Очувствленное запястье манипулятора

Очувствленное запястье манипулятора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в робототехнических устройствах . Цель изобретения - повьшгение избирательности информации очувствления и расширение функциональных возможностей. Три информационных блока I, 6 и 10, включенных в силовую цепь последовательно, посредством тензодатчиков 5, размещенных на упругих балках, преобразуют в электрический сигнал измеряемые величины: первую - осевой момент, вторую и третью - боковые силы. При этом тензодатчики 5 блока 1 расположены в радиальной плоскости. Высокая избирательность очувствления в статике (отношение сигнала от измеряемой силь1 к сигналу от неизмеряемых компонент ) и в динамике (т.е. малая динамическая погрешность) достигаются выполнением информационных блоков . с соотношениями размеров, заданных эмпирическими формулами. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. Z с S (Л Фиг.it

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (51) 4 В 25 J 19/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А BTOPGKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21) 3818427/31-08 (22) 27.11.84 (46) 07.05.87. Бюл. У 17 (71) Научно-исследовательский институт механики МГУ им. М.В. Ломоносова, Институт проблем передачи информации АН СССР и Институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (72). В.А. Годэиковский, Д.М. Гориневский, А.В. Ленский и А.Ю. Шнейдер (53) 621.229.7(088.8) (S6) -Авторское свидетельство СССР

Ф 766854, кл. В 25 J 15/00, 1977. (54) ОЧУВСТВЛЕННОЕ ЗАПЯСТЬЕ МАНИПУЛЯТОРА (57) Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в робототехнических устройствах. Цель изобретения — повыше- ние избирательности информации очувствления и расширение функциональных: возможностей. Три информационных блока 1, 6 и 10, включенных в силовую цепь последовательно, посредством тензодатчиков 5, размещенных на упругих балках, преобразуют в электрический сигнал измеряемые величины: первую — осевой момент, вторую и третью — боковые силы. При этом тензодатчики 5 блока 1 расположены в радиальной плоскости. Высокая избирательность очувствления в статике (отношение сигнала от измеряемой силы к сигналу от неизмеряемых компонент) и в динамике (т.е. малая динамическая погрешность) достигаются

I выполнением информационных блоков с соотношениями размеров, заданных эмпирическими формулами. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1308466. полнительно уменьшает погрешность от

H=K А R:D, Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в робототехнических устройствах.

Цель изобретения — повышение избирательности информации очувствления и расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 изображен информационный блок для измерения осевого момента, действующего вдоль оси Е (дополнительный информационный блок); на фиг. 2 — информационный блок для измерения боковой силы, действующей вдоль оси Х (первый основной информационный блок); на фиг. 3 — информационный блок для измерения боковой силы, действующей вдоль оси Y (второй основной информационный блок); на фиг. 4 — очувствленное запястье, общий вид.

Информационный блок 1 для измерения осевого момента, действующего вдоль оси Z (фиг. 1), состоит из первого 2 и второго 3 жестких соосных кольцевых оснований одинакового диаметра, соединенных четырьмя равноотстоящими упругими балками 4 и тензодатчиками 5 (тензорезисторами). Оси балок 4 перпендикулярны плоскостям оснований 2 и 3 и параллельны оси Z.

Информационный блок 6 для измерения боковой силы, действующей вдоль оси Х (фиг. 2), состоит из первого

7 и второго 8 жестких соосных кольцевых оснований, соединенных двумя параллельными упругими балками 9 с тензодатчиками 5. Оси балок 9, перпендикулярные плоскостям оснований 7 и 8, лежат в диаметральной плоскости ОХЕ.

Информационный блок 10 для измерения боковой силы, действующей вдоль оси Y (фиг. 3), состоит из первого

11 и второго 12 жестких соосных коль- цевых оснований, соединенных двумя параллельными упругими балками 13 с тензорезисторами 5. Оси балок 13, перпендикулярные плоскостям оснований 11 и 12, лежат в диаметральной плоскости OYZ.

Для одновременного преобразования компонент силы.по осям Х и Y u компоненты момента по оси Е конструкция очувствленного запястья содержит информационные блоки l,б и 10 (фиг. 4). При этом второе кольцевое основание 3 информационного блока !, измеряющего осевой момент М, жестко соединено с вторым кольцевым

l5

35 основанием 8 информационного блока

6, измеряющего боковую силу F„ так, что упругие балки 9 информационного блока 6 находятся внутри информационного блока l. Первое кольцевое основание 7 информационного блока 6, измеряющего боковую силу F<, жестко соецинено с первым кольцевым основанием 11 информационного блока 10, измеряющего боковую силу F, так, что упругие балки 13 информационного блока 10 находятся внутри информационного блока 6.

Все информационные блоки включены в силовую цепь последовательно, поэтому между первым и вторым основаниями каждого информационного блока действуют все шесть компонент силы и момента, приложенных к запястью.

Информационный блок для измерения осевого момента вдоль Е (фиг. 1) работает следующим образом.

Преобразуемая компонента момента

М„ изгибает балки 4 в тангенциальном направлении, деформации балок 4 посредством тензодатчиков 5, размещенных у заделок балок 4 в кольцевые основания 2 и 3, преобразуются в электрический сигнал. При этом в схеме моста, в который включены тензодатчики, сигналы от М суммируются.

При действии неизмеряемых компо-. нент момента М и М и компоненты силы F балки 4 исйытывают деформации сжатия или растяжения. При этом уровни возникающих паразитных деформаций существенно меньше, чем при действии преобразуемого момента И кроме того, в схеме моста соответствующие сигналы вычитаются, что донеизмеряемых компонент Р, И„ и Мч.

При действии неизмеряемых компонент силы Р„ и F балки 4 испытывают изгиб в направлении наибольшей жесткости. При этом уровни возникающих паразитных деформаций тензодатчиков существенно меньше, чем при действии преобразуемого момента М, поэтому погрешность от неизмеряемых компонент Р„и F невелика.

Высокая избирательность в статике (отношение сигнала от измеряемой компоненты к сигналу неизмеряемой компоненты) обеспечивается выполнением соотношения, полученного эмпирически

3 1308466 где Н вЂ” толщина балок 4 информацион- г ного блока (размер в направлении, перпендикулярном плоскости наклейки тензодатчиков), мм; 5

А — ширина этих балок (размер в плоскости наклейки тензодатчиков), мм;

R — средний радиус кольцевых оснований 2 и 3 первого инфор- 10 мационного блока I мм;

D — расстояние от геометрического центра датчика до точки приложения сил (середины захвата), мм; f5

К вЂ” безразмерный эмпирический коэффициент, изменяющийся в пределах 0,02-0,5 в зависимости от необходимой избирательности и формы поперечного20 сечения упругих балок 4.

Информационный блок 6 для измерения боковой силы вдоль оси Х (фиг.2) P работает следующим образом. (Преобразуемая компонента силы Fx изгибает балки 9, деформации балок 9 и посредством тензодатчиков 5, разме- 1 щенных у заделок балок 9 в кольцевые р основания 7, преобразуются в элект- к рический сигнал. При этом в схеме 30 моста, в который включены тензодатчики, сигналы от F суммируются. ч

При действии неизмеряемой компос ненты момента M и компоненты силы

F балки 9 испытывают деформации сжа- 35 L тия или растяжения, поэтому уровни возникающих параэитных деформаций с существенно меньше, в схеме моста соответствующие сигналы вычитаются, что дополнительно уменьшает погрешность 40 от неизмеряемых компонент F и М .

50

При действии неизмеряемой компоненты силы F и компоненты момента

М> балки 9 . йспытывают изгиб в направлении наибольшей жесткости, поэтому уровни возникающих паразитнйх деформаций тензодатчиков существенно меньше, чем при действии преобразуе- ,мой компоненты силы Р, и погрешность от неизмеряемых компонент F и М невелика.

Высокая избирательность в статике (отношение сигнала от измеряемой компоненты к сигналу от неизмеряемых компонент) обеспечивается выполнением

Ф соотношения, полученного эмпирически

Н=К А КЮ, (2) де Н вЂ” толщина балок 9 информационного блока 6 (размер в направлении, перпендикулярном плоскости наклейки тензодатчиков), мм;

А — ширина этих балок (размер в плоскости наклейки тензодатчиков), мм;

R — длина упругих балок 9 второго информационного блока

6, мм;

D — расстояние от геометрического центра датчика до точки приложения сил (середины захвата), мм;

К вЂ” безразмерный эмпирический коэффициент, изменяющийся в пределах 0,02-0,5 в зависимости от необходимой избирательности и формы поперечного сечения упругих балок 9.

Информационный блок 10 для измеения боковой силы вдоль оси Y фиг. 3) работает следующим образом.

Преобразуемая компонента силы F згибает балки 13, деформации балок

3 посредством тензорезисторов 5, азмещенных у заделок балок 13 в ольцевые основания Il и 12, преобаэуются в электрический сигнал. При том в схеме моста, в который вклюены тензорезисторы, сигналы от Р„ уммируются.

При действии неизмеряемой компоенты момента М„ и компоненты силы балки 13 испытывают деформации жатия или растяжения, поэтому уровни озникающих паразитных деформаций суественно меньше, чем при действии реобразуемой силы F кроме того, схеме моста соответствующие сигналы вычитаются, что дополнительно уменьшает погрешность от неизмеряемых компонент М х и F2

При действии неизмеряемой компоненты силы F и компоненты момента

М балки 13 испытывают изгиб в наK правлении наибольшей жесткости, поэтому уровни возникающих паразитнык деформаций тензодатчиков существенно меньше, чем при действии преобразуемой компоненты силы F>, и погрешность от неиэмеряемых компонент Р и

М, невелика.

Высокая избирательность в статике (отношение сигнала от измеряемой компоненты к сигналу от неизмеряемьгх компонент) обеспечивается выполне1308466 нием соотношения, полученного эмпирически

Н=К А «!К:D, (3) где Н. — толщина балок 13 информационного блока 10 (размер в на- 5 правлении, перпендикулярном плоскости наклейки тензодат чиков), мм;

Д вЂ” ширина этих балок (размер в плоскости наклейки тензодатчиков), мм;

R — длина упругих балок 13 информационного блока 10, мм;

D - расстояние от геометрического центра датчика до точки приложения сил (середины захвата), мм;

К вЂ” безразмерный эмпирический коэффициент, изменяющийся в пределах 0,02-0,5 в зависи- 20 мости от необходимой избирательности и формы поперечного сечения упругих балок 13.

Высокая избирательность очувствления в статике достигается выполнением информационных блоков с соотношениями .размеров, заданных эмпирическими формулами (1) †(3).

Высокая избирательность очувствления в динамике, т.е, малая динамическая погрешность, обеспечивается высокой низшей собственной частотой колебаний запястья с присоединенным к нему. инерционным захватом за счет

;высокой жесткости запястья к боковым .моментам М, и М„, что достигается за счет следующих признаков: расположе.ние упругих балок 9 и 13 основных информационных блоков 6 и !О, преобразующих компоненты силы F и Г (фиг. 2 и 3), в виде параллелограмма увеличивает их жесткость к моментам, перпендикулярным плоскостям ба. — 45 лок: выбор сечения упругих балок 9 и

13 основных информационных блоков 6 и 10, преобразующих компоненты силы

Fx и F (фиг. 2 и 3),в соответствии с эмпирическими формулами (2) и (3) увеличивает их жесткость к моментам, параллельным плоскостям балок; упругие балки 4 дополнительного информа.— ционного блока I преобразующего осевой момент M,,параллельны оси Z u работают на сжатие — растяжение под действием компонент M„ H M, что повышает.жесткость этого информационного блока к боковым моментам М„ и M р м у л а из о б р е ò e H и я

1. Очувствленное запястье манипулятора, содержащее два основных информационных блока, каждый из которых состоит иэ двух оснований и упругих балок с тензодатчиками, расположенными на одной из граней каждой иэ них, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения избирательности информации очувствления и расширения функциональных возможностей, оно снабжено дополнительным информационным блоком, содержащим два основания, выполненные в виде колец, которые расположены соосно, и четыре упругие балки, связывающие эти основания, на одной из граней каждой из которых, расположенной перпендикулярно радиальной плоскости оснований, установлены тензодатчики, а упругие балки расположены по окружности и равноотстоят одна от другой, при этом основания основных информационных блоков выполнены в виде колец, которые расположены соосно и соединены в каждом блоке двумя диаметрально противоположно расположенными упругими балками, грани которых с установленными на них тенэодатчиками расположены перпендикулярно радиальным плоскостям оснований, причем одно из оснований первого основного информа-. ционного блока соединено с основанием второго основного информационного блока, упругие балки которого расположены внутри первого основного информационного блока и сдвинуты относительно его упругих балок на 90, и одно из оснований дополнительного информационного блока соединено с вторым основанием первого основного информационного блока, балки которого расположены внутри этого блока, при этом все информационные блоки расположены соосно.

2. Запястье манипулятора по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что толщина упругих. балок выбирается из следующего соотношения:

Н=К А 4R:D, где Н - толщина балок;

А — ширина балок;

R — длина балок;

D — расстояние от геометрического центра балки до центра приложения сил, действующих на манипулятор;

1308466

К вЂ” безразмерный эмпирический коэффициент, изменяющийся в пределах от 0,02 до 0,5 в зависимости от требуемой изби8 рательности информации очувствления н формы поперечного сечения упругих балок. (Риг.2

1308466

Составитель Д. Гориневский

Редактор И. Шулла Техред. Л.Сердюкова Корректор Т. Колб

Заказ 1664/13 Тираж 954 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4