Рука манипулятора с программным управлением

"ГОСУДАРСТВЕН ЮЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССРЬВ 570482; кл, В 25 ) 9/ОО, 1977.(57) Использование: в конструкциях манипуляторов, Сущность изобретения; приводы звеньев манипулятора выполнены прово; лочнйми из одного и того же материала с памятью;формы, Проволочные приводы соединены.в последовательную электрическую цепь, подключенную к,источнику. . питания. Площадь сечения проволоки каж- М- дого привода соответствует порядку егосрабатцванйя, 9 ил., Изобретение относится к. робототехни- фиг. 8- то же в промежуточном положении;ке; а.конкретно к конструкциям рук манипу- нафиг, 9 - . то же в конечном положении.ляторов, предназначенных для несложногоРуха манипулятора с программным уп- .перемещения грузов в пространстве равлением содержит звенья 1,2. 3, последоЦелью. изобретения является устране-. вательно соединенные цилиндрическиминие этогонедостатка, т.е. повышейие на- шарнйрами 4, в которых установлены ролидежностй путем упрощения конструкции, ки 5 (фиг, 1), Через каждый ролик 5 с внеш На фиг, 1 показан общий.вид руки мани- ней стороны каждой пары смежных звеньевпуляторас программным управлением с 1:и 2, 2 и.3 переброшены проволочные пришарнирно связанными звеньями в исход- воды 6 и 7 из одного и того же материала с.ном положении; на фиг. 2 - вид по стрелке ЭПФ, например никелида титана, причем А на Фиг. 1 (вид сверху); на фиг. 3 - принци- площадь поперечного сечения 31 проволокипиальная -электрическая схема соединения привода 6 больше площади поперечного се. приводов руки манипулятора; на фиг, 4 - 1,чения 32 проволоки привода 7. Приводы об- .файф график зависимости отнешения изменения работаны на "память" таким образом, чтобы ОЭ температур приводов при нагреве от отно- при нагреве выше температуры формоизме шения площадей поперечного сечения их нения ихдлины уменьшались. Концы 8 и 9, (Л проволок (без учета поправок на теплооб-: 10 и 11 приводов 6 и 7 закреплены на звень мен с окружающей средой); на фиг. 5 - ях 1 и 2,2 и 3 соответственно через электро- О общий вид руки манипулятора с шарнирно теплоизолирующие прокладки 12, причеь связанными звеньями в промежуточном концы 9 и 10 соединены электропроводной положении; на фиг. 6- общий вид руки ма- перемычкой 13, а концы 8 и 11- электропро нипулятрра с шарнирно связанными. звень- ., водом 14 и выключателем 15 с электроакку.ями в конечном положении; на фиг. 7 -мулятором 16,Провод 14 выполненначасти общий вид руки манипулятора с программ- своей длйны в виде мягкой винтовой спираным управлением С телескопически связан- ли. Звено 1 закреплено на основании 17, а ными звеНьями в исходном положении; на на звене 3 расположен захват 18 для груза,1815207 Шарнирное соединение звеньев 1 и 2, 2 и. 3 выполнено в следующем аиде (фиг. 2), Проушины 19 и 20 звейьев 2 и 3, например, посаженй на общую ось 21, оканчивающуюся с,одной стороны. роликом 5, а на другую 5 сторону которой надета шайба 22, эафикси, рованнав штифтом 23.Работает рука манипулятора следующим образом, При замыкании контактов выключателя 15 электрйческий ток от аккумулятора 16 по проводу 14 начнет поступать к приводам 6 и 7, вызывая их нагрев.Сила тока, проходящего через последова.- . тельно соединенные с аккумулятором 16приводы 6 и 7, будет одинакова (фиг. 3), но более толстая проволока привода 6 будет оказывать ему меньшее сопротивление на едийицудлины, чем болеетонкая проволока привода 7 К тому же более толстая проволока имеет на едииицудлины большую массу, чем тонкая, Поэтому привод 6 будет греться медленнее привода 7;Из.электротехники известно, что нагревпроводника электротоком можно описать в виде (без учета теплообмена с окружающей средой) ЯР 1 С 1 ЬТ Рпц 51 С 1 6:р 1 г(12) 40 Ълг 8 СгИзформулы(12) следует, что увеличениетемпературы ЬТ за некоторое время будет больше у того проводника, который имеет 45 меньшую площадь поперечного сечения,.Отношение увеличения температур последовательно соединенных проводников за некоторое время при нагреве зависит только от их площадей поперечного сечения и не 50 зависит от их длин. Это позволяет подбирать длины приводов независимоот требуемого порядка движения звеньев, а только из условий обеспечения необходимого рабочего хода приводов, что упрощает проек- . 55 тирование устройства, (Известно, что.привод из материала с ЭПФ, может при срабатывании изменять свои размеры только в определенных пределах, которые определяются характеристиками материала, Напри,4 2) ктри ЧЕ 1 И М= Рпл 3 3 г(5) где- сида тока, и роходящего через проводник;Й. - его эаектрическое сопротивление; с - время нагрева;М - масса проводникаС - его удельная теплоемкость;ЬТ - изменение его температуры за вре:мя нагрева.Для проволочного проводника де р- коэффициент удельного злекого сопротивления проводника;- длина проводника; 8 - площадь его пойеречного се е рлл- плотностьматериала проводника. Подставляя формулы (2) и (3) в (1), имеем Для двух любых проводников где индекс "1" относится к произвольно выбранному первому проводнику (приводу 6 на фиг. 1 или с номером а),индекс "2" относится к другому проводнику (приводу 7 на фиг. 1 или с номером и),Для последовательно соединенных про- водников включенных в единую цепь ЬТ 1 Рл 1 31 С 1 Зг, ЗТг Ц %мер, проволока из никелида титана может при формоизменении изменять свою длину не более, чем на 68. Поэтому длину проволоки подбирают из условия, чтобы величина рабочего хода привода находилась в пределах изменения ее длины при формоизменении.). На принципиальной электрической схеме соединения приводов (фиг, 3) привод 6 обозначен Е К 1 (как нагревательное устрой. ство с активным сопротивлением), привод 7 обозначен ЕК 2, выключатель 15 - 31, аккумулятор 16 - 681.На фиг. 4 показан график зависимостиотношения изменения температурЛт 1- -- . приводов при нагреве от отношения сь Т 2площадей поперечного сечения их проволок -:, построенный по формуле;(12). Из31,Ггнего видно, что, если, например, площадь .поперечното сечения проволоки привода 6 будет в 1,5 раза больше площади поперечного сечения проволоки привода 7 ( - = 1,5), отношение изменения8182температур при нагреве будет равно: с температуре +20 С до температуры срабатывания+100 .С (на 100-20=80 О С), то привод 6 за это же время нагреется только заЬТ 1 = ЬТ 20,44=80 0,44=.35,2 С, т.едо 20+35,2=55,2 О С,Поэтому привод 7 раньше привода 6 достигнет одинаковой для обоих приводов температуры формоизменения .и сначала повернет звено 3 относительно звена 2 (по стрелке Б фиг. 5), преодолевая естественное сопротивление трения в шарнире 4, э затем привод 6 повернет звено 2 (вместе с звеном 3) относительно звена 1 (по стрелке В на фиг. 6), Другими словами, когда привод 7, . срабатывая, повернет звено 3 относительно звена. 2, приводу.6 еще предстоит греться с, .+55,2 С до+100 О С, ЕслйеГо нагрев от т+2 ОО С до+55,2 С произошел в течение 1 мин, то на нагрев с+55,2 С до+100 С будет затрачено100 - 55;2 44;8,552 - 20 352Т.е, звенья 3 и 2 (совместно) повернутся приводом 6 вокруг звена 1 через 1,25 мин после поворота звена 3 вокруг звена 2 приводом 7. Таким образом произойдет программное движение звеньев руки манипулятора. Если звенья сложены "гармошкой" (фиг.1) и внешнее звено (фиг, 5) должно повернуться раньше внутреннего (фиг. 6), то заявляемая конструкция содержит в себе5 дополнительно следующее преимущество:момент сопротивления вращению звена 3будет.меньше момента сопротивления вращению звеньев 3 и 2 в совокупности вследствие его меньшей инерционности,10 например, т,е. при одинаковом диаметрероликов 5(что выгодно технологически) проволока привода 7 звена 3 может быть тоньше проволоки привода 6 звена 2 (меньшейпо тяговому усилию), В то же время более15 тонкая проволока привода 7 обеспечит звену 3 более раннее разворачивание, чем более толстая проволока привода 6 звену 2.Таким образом. требуемые тяговые характеристики руки манипулятора будут автомати 20 чески обеспечены заявляемымсоотношением параметров (площадей поперечного сечения проволок) приводов, т.е, еекинематическими характеристиками, что упростит проектирование устройства,25 Звенья руки манипулятора могут бытьсвязаны друг с другом не только шарнирно,но и любым другим образом, например телескопически. Пример такой конструкциипоказан на фиг, 7, 8, 9. В отличие от пред 30 ыдущей, на этой руке манипулятора звеньясоединены между собой возвратными пружинами; позволяющими использовать еемногократно без вмешательства человекаили внешних устройств (для возврата в ис 35 ходное положение),Рука манипулятора содержит телескопически соединенные звенья 1, 2, 3 (фиг, 7).Смежные звенья 1 и 2, 2 и 3 связаны междусобой проволочными приводами 6 и 7 соот 40 ветственно в виде винтовой цилиндрической спирали из одного и того же материалас ЭПФ. причем площадь поперечного сечения 31 проволоки привода 6 больше пЛощади поперечного сечения Яг проволоки45 привода 7. Привод обработаны на "память"таким образом, чтобы при нагреве вышетемпературы формоиэменения длины спиралей увеличивались, Концы 8 и 9, 10 и 11приводов 6 и 7 закреплены на звеньях 1 и 2,50 2 и 3 соответственно через электротеплоизолирующие прокладки 12, причем концы 9и 10 соединены электропроводной перемычкой 13, а концы 8 и 11 - электропроводом 14 и выключателем 15 с55 злектроаккумулятором 16. Провод 14 выполнен на части своей длины в виде мягкойвинтовой спирали. Звено 3 закреплено на,основании 17, а на звене 1 расположен захват 18 для груза.. Звено 2 выполнено двухрожковой Г-образной формы; В полость 24 его первого рожка вставлено звено 1, соединенное с ним посредством пружины растяжения 25.Второй рожок звена 2 вставлен в полость 26 звена 3 и соединен с ним через пружину растяжения 27., При эамйкании контактов выключателя15 электрйческий ток от аккумулятора 16 по проводу 14 начнетпоступать к приводам 6 и 7; аызмваа их нагрев, Привод 7 вследствиемейъаей площади поперечного сечения.проволоки нагреетея до. температуры фор мойзменейия:и сработает быстрее привода6, Поэтому сначала звено 2 выдвинется из звена 3-(йо стрелке Г на фиг, 8), а затем ., звено 1 выдвинется из звена 2 (по стрелке Дна фиг. 9). Захват. 18 опишет Г-образную траекторию,При Отключении питайия от приводов.6и 7 пасредетвом. выключателя 15 и естествейногоохлаждения их до:начальной температуры звенья 1-и 2 втянутся в звенья 2 и 3 под действием пружин 25 и 27:. Рука. манипулятора воэвратится.в исходное- положение (фиг. 7). (При втягивании звеньев 1 и 2 в звенья 2 и 3 пружины 25.и 27 будут преодолевать сопротивление движению холодных приводов 6.и 7. Но, так как это сопротивле-.,приводы при срабатывании при нагреве,.то становится возможным циклическое движе ние звеньев руки: приводы при нагреве выдвигают звенья, преодолевая меньшее по усилию сопротивление пружин; при охлаждении. приводов их усилие становится меньщим усилия пружин.и те перемещают их в исходное положение;)Из приведенного описания конструкции.и работы устройства видно, что цель изобретения - повышение надежности руко манипулятора путем упрощения конструк ции достигается, Выполнение проволочнь приводов звеньев с разной площадью попе 5 речного сечения и включение их последовлтельно в электрическую цепь позволяе 1 нагревать приводы до температуры срабатывания с разной скоростью, и, соответственно разворачивать звенья в необходимой 10 последовательности, .отказавшись, такимобразом, от специального блока управления и упростив этим конструкцию. Длина проволоки приводов не влияет на эту последовательность. разворачивания (перемещения) 15 звеньев, что позволяет выполнять приводытребуемой величины рабочего хода без нарушения кинематических характеристик устройства.Таким образом, предлагаемое техниче ское решение, в конечном итоге, позволитповысить надежность руки манипулятора, сйизить ее стоимость. Формула изобретения 25Рука манипулятора с программным управлением, содержащая по крайней мере три подвижных звена и приводы звеньев, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью 30 упрощения, приводы выполнены проволочными из одного и того же материала с памятью формы с одинаковой температурой формоизменения и закреплены на соответствующих смежных звеньях, при этом про волочные приводы соединены между собойв последовательную электрическую цепь, подключенную к источнику питания, причем площадь поперечного сечения проволоки каждого привода соответствует его порядку 40 срабатывания1815207 Составитель А,Трофименкокая Техред М.Моргента ректор П.Гереши Редактор Г,Бе Кор тельский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 Производственно Заказ 1615 . Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035,.Москва, Ж, Раушская наб 4/5