Манипулятор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(56) В 12 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4077677/25-0820,06,8615,11,87, Бюл. У 42И.Ф,Панасенков и Е.С.Назаров621229.72 (088.8)Авторское свидетельство СССР3243, кл. В 25 Л 18/06, 1984.(54) МАНИПУЛЯТОР (57) Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано в промышленных роботах различного назначения, манипуляторы которых включают шарнирно сочлененные звенья, Целью изобретения является повышение точности г 1 озиционирования за счет уменьшения люфтовв кинематической цепи и упрощения управления. Для этого манипулятор содержит шарнирно соединенные между собой звенья и кинематическую цепь изменения относительного положения звеньев в виде разветвленной на две параллельные ветви передачи, Каждое звено содержит две ветви кинематической передачи, составленные из двух взаимно соединен 70 б.б Ю(4 /б 1 4 В 25 3 18/06, 1/02, 9/06, 9/08 ных барабанов 8 и 9, 10 и 11. Барабаны соединены гибкими элементами 12, 13, 14 и 15, образуя гибкие передачи Каждый конец гибкого элемента жестко закреплен в устройстве натяжения гибкого элемента, расположенном на каждом барабане, Соосно барабанам 8 и 9 первой кинематической передачи установлены с возможностью вращения конические колеса 17 и 18, жестко соединенные с барабанами 8 и 9 и образующие с ними блоки, Соосно барабанам 10 и 11 второй кинематической передачи неподвижно закреплены конические колеса 19 и 20. Устрой" ство натяжения гибких элементов вы- аФ полнено в виде двух стопорных втулок, в которые вставлены концы гибких элементов. Втулки упираются своими торцами в пластины, Пластины установле- С , ны в наклонные пазы, выполненные на торцах барабанов. На наружной цилин- Б дрической образующей поверхности барабанов выполнены направляющие канавки для направления гибких элементов, 3 З.п. ф-лы 11 ил.1782 - 2подвижно закреплены конические зубчатые колеса 19 и 20,5 25 ЗО звеном таким образом, что ее свободная ось 23 соосна осям барабанов9 и 11 предьдущего звена, причем сбарабаном 11 - неподвижно, а с барабаном 9 - с возможностью вращения.Подвижное коническое колесо 17 последующего звена зацеплено с неподвижным коническим колесом 20 предыдущего звена. Подвижное коническоеколесо 18 предьдущего звена зацеплено с первым неподвижным коническимколесом 19 последующего звена,Последующие звенья соединены ана-.логично (фиг. 6),Датчики 28, 29 положения звеньевустановлены на основании 1 и соединены с рычагами 24 и 26,Устройство натяжения гибкого элемента (троса) показано на фиг.7-10.Устройство расположено на торцовыхповерхностях барабанов 8-11 и содержит две обжимные (стопорные) втулки. 30, Втулки своими торцами упираютсяв пластины 31 с отверстием под гибкий элемент, Пластины вставлены в фасонные наклонные пазы, выполненные на 1 135Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано в промьппленных роботах различного назначения, манипуляторы которых включают шарнирно сочлененные звенья,Целью изобретения является повышение точности позиционирования путем уменьшения люфтов в кинематической цепи и упрощения управления.На фиг. 1 изображен манипулятор, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1 на фиг, 3 - разрез Б-Б на фиг.2, на фиг, 4 - вид Г на фиг,2, на фиг5 - вид В на фиг. 2; на фиг,б - взаимное положение двух унифицированных звеньев; на фиг.7 - вид Ж на фиг. 3; на фиг. 8 - разрез 3-3 на фиг.7, на фиг. 9 - разрез И-И на фиг.7; на фиг. 10 - вид К на фиг. 7, на фиг. 11 - вариант исполнения манипулятора. Манипулятор содержит основание 1,на котором установлены гидроцилиндрыприводов 2 и 3 со штоками 4, 5, иисполнительный орган, состоящий изшарнирно сочлененных унифицированныхзвеньев 6 и кисти, также составленной иэ унифицированных звеньев тогоже или другого типоразмера с захватом 7, Кисть закреплена на звене спродольным перемещением.Каждое звено б содержит две ветви кинематической передачи, составленные из двух барабанов 8 и 9 (10и 11), взаимно соединенных посредством гибких элементов (тросов) 12 и13, 14 и 15 и образующих гибкие передачи. Каждый конец гибкого элемента жестко закреплен в устройстве натяжения гибкого элемента,. расположенном на барабане, Если элементы закреплены крест-накрест (фиг, 7), тобарабаны вращаются в разные стороны,т.е. гибкая передача выполнена с отрицательным передаточным отношением,если элементы закреплены параллельно(фиг, 11), то барабаны вращаются водну сторону, т.е. гибкая передачавыполнена с положительным передаточ"ным отношением,Соосно барабанам 8 и 9 первой кинематической передачи на корпусе 16установлены с возможностью вращенияконические зубчатые колеса 17 и 18,жестко соединенные с барабанами 8 и9 и образующие с ними блоки. Сооснобарабанам 10 и 11 второй кинематической передачи на корпусе 16 не 35 40 45 50 55 Каждое звено снабжено крестовиной 21 с осями 22, 23, Ось 22 крестовины 21 своими концами связана с осями барабанов 8 и 1 О, причем с ба.рабаном 10 в жест, а с барабаном 8 - с воэможностью вращения. Концы оси 23 крестовины первого звена (фиг.2) соединены со штоками 4 и 5 гидроцилиндров, причем первый шток 4 соединен с концом оси 23 крестовины непосредственно через рычаг 24, Рычаг 24закреплен на крестовине жестко, ана штоке - шарнирно (фиг,2, 5). На втором конце оси 23 установлено коническое зубчатое колесо 25, оськоторого соединена со штоком 5 через рычаг 26. Рычаг 26 соединен со штоком шарнирно а с осью конического зубчатого колеса - жестко (фиг.2,4), Коническое зубчатое колесо 25связано зацеплением с неподвижнымконическим зубчатым колесом 19, Коническое зубчатое колесо 17 соединенос коническим зубчатым колесом 27,установленным соосно с осью 23 крестовины, и неподвижно закреплено наосновании 1,Звенья сочленены между собой сразворотом относительно продольнойооси Б-Б на 90 , Крестовина 21 последующего звена соединена с предыдущимторцах барабана. На торцах барабанаимеются также направляющие канавки32, 33, а на наружной цилиндрическойповерхности барабана - две направляющие канавки 34, 35, служащие для направления гибких элементов.На торце барабана со стороны наклонных пазов имеется выступ с резьбой 36, на которую. навернута гайка37 (фиг. 8), упирающаяся в пластины 31,Гибкий элемент 13 проходит черезотверстие пластины 31 барабана 9 понаправляющей канавке 32 и выхоцит вканавку 35, затем проходит часть окружности (по часовой стрелке, фиг.7)в канавке 35 и переходит на другойбарабан 8,Гибкий элемент 12 проходит черезотверстие в другой пластине 31 барабана 9, направляющую канавку 33и выходит в направляющую канавку 34,затем проходит часть окружности (против часовой стрелки, фиг. 7) в канавке 34 и переходит на другой барабан 8.На барабане 8 концы гибких элементов 12 и 13 монтируются так же,как и в барабане 9 (в зеркальномотражении) Барабаны 8 и 9 строгосориентированы друг относительно друга, Это необходимо для соблюденияточности кинематики манипулятора, которая, в свою очередь, обеспечиваетвысокую точность работы манипуляторапри математическом способе программирования робота,Строгая ориентация барабанов достигается тем, что гибкие элементыпредварительно (до сборки) растянуты под нагрузкой, а торцы стопорныхвтулок, которыми они упираются впластины 31, подрезаны так, что гибкие элементы имеют требуемую длину,Манипулятор работает следующим образом.Посредством гибких элементов фиксируется взаимное положение барабанов. Для этого гайку 37 вручную заворачивают и перемещают вниз, Своимторцом гайка нажимает на пластины31, которые перемещаются в фасонныхнаклонных пазах барабана и, упираясьв торцы втулок 30, натягивают гибкиеэлементы 12 и 13 одновременно на одинаковую величину. При этом барабанысохраняют свою ориентацию., Манипулятор готов к работе, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 При повороте звеньев в заданное положение, например в плоскости чертежа - вверх (фиг. 2), в гидроцилиндр 2 подается рабочая жидкость под давлением, Шток 5 гидроцилиндра вьдвигается и поворачивает рычаг 26 и коническое колесо 25 по часовой стрелке (если смотреть по стрелке В), так как они жестко соединены. Коническое колесо 25 поворачивает коничекое колесо 19 против часовой стрелки, Поскольку коническое колесо 19.жестко соединено с корпуссм 16 предьдущего звена 1, то оно поворачивается относительно основания вокруг оси 22 вверх. При повороте звена движение через гибкие элементы 13 и 14 передается на барабан 11, так как барабан 10 соединен с крестовиной 21 и остается неподвижным относительно основания 1. Барабан 11 поворачивается против часовой стрелки. Барабан 11 жестко соединен с крестовиной 21 последующего звена, поэтому крестовина 21 этого звена поворачивается относительно предыдущего звена против часовой стрелки, Крестовина 21 поворачивает указанное звено относительно предьдущего звена вверх вокруг оси 23. Если передаточное число на барабанах равно единице, то последующее звено повернется вверх относительно предыдущего звена на тот же угол, что и предьдущее (первое) звено относительно основания 1. Таким образом, второе звено манипулятора повернется относительно основания 1 на двойной угол, При повороте второго звена относительно первого вверх коническое колесо 17 второго звена, находящееся в зацеплении с ко- ническим колесом 20 первого звена, начинает поворачиваться (обкатываться по коническому колесу 20) против часовой стрелки благодаря тому, что коническое колесо 20 неподвижно соединено с первым звеном. Соответственно, поворачивается против часовой стрелки и барабан 8 второго звена, который жестко соединен с коническим колесом 17.Далее движение передается через гибкие элементы 12 и 13 второго звена на барабан 9. Барабан 9 второго звена вместе с коническим колесом 18 (они жестко соединены) поворачивается по часовой стрелке относительно этого звена вокруг оси 23. Кони51782 40 45 50 55 5 13ческое колесо 18 этого звена находится в зацеплении с коническим колесом 19 следующего, третьего, звенаи поворачивает его против часовойстрелки, так как коническое колесо19 жестко соединено с третьим звеном,то это звено поворачивается относительно второго звена вверх вокругоси 22. Если передаточное число набарабанах равно единице, то третьезвено повернется вверх относительновторого звена на тот же угол, чтои второе звено относительно первого,Таким образом, третье звено повернется относительно основания 1 натройной угол. На следующие звеньядвижение передается аналогично. Таким образом, если манипулятор (рукаробота) составлена из п подвижныхзвеньев, то последнее звено повернется относительно неподвижного звена на угол п, где Ы - угол поворотапервого подвижного звена относительно неподвижного,Поворот звеньев в заданное положение (в плоскости чертежа - вниз)осуществляется аналогично меняетсятолько направление вращения,При повороте звеньев в заданное,положение в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа (вверх),манипулятор работает следующим образом.В гидроцилиндр 3 подается рабочаяжидкость под давлением, шток 4 гидроцилиндра втягивается и поворачивает рычаг 24 и крестовину 21 звена 1против часовой стрелки (если смотреть .по стрелке В), так как ойи жестко соединены, Крестовина 21 поворачивает звено 1 относительно основания 1 вокруг оси 23 вверх в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа, Так как звено 1 поворачиваетсяотносительно основания 1 вокруг оси23, то коническое колесо 17 звена 1поворачивается (обкатывается) относительно звена 1 против часовойстрелки благодаря тому, что коническое колесо 17 находится в зацеплении с коническим колесом 27, которое неподвижно закреплено на основании 1.Барабан 8 звена 1 также поворачивается против часовой стрелки, таккак барабан 8 жестко соединен с коническим колесом 17.Движение через гибкие элементы 12и 13 звена 1 передается на барабан 5 10 15 20 25 30 35 9, который вместе с коническим колесом 18 поворачивается по часовойстрелке (барабан 9 и коническое колесо 18 соединены жестко). Коническое колесо 18 звена 1 находится взацеплении с коническим колесом 19звена 11 и поворачивает его противчасовой стрелки (по стрелке В). Таккак зубчатое колесо 19 неподвижносоединено со звеном 11, то звено 1 Еповорачивается относительно звена 1вокруг оси 22 вверх в плоскости,перпендикулярной плЬскости чертежа(Фиг. 2), Если передаточное числоравно единице, то последующее звеноповернется относительно предыдущегозвена на тот же угол, что и предыдущее звено повернулось относительнооснования 1. Таким образом, звено 11повернется относительно основания 1на двойной угол, Так как звено 11поворачивается относительно звена 1вокруг оси 22 вверх, то движение через гибкие элементы 14 и 15 звена11 передается на барабан 11, так какбарабан 10 жестко соединен с крестовиной 21 и остается неподвижным относительно звена 1. Барабан 11 вместес крестовиной 21 звена Е 11 (барабан11 и крестовина 21 соединены жестко)поворачивается против часовой стрелки. Крестовина 21 звена 111 поворачивает звено 111 относительно звена 11 вверх вокруг оси 23 в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа,Если передаточное число равноединице, то третье звено повернетсявверх относительно второго звена натот же угол, что и второе звено повернулось относительно первого звена,Таким образом, третье звено повернется относительно основания 1 на тройной угол. На следующие звенья движение передается аналогично,Поворот звеньев в заданное положение в плоскости, перпендикулярнойплоскости чертежа, осуществляетсяаналогично, меняется только направление вращения.При необходимости поворота последнего звена в плоскости, размещенной к плоскости чертежа под уголом, не равным 90 , штоки приводов2 и 3 выдвигаются или втягиваютсяодновременно, При этом подвижныезвенья одновременно поворачиваютсявокруг своих шарнирных осей 22 и 23,7 1351Датчики 28 и 29 положения звеньев соединены с рычагами 26 и 24 и снимают информацию о положении звеньев манипулятора. При повороте звеньев на заданныи угол сигнал с датчиковч5 поступает в систему управления роботом. Система управления подает сигнал на приводы 2 и 3 и они останавливаются.На фиг. 11 изображен вариант манипулятора с креплением гибких элементов, при котором барабаны повора-. чиваются в одну сторону. В этом случае конфигурация руки при работе иная, чем в варианте, описанном выше. Формула изобретения 1, Манипулятор, содержащий шарнир О но соединенные между собой звенья и кинематическую цепь привода изменения относительного положения звеньев в виде разветвленной на две параллельные ветви передачи, включающие в себя блоки с коническими зубчатыми колесами и конические зубчатые колеса, жестко связанные каждое с соответствующим звеном и входящие в зацепление с коническим зубчатым колесом соответствующего блока, оси блоков совпадают с осями шарнирного соединения звеньев между собой, о т л ич а ю щ и й с я тем,.что, с целью повышения точности позиционирования 782 8за счет уменьшения люфтов в кинематической цепи и упрощения управления,блоки снабжены барабанами, установленными соосно с коническими зубчатыми колесами блока и жестко связанными с последними, при этом каждая парабарабанов соединена между собой двумя гибкими элементами, образуя гибкую передачу, а концы гибких элементов закреплены на соответствующихбарабанах посредством устройств натяжения гибких элементов.2. Манипулятор по п. 1, о т л и -ч а,ю щ и й с я тем, что гибкая передача выполнена с положительным передаточным отношением.3. Манипулятор по п. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что гибкаяпередача выполнена с отрицательнымпередаточным отношением,4, Манипулятор по п. 1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что устройство натяжения гибкого элемента выполнено в виде пластины с отверстием под гибкий элемент и отжимной втулки, упирающейся в пластину, при этом на торцовой поверхности барабана выполнен фасонный наклонный паз, в котором с возможностью перемещения установлены пластина и обжимная втулка, причем на торцовой и образующей поверхностях барабана выполнены направляющие канавки.ректор А.Обру П ака сно омитета СССРоткрытий 4/5 кая на Ужгород, ул,оизводственно-полиграфическое предприят 5525/13 ВНИИПИ Го по дела 113035, Мос