Схват манипулятора

5/06 // В 25 3 19/02 / 13/О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ К. итут ави ш,чтинс ьство СССР /00, 1980, УЛЯТОРА, сока корпусе емещения,крепленпостоянного равляющим кода типор ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(71) Ленинградский инстционного приборостроени (72) Д.Н. Вайсберг, В.ЛВ.Л, Генкин и Ю.Д. Жабо (53) 621.229.72(088.8)(54)(57) 1. СХВАТ МАЛИПдержащий установленные губки с приводом их перна каждой из которых заэлектромагнит, источник тока и реле с двумя парами тактов, одна из которых выполинормально замкнутой, а другая -нормально разомкнутой, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей,способных обеспечить определениетипоразмера захватываемого объектаи соответствующее изменение усилиязахвата, он снабжен вибратором,двумя блоками коммутации, каждый изкоторых имеет два входа управления,двумя шифраторами, индикатором типаи ориентации объекта с управляющимвходом, последовательно соединенными блоком формирования кода типоразмера с управлякщим входом, третьимблоком коммутации, элементом ИЛИи токовым ключом, включенным в цепьпитания реле, и дополнительными элект.ромагнитами, установленными на каждой губке, при этом электромагнитыодной губки расположены против элек,ЯО 120608 тромагнитов другои и подключенысоответственно к первому и второмублокам коммутации, первые выходыкоторых связаны с входами блокаформирования кода типоразмера, апервые управляющие входы подключены,соответственно, к выходам первогои второго шифраторов, входами связанных с выходами третьего блокакоммутации и с входами индикаторатипа и ориентации объекта, управляющий вход которого и управляющийвход блока формирования кода типоразмера, а также вторые управляющиевходы первого и второго блоковкоммутации подключены к выходувибратора, второй выход первого блока коммутации непосредственно подключен к источнику постоянного тока,причем второй выход второго блокакоммутации подсоединен к источникупостоянного тока через контакты 2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок формирования кода типоразмера состоит из последовательно соединенных формирователей дискретного сигнала, число которых соответствует числу электромагнитов дешифратора и регистра кода, при этом формирователь дискретного сигнала выполнен в виде последовательно соединенных автогенератора, детектора и формирователя импульса, а управляющий вход регистра кода является уп входом блока формирования азмера.Изобретение относится к захватным приспособлениям адаптивных роботов- манипуляторов и может быть использовано для захвата объектов манипулирования посредством адаптации к их типу и ориентации.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, способных обеспечить определение типоразмера захватываемого объекта и соответствующее изменение усилия захватаНа фиг. 1 показана структурная схема схвата манипулятора;на фиг,2 - схема блока формирования кода типоразмера.Схват манипулятора содержит связанные с приводом 1 губки 2 с расположенными на них блоками 3 и 4, каждый из которых представляет собой комплект идентичных электромагнитов, источник 5 постоянного тока, ,реле 6, включающее нормально замкнутые контакты 7 и 8 и нормально разомкнутые контакты 9 и 10, а также блок 11 питания.Кроме того, устройство содержитпоследовательно соединенные блок 12формирования кода типоразмера суправляющим входом, блок 13 коммутации, элемент 14 ИЛИ и токовыйключ 15, включенный в блок питанияреле. Устройство содержит такжевибратор, например одновибратор 16,индикатор 17 типа и ориентации суправляющим входом, блоки 18 и 19коммутации, каждый из которых имеетдва входа управления, шифраторы 20и 21. При этом входы блока 12 формирования кода типоразмера связаныс первыми выходами блоков 18 и 19коммутации, первые управляющие вхо.ды которых подключены, соответствен.йо, к выходам шифраторов 20 и 21,входами связанных с выходами блока13, которые подсоединены к входамэлемента 14 ИЛИ и входам индикатора 17 типа и ориентации, управляющий вход которого и управляющийвход блока 12 формирования кода типоразмера, а также вторые управляющие входы блоков 18 и 19 коммутацииподключены к выходу одновибратора 16,Электромагниты одной губки расположены против электромагнитовдругой губки. В разрыв цепи питания обмоток электромагнитов вклю чены соответственно блоки 18 и 19коммутации. Два вторых выхода блока 18 коммутации непосредственноподключены к полюсам источника 5постоянного тока, к которым двавторых выхода блока 19 коммутацииподсоединены в отдельности парамиконтактов 7, 9 и 8, 10 реле 6. Первые выходы блоков 18 и 19 коммутации соединены с соответствующимивходами блока 12 формирования кодатипоразмера.Блок 12 формирования кода типоразмера (фиг. 2) состоит из формирователсй 22 дискретного сигнала,каждый из которых содержит последовательно соединенные автогенератор 23, детектор 24 и формирователь25 импульса, выход которого служитвыходом формирователя 22 сигнала,а входами последнего и входами блока 12 форьырования кода типоразмера являются входы автогенератора 23,чувствительным элементом которогоявляются обмотки электромагнитовблоков 3 и 4. Выход каждого формирователя 22 дискретного сигналасоединен с входом дешифратора 26,выходами связанного с входами регистра 27 кода, управляющий вход и выходы которого служат управляющим входом и выходами блока 12 формирования кода типоразмера,Количество формирователей 22дискретного сигнала соответствуетколичеству электромагнитов.Устройство для захвата работаетследующим образом. 40 45 50 55 5 1 О 15 20 25 30 35 В производстве объекты манипулирования часто поступают в зону захвата робота-манипулятора ориентированные неправильно, что при их дальнейшей обработке приводит к нарушению условий выполнения технологических операций. Кроме того, в обрабатываемую совокупность объектов возможно попадание таких котоУ рые не предусмотрены технологическим процессом. Для исключения подобных ситуаций посредством придания промьппленным роботам, оснащенным устройством для захвата, возможностиадаптации к типу и ориентации обрабатываемых ими объектов манипулирования, в устройстве осуществляетсяфункция идентификации типа и ориентации захваченных объектов и отработки получаемых результатов, например, освобождением от непредусмотренных для обработки объектов или от обрабатываемых объектов,ориентированных в зоне захвата непредусмотренным образом.Режим работы устройства характеризуется состояниями "Ожидания", "Захвата", "Освобождения от удерживаемых неправильно", "Удерживания нужного объекта с требуемой.ориентацией" и Отпускания";Режиму работы предшествует режим обучения устройства для захвата. В исходном положении при включении источника 5 губки 2 разведены приводом 1 и блоками 3 и 4, обмотки электромагнитов которых подключены к источнику 5 нормально замкнутыми контактами 7 и 8 реле 6 так, что они создают встречные магнитные поля, отталкивающие губки 2. Такое включение обеспечивается единичными значениями управляющих сигналов, поступающих на первые управляющие входы блоков 18 и 19 с выходов шифраторов.Блоки 18 и 19 коммутации обеспечивают подключение электромагнитов, выбранных симметрично шифраторами к полюсам источника 5 непосредственно и через контакты 7, 9 и 8, 10 реле 6 соответственно. Кроме того, на время действия импульса одновибратора 16 блоки коммутации осуществляют подсоединение каждого электромагнита из блоков 3 и 4 к своему формирователю 22 дискретного сигнала в качестве его чувствительного элемента. 55 В состоянии "Ожидания" блоки 18 и 19 коммутации по единичным сигналам с первых управляющих входов через свои вторые выходы подключены параллельно обмотки каждого из электромагнитов блоков 3 и 4 в отдельности. Таким образом, электромагниты блоков 3 и 4 создают встречные магнитные потоки, а реле 6 оказывается включенным вследствие того,кчто все 2 контакта блока 13 замкнуты и связывают. выходы блока 12 с входами элемента 14 ИЛИ (фиг.2 и 1).Блок 12 формирует двоичный позиционный код типоразмера объекта в момент поступления на его управляющий вход заднего фронта импульса с одновибратора 16, запускающегося в момент включения источника 5, и25 дешифратора 26. 30 35 40 45 50 5 1 О 15 20 до момента формирования позиционного кода. При поступлении переднегофронта указанного сигнала на вторые. управляющие входы блоков 18 и 19 коммутации, подключающих обмо ки электромагнитов блоков 3 и 4 к формирователям 25, производится формирование разрядного двоичного кода признака объекта при разведенных губках 2 или отсутствии объекта в зоне захвата в состоянии "Ожидания" (фиг, 2).Сформированный на формирователях 22 двоичный код поступает на входыкдешифратора 26 и в виде 2 -разрядного позиционного кода подается на входы регистра 27 (фиг. 2). Так дешифратор 26 вырабатывает соответствующий каждому поступающему на его входы коду типоразмера одинединственный единичный логический сигнал на одном из своих выходов. Отсутствие объекта в зоне захвата соответствует нулевому коду на входе дешифратора 26, который приводит квозникновению соответствующегоединичного значения в одном из разрядов позиционного кода на выходе При такой разрешающей способности может быть идентифицировано 2 различных значений типоразмеров, соответствующих типу и ориентации удерживаемых объектов в зоне захвата. Поскольку одновибратор 16 запускается после включения источника 5 лишь при выполнении приводом 1 захвата объекта, то до указанного момента обеспечивается неизменность кода, хранимого в регистре 27 и записанного в него при поступлении на его управлянхций вход заднего фронта импульса одновибратора 16 (фиг. 2),. Код отсутствия типоразмера поступая с выходов регистра 27 на 2 входы блока 13 и через замкнутые оператором контакты блока 13 на его 2" выходы и далее на входы элемента 14 ИЛИ, поддерживает на выходе последнего уровень логической единицы, удержиевающей токовый ключ 15 в открытом состоянии, замыкающем блок 11 питания реле 6. Перед захватом объекта обмотки электромагнитов блока 4 через нормально замкнутые контакты 7 и 8 реле 6 подключены к источнику 5 таким образом, что происходит взаимное отталкивание губок 2 магнит081 Ь 5 1206 ными полями электромагнитов блоков 3 и 4 (фиг. 1).Выполнение режима обучения устройства для захвата производится следуй щим образом, Перед захватом объект подают в зону движения руки манипулятора или иным способом. Таким образом, объект оказывается определеннымобразом сориентированным по отношению к губкам 2 в зоне захвата. При 10 сжатии губок 2 приводом 1 для их ускоренного сближения и захватаобъекта манипулирования подается напряжение от источника 5 через открытый ключ 15. Реле 6 включается и 15 переключаются его контакты, меняющие полярность питания, подаваемого на обмотки электромагнитов блоков 3 и 4, вследствие чего магнитные поляэлектромагнитов притягивают губки 2 20 со средним значением усилия захвата, определяемым кодом отсутствия типоразмера в зоне захвата в исходном состоянии Ожидания".Так, при подаче напряжения от ис .точника 5 и включении привода 1 происходит захват объекта, усилие удержания которого представляет собой сумму указанного усилия взаимодействия магнитныхполей и привода 1. 30 Следовательно, усилие удержанияобъектов может меняться при изменении интенсивности взаимодействия рассмотренных магнитных потоков,что, в свою очередь, может регулироваться соответствующим включением необходимого числа электромагнитовблоков 3 и 4. Для реализации дифференцированного, по усилию сжатия, удержания захватываемых объектов манипулирования в режиме обучения исследуется получаемый код типоразмера, правильно ориентированного в зоне захвата объекта, подлежащего Дальнейшей обработке. 45 1формирование кода типоразмера,уже присутствующего в зоне захвата объекта, производится при действии импульса с выхода одновибратора 16, вырабатывающегося в момент срабатывания привода 1 на сжатие губок 2 и подачи напряжения от источника 5 оператором или по команде внешнего устройства управления всей робототехнической системой, Сигнал с выхода одновибратора 16 поступает на вторые управляющие входы блоков 18 и 19 коммутации (фиг1), при этом каждый коммутатор блоков своими вторы -ми выходами подключает обмотки пита.ния соответствующих электромагнитовблоков 3 и 4 к входу формирователя22 блока 12 (фиг. 2). Таким образом,каждая обмотка, как катушка индуктивности с расположенным внутри нееферромагнитным полюсом, выполняетфункции нечувствительного элементаавтогенератора 23 своего формирователя 22 при ее подключении черезкоммутаторы блоков. Включенная в колебательный контур автогенератора 23 катушка индуктивности создает электромагнитное поле с частотой 200-300 кГц,и налИчие металлических объектовпод ее полюсом приводит к срывуэтой генерации за счет возникновения противодействующего электромагнитного потока вихревых токов,направленного против потока катушкииндуктивности. Срыв колебаний фиксируется детектором 24, и соответствующий сигнал с последнегопоступает на формирователь 25 импульса, вырабатывающего сигналналичия поверхности объекта в исследуемой конкретным электромагнитом точке зоне захвата, т.е. определенный разряд 2 М-разрядного двоичного кода типоразмера. Так конфигурация объекта в зависимости от егоориентации по отношению к электромагнитам блоков 3 и 4 в зоне захвата характеризуется кодом его типоразмера, показывающим соответствиетипа обрабатываемого объекта одномуиз заданных возможных, а также пра.м,вильность его положения в зоне захвата.Если в режиме обучения захвачени удерживается в нужном положенииобъект требуемого типа, то выходразряда регистра 27, содержащийединственную единицу позиционноговыходного кода дешифратора 26,замыканием вручную соответствующегоконтакта блока 13 подается на входэлемента 14 ИЛИ, единичный выходнойсигнал которого обеспечивает открытое состояние токового ключа. 15 ивключенное состояние реле 6 и в режиме работы устройства для захвата,что обеспечивает удержание в немрассматриваемого объекта в данномположении. Указанный единичный разряд позиционного кода типоразмера1206081 О 15 20 7посылается переключателем блока 13 в выходной разряд кода усилия блока 13 (фиг. 1), соответствующий тре буемой оптимальной силе сжатия иден тифицированного губками 2 объекта. При соответствующей организации шифраторов 20 и 21 старшая единицаких входных 2 -разрядных кодов приводит к возникновению выходных М-разрядных кодов с большим числом единичных разрядов, Таким образом, посылка единицы позиционного кода типоразмера объекта с разряда его типа в требуемый разряд усилия его захвата и удержания переключателями блока определяет алгоритм адаптации устройства для захвата к обрабатываемым объектам по усилию их захвата и удержанияСледовательно, требуемая адаптация к типу и ориентации захватываемых объектов обеспечивается организацией связей между входными и выходньщя разрядами блока 13, соответствующими оптимальным усилиям сжатия объекта, которые определяются индивидуальными свойствами каждого иден- тифицируемого объекта. Организация указанных связей для30всех объектов, входящих в их обрабатываемую совокупность и правильнорасполагающихся в зоне захвата,приводит к тому, что объекты, не.предназначенные для выполнения с ними каких-либо манипуляций, или35обрабатываемые объекты, расположенные в зоне захвата неправильнымобразом, вызывают появление такихкодов их типоразмеров, единичныеразряды которых не проходят черезконтакты блока 13 на вход элемента14 ИЛИ. Отсутствие на входах элемента 14 ИЛИ единичных логическихсигналов приводит к разрыву цепи вблоке 11 реле 6, его обесточиванию, 45в результате чего вновь меняетсяполярность питания обмоток электро,магнитов блоков 4, а возникающие магнитные поля отталкивают и разводятгубки 2, освобождая ненужную в данной технологической операции совокупность объектов или нужный объект, ноориентированный неправильно,Повторяя процедуру сжатия губок 2при помещении между ними последовательно всех объектов из их обрабатываемой совокупности требуемым образом,код оптимальной силы сжатия сопостав 8ляется коду типоразмера, что выражается в организации в блоке 13 соответствующих связей между регистром27 и элементом 14 ИЛИ (фиг. 1). Кодусилия, соответствующий типу и ориен-тации объекта манипулирования, индицируется индикатором 17 (фиг. 1).Так,в установлении однозначного соответствия между каждым сориентированнымобъектом из всей обрабатываемой совокупности и признаком его типа и ориентации, определяющимися типоразмером,и задании для него оптимальной силызахвата и удержания заключается проведение режима обучения захватногоприспособления,Для установления однозначного соответствия между исследуемыми объектамии их признаками режим обучения включает в себя также и выполнение этапаотбраковки, присущего всем обучающимся робототехническим устройствам.Укаэанный этап заключается в выявлении и устранении из всей рассматриваемой совокупности отличных одинот другого объектов, но не идентифицируемых отдельно данным способом,что в данном случае может быть принеустраняемом равенстве кодов типоразмеров отличных объектов манипулирования или их разных ориентаций.После выполнения режима обученияустройство для захвата переходит врежим работы, который осуществляетсяследующим образом.В состоянии "Ожидания" губки 2разведены и в старшем разряде кодатипоразмера на выходе дешифратора 26возникает единица отсутствия объекта,определяющаяся нулевыми сигналами,поступающими с выходов всех формирователей 22 из-за отсутствия объектау поверхностей соприкосновения в момент поступления переднего фронтаимпульса с одновибратора 16 навторые управляющие входы блоков 18и 19. Единица этого разряда по заднему фронту импульса одновибратора16 записывается в регистр 27 с выходадешифратора 26 и поступает на входблока 13 (фиг. 1). После действия управляющего сигнала с одновибратора 16 единица отсутствия типоразмера, сформированная без объекта в зоне захвата или при разжатых губках 2, через один из первоначально замкнутых 2" контактов блока 13 поступает на свой вход элеО 6 О 81 1 О 9 12 мента 14 ИЛИ, вызывая появление на его выходе единичного логического сигнала, переводящего токовый ключ 15 в открытое состояние, замыкающее цепь блока 11 питания реле 6.При ориентированной подаче требуемого объекта в зону захвата по команде оператора приводом 1 производится сжатие объекта губками 2 с усилием, определяемым единицей отсутствия типоразмера, а также запуск одновибратора 16. Во время действия импульса одновибратора 16, своим передним фронтом подключающего через блоки 18 и 19 все электромагниты блоков 3 и 4 как катушки индуктивности к их формирователям 22, и образуется код типоразмера захваченного объекта. Включение требуемой части электромагнитов блоков 3 .и 4 в состав, соответственно, электромагнитов блоков 3 и 4 обуславливается единицей отсутствия в разряде кода дешифратора 26, подающегося через блок 13 на входы шифраторов 20 и 21, своими выходными кодами включающих требуемые электромагниты блоков 3 и 4 (фиг. 1).После воздействия переднего импульса одновибратора 16 коммутаторы блоков 18 и 19 коммутации отключают электромагниты блоков 3 и 4 от контактов реле 6 и полюсов источника 5, соответственно при этом подключая их к своим формирователям дискретного сигнала блока 12, где и образуется код типоразмера, записывающийся в регистр 27 по заднему фронту управляющего импульса одновибратора 16 (фиг. 1). 5 10 15 20 25 30 35 40 ройству для захвата, устройства управления.Итак, в момент действия переднего фронта импульса одновибратора 16 часть электромагнитов из блоков 3 и 4 прекращают выполнять функции электромагнитов и начинают работать в качестве чувствительных элементов генераторов формирователей 22, каждый иэ которых вырабатывает значение соответствующего разряда кода типоразмера.При воздействии импульса одновибратора 16 дешифратор 26 получает и преобразует сформированный код типоразмера в позиционный код типа и ориентации, который, записываясь в регистр 27 лишь при появлении задне - го фронта рассматриваемого импульса и преобразуясь в блоке 13 в код усилия, поступает в блоки 18 и 19 коммутации к моменту окончания укаэанного импульса. Появление ненулевого кода усилия происходит только тогда, когда код типоразмера, сформированный в блоке 12, соответствует правильной ориентации объекта, предназначенного для дальнейшей обработки. В этом случае поступающий одновременно на входы шифраторов 20 и 21 указанный 2-разрядный код усилия вызывает на их выходах соответствующие требуемой силе удержания объекта Н-разрядные коды, содержащие столько единиц в своих разрядах, сколько и каких пар электромагнитов должно быть включено в состав электромагнитов блоков 3 и 4 и задействовано для обеспечения оптимального по силе удержания идентифицированного объекта.Код типоразмера с регистра 27 через контакты блока 13 после окончания действия импульса одновибратора 16 попадает на входы шифраторов 20 и 21, в которых шифруется в код, поступающий на блоки 18 и 19 коммутации в виде управляющих сигналов коммутации. При поступлении единичного сигнала на этот управляющий вход коммутаторы блоков 18 и 19 подключают соответствующие из электромагнитов блоков 3 и 4 в набор, составляющий, соответственно, электромагниты блоков 3 и 4, объединяя их обмотки питания (фиг. 1). С выхода блока 13 код индуцируется на индикаторе 17 и одновременно может быть подан на внешние, по отношению к уст 45 50 55 Таким образом устройство для захвата адаптируется по силе удержания к типу и ориентации захваченного объекта манипулирования. Так, после окончания действия импульса одновибратора 16 в состав электромагнитов блоков 3 и 4 включаются лишь те электромагниты, чьи коммутаторы из блоков 18 и 19 на своих первых управляющих входах с выходов шифраторов 20 и 21 имеют единичные логические сигналы управления. При э 1 ом электромагниты блоков 3 и 4 сжимают объект губками 2 благодаря тому,что обмотка электромагнита блока 4 подключается к источнику 5 через контакты 9 и 10, включенного ключом 1511 1206081 12реле б; .причем токовый ключ 15 удер- корректирующие действия. После выживается во включенном состоянии полнения необходимых манипуляций с соответствующей типу и ориентации объектом и освобождения от него уст- . объекта единицей на входах элемента ройство для захвата вновь переходит 14 ИЛИ (фиг. 1). 5 в исходное состояние "Ожидания".Одновременно формируемое значе- . цикл захвата, идентификации типа ние кода может быть направлено и в и ориентации, задания оптимальной устройство управления робота, исполь- силы удержания или освобождение от . зующего предлагаемое устройство для объекта манипулирования с индиказахвата, что позволяет и на указанном 1 О цией определяемых признаков повтовнешнем уровне выполнить необходимые ряется.