил и моментов в различных направлениях.Изометрическая задающая система позволяет точно и одновременно регистрировать силы и моменты руки человека в пространстве по шести степеням свободы, без взаимных влияний друг на друга. Три степени свободы соответсвуют трем координатам прос 1 рансва Х, Ч , 2, а три других врашен кисти руки вокруг каждой из них. В то время как известнаясистема регистрирует лишь ограниченное число направлений. Кроме того,передаточные характеристики системы линейны, так как перемещения элементов практически отсутствуют всвязи их жестким связям. Системаможет также измерять усилия руки,место приложения которых меняетсяв ограниченной области вдоль рукояткии, что повышает точность регистрациии сигналов управления. Дополнительным преимуществом являетсятакже простота конструкции, не требующая для изготовления сложныхтехнологических операций, и малыегабариты, что позволяет использовать устройство при ограниченияхрабочего пространства оператора, Известные же шестистепенные задающиеустройства конструктивно сложны итрудоемки в изготовлении.Устройство может быть использовано в качестве органа ручного управления для регулирования пространственным положением объекта одновременно по шести степеням свободы, например, в полуавтоматических режимах управления местоположением и ориентацией захвата манипулятора. Использование устройства для управления по вектору силы, захватом манипулятора, при выполнении операции с кинематически связанными объектами или в случае преодоления неизвестныхвнешних сил, позволяет операторудополнит ельно ощущать величину и и направление усилия, развиваемогозахватом. Изометрицеская задающая система, содержащая ортогональные друг другу два упругих элемента, скрепленные между собой, основание, скрепленное с одним из упругих элементов, рукоятку, скрепленную на торце с другим упругим элементом, и тензодатцики, установленные на упругих элементах и связанные в мостовые схемы, подключенные к исоцнику питания и выходам системы, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возмоностей и повышения очности системы, в ней установлены д инитель ные ортогональные друг другу дваупругих элемента, жестко скрепленные между собой с одной стороны,а с другой стороны - с основаниеми другим торцом рукоятки, причемупругие элементы, жестко скрепленные с торцами рукоятки, расположены по ее оси, а упругие элементы,жестко скрепленные с основанием,составляют с упругими элементами,жестко скрепленными с торцами рукоятки, цилиндрические пары враще 92061 чния, оси которых параллельны другдругу, а тензодатчики, связанные вмостовые схемы, размещены на симметричных упругих элементах,5 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Медведев В.С., Лесков А.Г.,Ющенко Л.С. Система управления манипуляционных роботов,М., "Наука",1 О 1 978, с. 171- 188.2, Патент СШЛ " Зч 477 бб,кл, 2 Й 1 т, 19 б 9 проотип.920644 йР СдЬнруг аси 7 илыХ МОМРФРЮ недуг оси У оставитель О,Будковаехред Ж, Кастелевич Корректор В.Синицкая Редак М.Товти Заказ 2339/5 одписи а СССР ИИП по13035, М тиид 4/5 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна Тираж 908осударственного колам изобретений иква, Ж, Раушска ите ткр на