Манипулятор

СОК)Э СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 18257 сиз В 2 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К 10, 12 и выходным Первое звено связ нее - с захватом 1 яния двух соседн выполнены раэлич нии центров выхо звеньев смещены вого звена на рас длина первого зве на второго звена и ное отношение вхо звена первой пары + Ь, 4 з.п. ф-лы, 9 ОО ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(71) Казанский авиационный институт им.А.Н,Туполева(56) Авторское свидетельство СССР(57) Использование: машиностроение, вконструкциях манипуляторов. Сущностьизобретения; манипулятор содержит многозвенный исполнительный орган. звенья которого кинематически связаны между собойи с основанием и снабжены входными 6, 8,и 7, 9, 11, 13 редукторами, ано с приводом, э послед, Межцентровые расстоих звеньев каждой пары ной длины. При этом лидного вала каждой пары от центра вращения перстояние с - а - Ь, где э - на пэры звеньев; Ь - длиары, при этом передаточдного редуктора первого рэвноО= л /эгссоя(с/аИзобретение относится к области машинсс;рсания и может быть использовано для механизации подъемно-транспортных и других технологических операций,.ель изобретения - расширение технолог -.с.их воз," ожностей путем смещения плес;:Ост. Орсмещения центра захвата от ценгрз крапле;ия оедущего звена,Укз зая цель достигается тем, что мегкссее расстояния двух соседних зо н со кз.",дсй пары выполнены неравныли, ;л центров выходного вала второго зс..;здсй пары звеньев смещена от центра вращения первого звена на расстоянии с = а - ), где а - длина первого звена пары зое;ьсо, Ь - длина второго звена пары, передаточное отношение входного редуктора первого зоелз первой пары равно7 г.) лхагссоз(-. - +-)входной гзл входного редуктора второй и :Оследуощлх пзр звеньев соединен с корпусе", выходного редуктора предыдущей пзр.; корпус входного вала редуктора второй и гОследующих пар звеньев соединен с оыхсдныл ослом выходного редуктора про;,ыдущай пары,":.:.",к) повышения точности перемеге 1; ыхсднсго звена, количество пар зоа; :, рз; о двум, вращение второго звена, :,р. гротпосположнс вращению льхсд: О; О звана пероол чары,;Ош рссгн длин звеньев каждой;зры их сулле Определяется отношением:з - Ь,т-. - .,Из+Ь кгде К - целсс число и может быть равным 3, 4, 5 и т д, и определяет плоскую равносторонню;О фигуру, оп,сыоаемую центром выходного озлз выходного редуктора, с кольи 1 сс. оом сторон равным К..)ношение разности длин звеньев к их с. 1 ле -. р делясгся отношениемз ) .т,зЧЬк при зтсл центр оыхсднс 0 озлд выходного редуктора Описывает звездообразную фигуру с м, ;и;лзльньм лучом раьным разности длин зоеьео и с максимальным лучом равным сумма длин звеньев и с количеством максимальных лучей равным К.Отношение разности длин звеньев к их сумме определяется отношением;а - Ь л--СОЗЯа+Ь к при зтсл центр выходного вала выходного радукторз опсывзет многоугольную фигуру с коичс.тосм улсо 2 К, з чередусщиесч 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 минимальные и максимальные расстоянияот центра вращения первого звена до вершин углов соответственно равны разности исумме длин звеньев.Технологические возможности манипулятора расширяются за счет возможностикрепления манипулятора к стенам или потолку путел выполнения различной длиныэьеньев каждой пары, что ведет к смещениюлинии центров выходного вала второго звона каждой пары зг.еньев от центра вращения первого зоена на расстояние с = а - Ь,где а - длина первого звена пары звеньев, Ь- длина второго звена пары, передаточногоотношения входного редуктора первого звена первой пары, которое равноЛ1 згссоз( + ;)входного взлз входного редуктора второй ипоследуощих пар зоеньев соединенного скорпусом выходного редуктора предыдущей пары, а также корпуса входного валаредуктора второй и последующих пар звеньев соединенного с выходным валом выходного редуктора предыдущей пары.Пооышенле точности перемещения выходного звена достигается тем, что количество пар звеньев кратно двум, вращениевторого звена второй пары противоположновращениО выходного звена первой пары.При этом отклонение центра выходного вала выходного редуктора первой пары от прямой линии - 1 олсительно, оторой пары -отрицательно по з,зку. В результате суммзрое отклонение центра выходного валавыходого редуктора второго звена второйгары равно нулю (без учета погрешностейзз счет лофтоо, з также технологическихпогрешностей),Технологические воэможности манипулятора рзсш ряются за счет отношения разности длин звеньев к их сумме, как= сов( - ),где К - целое число и может быть равным 3,4, 5 и т,д, При зтсгл центр выходного валавыходного редуктора описывает плоскуюрзвнсстсрон н ою фигуру с количеством стороны равным К,Технологические возможности манипулятора расширяются за счет отношения разности длин звеньев к их сумме равнойа - Ь к,-- СО (-а+ЬПри этол центр выходного вала выходного редуктора описывает звездообразнуюфигуру с минимальным лучом равным Разности длн злсньев и с максимальным лучом45 50 55 равным сумме длин звеньев и с количеством максимальных лучей равным К.Технологические возможности расширяются за счет отношения разности длин звеньев к их сумме, равной+, )соз( - )При этом центр выходного вала выходного редуктора описывает многоугольную фигуру с количеством углов 2 К, а чередующиеся минимальные и максимальные расстояния от центра вращения первого звена до вершин углов соответственно равны разности и сумме длин звеньев.В результате проведенного анализа технических решений с подобной совокупностью существенных признаков не обнаружено.На фиг.1 изображена кинематическая схема манипулятора; на фиг,2 соединение пар звеньев между собой, на фиг.З - кинематическая схема манипулятора с выходным звеном, вращающимся к другую сторону; на фиг,4 - траектория движения центра выходного звена при К " 3; на фиг,5 - траектория движения центра выходного звена при К - 4; на фиг,6 - траектория движения центра выходного звена при К = 4 и а - Ь+соз ); на фиг,7 - траектория двиажения центра выходного звена при К = 5 и а - Ьа+Ь к"соз(5, на фиг.8 - траектории движеа - Ь ния спектра выходного звена приа+Ьх а - Ь л.а - Ь л, соа (-у; - + - с соа - ) соа( - ); аа фиг.9 - траектория движения центра выходного звена при К - 3а - Ь Ла+ Ь "(к)Манипулятор представляет собой многозввнный исполнительный орган (фиг.1) звенья 1, 2, 3 и 4 которого кинематически связаны между собой и с основанием 5, Звенья 1, 2, 3 и 4 имеют входные 6, 8, 10. 12 и выходные 7, 9, 11, 13 редукторы, При этом корпус 6 первого звена 1 связан с приводом, выходной вал редуктора 13 последнего звена 4 - с захватом 14. Входной вал входного . редуктора 6 первого звена 1 жестко соединен с основанием 5, редуктора 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 всех звеньев 1,2, 3,4 кинематической цепи имеют передачи точное отношение равное единице, межосевые расстоянии АВ и ВС (СО и ОЕ) двух соседних звеньев 1 и 2 (2 и 3) каждой пары 1-2 и 3-4 выполнены не равными. Линия центров выходного вала второго звена 2 и 4 каждой пары звеньев 5 10 15 20 25 30 35 40 смещена от центра вращения Л и Г первогозвена на расстояние с 1" а 1 - Ь 1(а 1- АВ; Ь 1= ВС) и с 2 д 2 Ь 2 (а 2- СО; Ь 2- ОЕ),Передаточное отношение входного редуктора 6 первого звена 1 первой пары 1 и 2Лравно:О, -а Гссо 3( - )Входной вал 15 (фиг,2) входного редуктора 10 второй пары 3 и 4 соединен с корпусом выходного редуктора 9 предыдущейпары 1 и 2, а корпус входного редуктора 10второй пары 3 и 4 соединен с выходнымвалом 16 выходного редуктора 9 предыдущей пары 1 и 2,Количество пар звеньев 1-2 и 3 -4 равнодвум (фиг.З). Вращение второго звена 4 второй пары 3 - 4 противоположно вращениювыходного звена 2 первой пары 1-2. Этоможет быть выполнено эа счет вертикального расположения входного редуктора 12 посравнению с входным редуктором 8 выходного звена 2 или зеркальным расположением угла наклона зубьев выходногоредуктора 11 первого звена 3 второй пары изубьев входного редуктора 12 второго звена4 второй пары 3 - 4,Отношение разности длин звеньев каждой пары к их сумме равно отношениюа - Ь ла+Ь(фиг.4) равностороннюю треугольную фигуру при полном обороте звена 1.При К -4 центр выходного звена описывает (фиг.5) квадрат. Отношение разностидлин звеньев каждой пары к их сумме определено из соотношенияа - Ь-соз(=)а+Ь ка - Ь ,ТгПри Киа+Ьсоз(-) центроввыходного звена описывает (фиг,6) эвездообразную фигуру с 4 большими лучами равными а+ Ь и малыми лучами равными а. Ь,а - Ь ЛПри К=5 исоз( - ) центр выходногоа +Ь к звена описывает (фиг.7) звездообразную фигуру с 5 большими лучами.а - Ь,лПри К-Зиа+Ь ксоз - ) центр выходного звена описывает многоугольную фигуру (фиг,9) с количеством углов 6, а чередующиеся минимальные и максимальные расстояния от центра вращения первого звена до вершин углов соответственно равны разности и сумме длин звеньев.55 Манипулятор работает следующим образом,При вращении корпуса 6 эеена 1 от привода в";:.Омов колесо входного. редуктора 6 звена 1 вращается за счет планетарного движе:.".я, За счет передаточного отношения редук.ора б, равногоЛ,агссоз( -- -)1Цент"выходного звена 2 будет двигаться;.О пр мой на расстоянии с 1 а 1 - Ь 1 от центов Л крепления входного редуктора 6. Передаточное Отношение редуктора 6 оп- ределяетЫ из условия, что в крайнем положении звенья 1 и 2(линии АВ и ВС) вытянуты и ндходятсР ча ОднОЙ прямоЙ (фиг.8):ЛОьх -сагссоз(+т)1 При этомф Л АссО,х = - ; = - ,; р 1 =- агссозР Р 1Ас,а - Ь с=-. агссоз - , = агссоза+Ь а+ЬПри отношении разности длин звеньев к ихсумме+ . =- соз(-),где К - целое число 3, 4, 5 и т.д, Центр Сописывае. плоскую равностороннюю фигуру с количеством сторон К, При этомл а - Ьсоз( - "1 = -- = СОЯР 1,к а+0Следовательно, при К = 3ф 1 = - = = 60 . Т.е.Д;аА;2= 60, а длял 180 - с ок ксоседних вытянутых положений звеньевугол С 1 АС 2 равен 120 О, отсюда описываемаяцентром выходного звена выходного редуктора фигура является треугольником (фиг,4).При К = 4 р 1 = 45 О, угол между соседними вытянутыми положениями С 1 АС 2 равен90, а фи;ура, описываемая центром выходного звена - квадоат (фиг,5).При отношении разности длин звеньева - Ьк их сумме + Ьсоз( - ) центр выходногозвена С описывает звездообразную фигурус минимальным лучом равным разностидлин звеньев и с максимальным лучом равным их сумме длин звеньев и с количествоммаксимальных лучей равным К.В этом случае имеем:а - Ь л, а - ЬЬ ( соз(-); +созр 1.Л том случае Овх =агссоь(-) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 При К - 3 угол между двумя соседнимивытянутыми положениями С 1 АС 2 равен 120( р 1 - 60). Но в сложенном состоянии точкаа - ЬСО(фиг.8) будет в положении Со (т,к,с соз р 1).а - ЬТаким образом при +Ь соз - )а +Ь кцентр выходного звена С опишет звездообразную фигуру с минимальным лучом, равным разности длин звеньев, имаксимальным лучом, равным их сумме,и сколичеством максимальных лучей. равным К.При отношении разности длин звеньевк их сумме) соз( в )центр выходного звена С описывает многоугольную фигуру с количеством углов 2 К и счередующимися минимальными и максимальными расстояния от центра вращенияпервого звена до вершин углов, равнымисоответственно разности и сумме длинзвеньев. В этом случае точка С (Со на фиг.8)займет положение по другую сторону прямой С 1-С 2, В этом случае центр шарниравторого звена опишет многоугольник(фиг,9)с количеством углов 2 К и с минимальнымрасстоянием до К вершин, равным разностисторон а - Ь, и с максимальным расстояниемдо К вершин, равным сумме сторон а+ Ь.Пример конкретного исполнения.Манипулятор и 1 еет параметры С " 4000мм, В .=- 500 мм. Вхсдное звено имеет длинуа = С+ В = 4500 мм, Передаточное отношение входного редуктора Ох = л/агссоз4000 4 8825000Числа зубьев входного редуктора первого звена могут быть равны: 22 " 8, 2139,0562; 22 10, 21" 48,82; 2.2 12, 21 58,58Выбираем 21 = 39, 22 = 8, при этом Овх"-4,875,Максимальный угол поворота первогозвена определим иэ формулыф гпах = агссоз( ) - 36,8699 .а +ЬВ зависимости от угла поворота ведущего звена Р отклонение линии центров выходного звена от прямой линии будутпринимать следующие значения: А 5 10 15 20 Л 11,193 41,693 82,632 120,4 Максимальное отклонение траекториидвижения выходного звена от прямой линиибудет колебаться в пределах от 0 до 140 мм,140 100что составляет 4 = 3,5 от С = 4000мм.Предлагаемый манипулятор имеет бо лее расширенные технологические возможности, так как за счет смещения плоскости движения центра выходного звена иэ зоны крепления шарнира первого звена крупногабаритные объекты манипулирования на ходятся в стороне от этой эоны и их размеры не ограничиваются узлом крепления,Формула изобретения1, Манипулятор, содержащий многозвенный исполнительный орган, звенья ко торого кинематически связаны между собой и с основанием и снабжены входным и выходным редукторами, причем первое звено связано с приводом, а последнее - с захватом, при этом редукторы звеньев кинемати ческой цепи выполнены с передаточным отношением, равным 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения технологических воэможностей, межцентровые расстояния двух соседних звеньев каждой 25 пары выполнены различной длины, а линии центров выходного вала каждой пары звеньев смещены от центра вращения первого звена на расстояние с - а - Ь, где а -длина первого звена пары звеньев, Ь - длина второго звена пары, при этом передаточное отношение входного редуктора первогозвена первой пары равноЛОвха гссоз(- - -)2. Манипулятор по п,1. о т л и ч а ю щ и йс я тем. что, с целью повышения точностиперемещения выходного звена, количествопар звеньев кратнодвум, а вращение второго звена второй пары противоположно вращению выходного звена первой пары.3, Манипулятор поп.1,отл ича ю щи йс я тем, что длины звеньев каждой парыа - Ь лвыбираются иэ соотношения + Ь = сов( - ),а+Ьгде К - целое число 3,4. Манипулятор по п.1, отл и ч а ю щи йс я тем, что длины звеньев каждой парыа - Ьвыбираются иэ соотношения + Ьсов( - ).а +Ь5. Манипулятор поп,1,отл ича ющи йс я тем, что длины звеньев каждой парыа - Ьвыбираются иэ соотношения + ЬсовК,а+Ьиг 9 Составитель В. ПеченкинТехред М,Моргентал Корректор Л. Пилипенко едактор Заказ 2302 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,ина, 10