Манипулятор
Иллюстрации
Реферат
1. МАНИПУЛЯТОР, содержащий шарнирно установленную на поворотной платформе руку, выполненную в виде двух вертикальных и одного горизонтального звеньев, имеющих приводы ориентации схвата , а также расположенные на поворотной платформе приводы звеньев руки, включающие волновые редукторы и датчики положения , отличающийся тем, что, с целью повышения точности позиционирования и улучшения динамических характеристик, каждый из приводов звеньев руки выполнен в виде кривошипно-шатунного механизма с Г-образными двуплечими кривошипами, одно плечо которых соединено с дополнительно введенной ураавновешивающей пружиной двустороннего действия, а другое - с шатуном, причем шатуны привода ориентации схвата связаны со своими кривошипами посредством дополнительно введенных упругих элементов. 2. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем. что. с целью повышения надежности работы в режиме обучения, привод генератора волн каждого редуктора снабжен фрикционной шарикоподшипниковой передачей и компенсирующей крестовой муфтой, € причем сепаратор одного из подшипников входного вала волнового редуктора соединен с генератором волн посредством крестовой муфты, а наружное кольцо этого подшипника связано с дополнительно введенной пружиной, установленной в корпусе волнового редуктора.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
5(51) В 25 J 11 00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3506448/25-08 (22) 24.10.82 (46) 15.04.84. Бюл. № 14 (72) Б. Л. Табачник, Л. M. Болотин, И. П. Митяшин, М. Г. Боровский, Е. М. Калинников, Б. Н. Царьков и А. А. Федосеенков (71) Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт теплоэнергетического приборостроения (53) 62-229.72 (088.8) (56) 1. Юрерич Е. И. и др. Устройство промышленных роботов. Л., «Машиностроение», 1980, с. 280 — 284, рис. VI.7 (прототип). (54) (57) 1. МАНИПУЛЯТОР, содержагций шарнирно установленную на поворотной платформе руку, выполненную в виде двух вертикальных и одного горизонтального звеньев, имеющих приводы ориентации схвата, а также расположенные на поворотной платформе приводы звеньев руки, включающие волновые редукторы и датчики положения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности позиционирования и улуч„„SU„„1085804 А шения динамических характеристик, каждый из приводов звеньев руки выполнен в виде кривошипно-шатунного механизма с
Г-образными двуплечими кривошипами, одно плечо которых соединено с дополнительно введенной ураавновешивающей пружиной двустороннего действия, а другое — с шатуном, причем шатуны привода ориентации схвата связаны со своими кривошипами посре гством дополнительно введенных упругих элементов.
2. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем. что, с целью повышения надежности раооты в режиме обучения, привод генератора волн каждого редуктора снабжен фрикционной шарикоподшипниковой передачей и компенсирующей крестовой муфтой, причем сепаратор одного из подшипников входного вала волнового редуктора соединен с генератором волн посредством крестовой муфты, а наружное кольцо этого под|пипника связано с дополнительно введенной пружиной, установленной в корпусе волнового редуктора.
1085804
Изобретение относится к маши»остроению и может быть использовано в робототехнических устройствах, Известен манипулятор, содержащий шар нирно установленную»а поворотной плат форме руку, выполненную в виде двух вертикальных и одного горизонтального звеньев, имеющих приводь. ориентации схвата, а также расположенные на поворотной платформе приводы звеньев руки, включающие волновые редукторы и датчики положения(11
Недостатком указанного манипулятора являются ухудшенные динамические харак. теристики, и, как следствие, понижен»ая точность позиционирогания, а также недостаточная надежность работы в виду отсут - 5 ствия предохранительного устройства от поломки подвижных звеньев руки в случае у»ора в препятствие, так как для уравновешивания горизонтального звена руки с механизмом ориентации схвата введен дополнительно груз, а приводы исполнительных 20 звеньев выполнены таким образом, "ITo при перемещении звеньев руки электродвигатели перемещаются сами.
Целью изобрете»ия является повыше»ие точности позиционирования, улучшение ди25 намических характеристик, Указанная цель достигается тем, что в манипуляторе, содержащем шариирно установленную на поворотной платформе руку, выполненную в виде двух вертикаль»ых и одного горизонтального звеньев, име ощих щ приводы ориентации схвата, а также расположенные на поворотной платформе приводы звеньев руки, включающие волновые редукторы и датчики положе»ия. каждый из приводов звеньев руки выполнен в виде кривошипно-шатунного механизма с Г-об- 35 разными двуплечими ",ривошипами, одно плечо которых соединено с дсполнитель» введенной уравновешивающей пружи»ой дв. стороннего действия а другое -- с п|атуном, причем шатуны »э»вода о-.:е»тапи» схвата
1 связаны со своими кривог»ппгми посредством дополнительно вводе»ных упругих элементов.
С цель|о повышения»адсжности работы манипулятора привод гс»ератора волн кaèдого волнового редуктора с»абжен фрикцион- 45 ной шарикоподшипниковой передачей и компенсирующей крестовой муфтой, причем сепаратор одного из подшипников входного вала волнового редуктора соединен с генератором волн посредством крестовой муфты, а наружное кольцо этого подшипника связано с дополнитель»о введе»ной пружиной, установленной в корпусе волнового редуктора.
11а фиг. 1 изображена ки»ематическая схема манипулятора; На фиг. 2 -- условно 55 развернутая в плоскость ки»ематическая ,схема уравновешивания вертикaëü»èor!n и го ризонтального звеньев и их связь с урав»овешивающими пружинами и датчиками по ложен»я; на фиг. 3 — кинематическая схема кривошипно-шатунного механизма, выполнен»ого в виде двойного шарнирного па-, раллелограмма привода механизма ориентации; на фиг. 4 — электродвигатель с волновым редуктором; на фиг. 5 — привод генератора волн волнового редуктора.
Манипулятор (фиг. 1) состоит из неподвижного основания 1, на котором установлен привод (электродвигатель 2 и волновой редуктор g) поворотной платформы 4, вращающейся в подшипниках. На платформе при помощи оси 5 шарнирно установлена рука, содержащая вертикальные звенья-рычаги б и 7, горизонтальное звено 8 с механизмом ориентации (вал 9, коническая передача 10), к которому присоединен схва- 11. На платформе установлены индивидуаль»ые приводы звеньев руки: перемещения вертикального звена (электродвигатель !? волновой редуктор 13), горизонтального (электродвигатель 14, волновой редуктор 15), механизма сриентации (двигатель 16, волновой редуктор 17 — вращение схвата, двигатель 18, волновой редуктор !9 -- «сгиб» схвата).
На выходные валы редукторов»асажены Г-сбраз»ые кривошипы 20--23. Нг оси
5 шар»ирно установлен Г-образный рычаг
24. Кривошипы IIp»ao 10B со своими звР»ья.",|и соединены »ату»ами.
Кривошипно-шатун»ые механизмы, содепжащие; плечо кривошипа 20, шатун 25, »ижнюю часть рычага 6, плечо кривошипа 21, шатун 26, Г-образный рычаг 24, выполнень. в виде шарнирных IIapaëëåëoãpaììoa и образуют кинематические»ередачи к вертикальному и горизонтальным звеньям соответственно (одно пле Io Г-образного рычага 24 соединено с шатуном 26, а второе -- с вертикальным звеном 7, Laap»»p»o связанным с горизонТа;IbHh!м звеном 8).
Кривошипно-шату»ные меха»измы, содержа,.цие звенья кривоп In»I 22. пары шатуноз 27, 28. кривоши:-.ь: 23, парь; шатунов 29 и 30 выпол»ены в виде двойных шарнирных па. раллелограммов и образуют кинематически передачи от приводов к механизму враще. ния схвата ч сгиба схвата соответственно.
Кривошипы 20 и 21 (фиг. 2) с помощью зве»ьев-штоков.31 H 32 coca»»e»»I с пружи»ами 33 и 34 уравновешивания статических моме»гов от веса звеньев вертикального H горизснтального рычагов соответственно, Пружи»ь! установлены в корпусах 35 и 36, закреплс».пих шарнирно На поворотной пла1
Форме 4.
Цружи»а 33 уравновешивания вертикаль.
»ого зве»а уста»авливается в корпус 35 без предваритель»ого поджатия, рабочее уси1085804 лие ее подбирается нз расчета полного урав. новешивания статического момента, созда. ваемого звеньями при максимальном от клоненни вертикального звена от вертикали, Пружина 34 устанавливается в корпус
36 и с помощью перемещаемых по корпусу
Приводы всех степеней подвижности ма-35
36 упоров 37 поджимается до рабочего уси. лия, обеспечивающего уравновешивание ста тического момента, создаваемого горизон тальным звеном. Пружина ЗЧ выбрана мяг кой, обеспечивает незначительное прираще ние усилия при рабочем ходе, Корпуса пружин шарнирно закреплен на поворотной платформе таким образом что линия, соединяющая оси шарниров кривошицных пальцев при повороте криво. шипов на максимальный угол, совпадает с вертикалью, а максимальный угол наклона этой линии к вертикали при работе не превышает 6".
С выходными валами волновых редукторов 13 и 15 приводов качания вертикальl0
2Q ного и горизонтального звеньев (на которых закреплены кривошипы 20 и 2!) кинематнчески связаны датчики 38 и 39 — аналоговые преобразователи углов поворота кривошипов 20, 21 в сигналы, пропорциональные синусу (косинусу) этих углов. Шатуны 27—
30 двойных шарнирных параллелограммов привода механизмов ориентации соединены со своими кривошипами посредством пружин 40 (фиг. 3). Пружины 40 установлены в корпусах 41, которые шарнирно соединены с кривошяпными пальцами. С помощью упоров 42 пружины 40 поджаты до рабочего усилия.
Шатуны 27 — 30 взаимодействуют с пружинами посредством упоров 42, 43. передачи максимально допустимого момента на входном валу релуктора.
Работа манипулятора осуществляется следующим образом.
Горизонтальное звено 8 с присоединенным к нему механизмом ориентации, захватом, создает статический момент, пропорциональный косинусу угла - наклона звена
8 к горизонтали. При работе двигателя 14 угол поворота кривошипа 21 равен углу поворота звена 8. Поэтому при любом значении угла поворота кривошипа 21 и звена
8 статическая нагрузка от веса звена 8 е механизмом ориентации может быть уравнипулятора идентичны, включают волновон редуктор с цилиндрическим гибким колесом.
Редуктор содержит корпус (фиг. 4) 44 с закрепленным в нем жестким колесом 45, гибкое колесо 46, к которому прикреплен выходной вал 47. Входной вал 48 установлен 4О в подшипниках 49 и 50. Сепаратор 5! подшипника 49 с помощью компенсирующей муфты 52 соединен с генератором волн 53.
Натяг в подшипнике 49 обеспечивает пружина 54. Усилие в пружине достаточно для,4 повешена постоя н ной силой. Пружн на 34 воздействует на горизонтальное плечо крчвошипа 21 через шток 32 с требуемой силой.
Пружина выбрана с малой жесткостью, поэтому на ее рабочем ходе имеет место незначительное отклонение рабочего усилия и расчетного.
Уравновешивание горизонтального пле(а происходит как прн напольной установке манипулятора (как показано на фиг. 2), так и при закреплении манипулятора, когда ме- ханическая рука находится внизу. В первом случае воздействие пружины на шток 32 передается через упор 55, во втором — через упор 56. Г1ередвижные упоры 37 на кор пусе 36 позволяют производить настройку рабочего усилия пружины при изменении массы захвата н массы перемещаемого груза.
При работе двигателя 12 и отклонения вертикального звена 6 возникает статический момент, пропорциональный синусу угла отклонения звена 6 от вертикали. Знак момента меняется при переходе звеном 6 через верти кал ь.
Уравновешивающая пружина 33 при отклонении вертикального звена от вертикали воздействует через упоры 57, 58 на штоке
31 на горизонтальное плечо кривошипа 20 с силой, приблизительно уравновешивающей статический момент при любом отклонении вертикального звена от вертикали в рабочем диапазоне (для предлагаемого манипулятора перемещение вертикального звена соста вляет + 45 ) .
Учитывая, что при работе пружина отклоняется от вертикали на очень незначи. гельный угол (cos 6 = 0,994), погрешность уравновешивания статических моментов не превышает 1 — 20/р. Поэтому при статической разгрузке двигателей от веса звеньев руки ннднвндуальные приводы перемещения вертикального и горизонтального звеньев могут быть выбраны значительно меньшей мощностн (их роль сводится к преодолению сил инерцпи и диссипативных сил). т
При работе двигателей 16 и 18 вращение кривошипов 22 н 23 посредством промежуточнь::. звеньев (28, 29 н 30, 31) передаетсх ведомы., кривошипам 22 и 23. При осущест. влении передачи вр-щения расстояние меж ду кривошипными пальцами кривошипов
22, 23 будет непрерывно изменяться ввиду ошибок изготовления и сборки, а пружин
40, поджатия до рабочего усилия, будет создавать необходимый натяг.
Вал 59 электродвигателя с помощью шпанки 60 соединен с входным валом 48 редуктора. В шаирокоподшнпнике 49 стандартный сепаратор заменен на сепаратор 51, выполненный по фиг. 5.
Сепаратор, кроме того, огнрается на подшипник 6!. Он содержит фланец 62, в ко тором имеются пазы 63.!
085804
CDu2 Z
В генераторе волн 53 выполнены пазы
64. Между фланцем 62 сепаратора 5! и генератором волн 53 находится вкладыш 65, содержащий на торцах выступы 66 и 67, находящиеся Во взаимно перпендикулярных
ПЛОСКОСТЯХ.
Выступы бб с одного торца вкладыша входят в пазы 63 фланца 62 сепаратора, а выступы 67 на другом торце входят в пазы 64 генератора волн 53. Таким образом, элементы: фланец 62, вкладыш 65 и гене- 10 ратор волн 53 образуют компенсирующую
«крестовую муфтуз обеспечивагощую самоустановку генератора волн в плоскости. перпендикулярной оси его вращения.
На генератор волн насажен гибкий под) шипник 68, который вставлен в гибкое колесо 46. Отсюда следует, что шарикоподшипник 49 используется как фрикционная шарикоподшипниковая передача, выходным элементом которой является сепаратор 5!.
Последний через вкладыш 65 приводит во вращение генератор волн 53.
В случае «наезда» руки робота на Ilpeпятствие манипулятор предохраняется от поломки за счет имеющейся в волновом редукторе каждого индивидуального привода преодохранительной фрикционной шарикоподшипниковой передачи, связанной с волновой с помощью компенсирующей муфты. При превышении заданного момента на выходном валу привода наружное кольцо опорного подшипника 49. преодолевая противодействие пружины 54, отходит влево (фиг, 4), допуская тем самь1м проскальзывание в шариковой передаче. Кроме того, npe,lîõðàпительная шарикоподшипниковая передача повышает и динамические качества привода, уменьшая приведенныи к валу двигателя момент инерции нагрузки.
Исполнение манипулятора по предложенной схеме позволяет упростить конструкцию, выполняя ее из уllифицироваHных узлов и блоков; повысить точность позиционирования за счет применения практически беззгзорных передаточных механизмов; улучшить динамические характеристики манипулятора за счет статической ра —.;грузки приводов от веса звеньев руки;
;Iðå.!oõðÿHèть маниl1уляTop от поломки при «наезде» на препятствие, что особенно важно в режиме обучения.
1085804 юиг 4
Редактор С. Тимохина
Заказ 2138/15
Составитель В. Савельев
Техред И. Верее Корректор О. Тигор
Тираж 1033 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и оз кргятий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Рауыская наб., д. 4/5
Филиал ППП гПатент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4