Очувствленное запястье манипулятора

Очувствленное запястье манипулятора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в робототехнических устройствах . Цель изобретения - повьшение избирательности информации очувствления и расширение функциональных возможностей. Три информационных блока 1,8 и 12, включенные в силовую цепь последовательно, посредством тензодатчиков 5, размещенных на упругих балках, преобразуют в электрический сигнал измеряемые величины: первую - боковые моменты, вторую и третью - боковые сипы. При этом тензодатчики 5 блоков расположены в плоскостях, перпендикулярных ра- .дисльным плоскостям, проходящим через упругие балки этих блоков. Высокая избирательность очувствления в статике (отношение сигнала от измеряемой силы к сигналу от неизмеряемык компонент) в динамике (т.е. малая динамическая погрешность) достигаются выполнением информационных блоко1В с соотношениями размеров, заданных эмпирическими формулами. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. о (Л о 00 4;: 05 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (S1) 4 В 25 J I9/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3818427/31-08 (22) 27.11.84 (46) 07.05.87. Бюл. II 1? (71) Научно-исследовательский институт механики МГУ им. М.В. Ломоносава, Институт проблем передачи информации АН СССР и Институт испытательных машин, приборов и средств измерения масс (72) В.А. Годзиковский, Д.М. Горинев— ский, А.В. Ленский и А.Ю. Шнейдер (53) 621.229.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 766854, кл. В 25 J 15/00, 1977. (54) ОЧУВСТВЛЕННОЕ ЗАПЯСТЬЕ МАНИПУЛЯТ0РА (57) Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в робототехнических устройствах. Цель изобретения — повышение избирательности информации очувствления и расширение функциональных возможностей. Три информационных блока 1,8 и 12, включенные в силовую цепь последовательно, посредством тензодатчиков 5, размещенных Hà упругих балках, преобразуют в электрический сигнал измеряемые величины: первую — боковые моменты, вторую и третью — боковые силы. При этом тензодатчики 5 блоков расположены в плоскостях, перпендикулярных ра.ди,",льным плоскостям, проходящим через упругие балки этих блоков. Высокая избирательность очувствления в статике отношение сигнала от измеряемой силы к сигналу от неизмеряемых компонент) в динамике (т.е. малая динамическая погрешность) достигаются выполнением информационных блоков с соотношениями размеров, заданных эмпирическими формулами. 1 s.ï. ф-лы, 4 ил.

1308468

1О

1I5

Информационный блок 1 для измерения .боковых моментов, действующих вдоль осей Х и Y (фиг. 1), состоит из первого 2 и второго 3 жестких соосных кольцевых оснований одинакового диаметра, соединенных двумя упругими балками 4, на которых размещены тенэодатчики 5, двумя упругими балками 6, на которых размещены тензодатчики 5, и четырьмя упругими балками

7. Оси балок 4 перпендикулярны плоскостям оснований 2 и 3, параллельны оси Z и лежат в диаметральной плоскости OYZ. Оси балок 6 перпендикулярны плоскостям оснований 2 и 3, параллельны оси Z и лежат в диаметральной плоскости OXZ. Оси балок 7 паралельны плоскостям оснований 2 и 3.

Информационный блок 8 для измерения боковой силы, действующей вдоль оси Х (фиг. 2), состоит из первого 9 и второго 10 жестких соосных кольцевых оснований, соединенных двумя параллельными упругими балками 11 с тензодатчиками 5. Оси балок 11,, перпендикулярные плоскостям оснований

9 и 10, лежат в диаметральной плоскости OXZ.

Информационный блок 12 для измерения боковой силы, действующей вдоль оси Y (фиг. 3), состоит из первого

13 и второго 14 жестких соосных кольцевых оснований, соединенных двумя параллельными упругими балками 15 с тензодатчиками 5, оси балок 15, перпендикулярные плоскостям оснований

13 и 14, лежат в диаметральной плоскости ОУЕ.

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 боковых моментов, действующих вдоль осей Х и У (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.

Для одновременного преобразования компонент силы по осям Х и Y и компонент по осям Х и Y конструкция очувствленного запястья содержит информационные блоки 1, 8 и 12 (фиг.4).

При этом второе кольцевое основание

3 информационного блока 1, измеряюще"

ro боковые моменты М„ и М„, жестко соединено. с вторым кольцевым основанием 10 информационного блока 8, измеряющего боковую силу F так, что упругие балки ll информационного блока 8 находятся внутри информационного блока 1. Первое кольцевое основание 9 информационного блока 8, измеряющего боковую силу Fx жестко соединено с первым кольцевым основанием

13 информационного блока 12, измеряющего боковую силу Г„, так, что упругие балки 15 информационного блока

12 находятся внутри информационного блока 8.

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.

Дополнительный информационный блок

1 для измерения боковых моментов, действующих вдоль осей Х и У, работает следующим образом..

Преобразуемая компонента момента

М„ вызывает в одной из балок 4 деформацию сжатия, а в другой — деформацию растяжения, балки 6 под действием Мх не деформируются. Деформации балок 4 посредством тензодатчиков 5, размещенных на этих балках, преобразуются в электрический сигнал. При этом в схеме моста, в который включены тензодатчики, сигналы, вызванные моментом M суммируются. Другая преобразуемая компонента момента М вызывает в одной из балок 6 деформацию сжатия, а в другой — деформацию растяжения, балки 4 под действием момента

М не деформируются. Деформации балок

6 посредством тензодатчиков 5, размещенных на этих балках, преобразуются в электрический сигнал. При этом в схеме моста, в который включены тензодатчики, сигналы, вызванные моментом М суммируются.

Нри действии каждой из компонент момент М„:или М упругие балки 7 испытывают изгиб, поскольку их жест3 1308468 4 кость мала по сраннению с жесткостью балок 4 или 6, испытывающих деформации сжатия — растяжения, наличие балок 7 мало влияет на деформацию балок 4 и 6.

При действии неизмеряемой компоненты момента M и компонент силы

F u F балки 4 и 6 испытывают деформации сдвига. При этом уровни возникающих паразитных деформаций тензо- 10 датчиков существенно меньше, чем при действии преобразуемых компонент момента Мх и М . Кроме того, деформации балок 4 и 6 дополнительно уменьшены эа счет того, что балки 7 испытывают 15 деформации сжатия — растяжения при действии неизмеряемых компонент F„, F и М, что увеличивает жесткость

* zÝ ийформационного блока к этим компонентам и дополнительно уменьшает по- 20 грешность.

При действии неизмеряемой компоненты силы F все балки 4 и 6 одноz временно испытывают деформации сжатия или растяжения. При этом в схе- 25 мах мостов, в которые включены тензодатчики 5, размещенные на указанных балках, сигналы, вызванные силой Fz

2 р вычитаются, что увеличивает избирательность очувствления. 30

Информационный блок 8 для измерения боковой силы вдоль оси Х (фиг.2) работает следующим образом.

Преобразуемая компонента силы F„ изгибает балки 11, деформации балок

11 посредством тензодатчиков 5, размещенных у заделок балок 11 в кольцевые основания 9, преобразуются в электрический сигнал. При это в схеме моста, в который включены тензо- 40 датчики, сигналы от F суммируются.

При действии неизмеряемой компоненты момента М и компоненты силы

F балки ll испытывают деформации

Z сжатия или растяжения, поэтому уров-45 ни возникающих паразитных деформаций существенно меньше, в схеме моста соответствующие сигналы вычитаются что дополнительно уменьшает погрешность от неизмеряемых компонент 50

FK и М5

При действии неизмеряемой компоненты силы F> и компоненты момента

Мх балки 11 йспытывают изгиб в на55 правлении наибольшей жескости, поэто-, му уровни возникающих паразитных деформаций тензодатчиков существенно меньше, чем при действии преобразуемой компоненты силы F и погрешность от неизменяемых компонент F и М„ не- . велика.

Высокая избирательность н статике (отношение сигнала от измеряемой компоненты к сигналу от неизмеряемых компонент) обеспечивается выполнением. соотношения, полученного эмпирически н=х А ЕD, (I) где Н вЂ” толщина балок II информационного блока 8 (размер в направлении, перпендикулярном плоскости наклейки тензодатчиков), мм;

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

R — - длина упругих балок 11 второго информационного блока 8, мм;

Р— 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 поперечиого сечения упругих балок 11.

Информационный блок 12 для измерения боковой силы вдоль оси Y (фиг. 3) работает следующим образом.

Преобразуемая компонента силы F изгибает балки 15, деформации балок

15 посредством тензодатчиков 5, размещенных у заделок балок 15 в кольвые основания 13 и 14, преобразуются в электрический сигнал. При этом в схеме моста, в который включены тензодатчики, сигналы от F суммируются.

При действии неизмеряемой компоненты момента М„ и компоненты силы

F балки 15 испытывают деформации сжатия или растяжения, поэтому уровни возникающих паразитных деформаций существенно меньше, -чем при действии преобразуемой силы F, кроме того, н схеме моста соответствующие сигналы вычитаются, что дополнительно уменьшает погрешность от неизмеряемых компонент Fz и М„.

При действии неизмеряемой компоненты силы F и компоненты момента

M балки 15 испытывают изгиб н на3 правлении наибольшей жесткости, поэтому уровни возникающих паразитных деформаций тензодатчиков существенно

1308468 меньше, чем при действии преобразуемой компоненты силы Г„, 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 соотношения, полученного эмпирически

8=K AIR:D, 10 где H — толщина балок 15 информационного блока 12 (размер в направлении, перпендикулярном плоскости наклейки тенэодатчиков), мм;

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

R — длина упругих балок 15 информационного блока 12, мм;

D — расстояние or 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 ба30 лок 15.

Высокая избирательность очувствления в статике достигается выполнением информационных блоков с соотношениями размеров, заданных эмпирическими 35 формулами (1) и (2).

Высокая избирательность очувствления в динамике, т.е. малая динамическая погрешность, обеспечивается высо- 0 кой низшей собственной частотой колебаний запястья с присоединенным к нему инерционным захватом за счет высокой жесткости запястья к боковым моментам M„ H M, что достигается за счет следующих йризнаков: расположение упругих балок 11 и 15 основных информационных блоков 8 и 12, преобразующих компоненты силы F и F (фиг. 2 и 3), в виде параллелограмма увеличивает их жесткость к моментам, перпендикулярным плоскостям балок; выбор сечения балок 11 и 15 основных информационных блоков 8 и 12, преобразующих компоненты силы F„ H F

55 (фиг. 2 и 3), в соответствии с эмпирическими формулами (1) и (2) увеличивает их жесткость к моментам, параллельным плоскостям балок; переход от изгибного упругого элемента в иэВВсТНоМ устройстве к упругому элементу сжатия — растяжения в дополнительном информационном блоке 1, преобразующем боковые моменты М„ и M позволяет существенно повысить жесткость к этим моментам, поскольку упругие балки 4 и 6 параллельны оси Z и работают на сжатие — растяжение под действием компонент М„ и М„. формула изобретения

1. Очувствленное запястье манипулятора, содержащее два основных информационных блока, каждый из которых состоит из двух оснований и упругих балок с тензодатчиками, расположенными на одной из граней каждой из 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 четире упругие балки, связывающие эти основания, на одной из граней каждой из которых, расположенной в радиальной плоскости оснований, ус.тановлены тензодатчики, а балки расположены по окружности и равноотстоят одна от другой, при этом основания основных информационных блоков выполнены в виде. колец, которые расположены соосно и соединены с каждом блоке двумя диаметрально противоположно расположенными упругими балками, грани которых с установленными на них тензодатчиками распопожены перпендикулярно радиальным плоскостям оснований,а одно из оснований первого основного информационного бпока соединено с основанием второго основного информационного блока, упругие балки которого расположены внутри первого основного информационного блока и сдвинуты относительно его упругих балок на о

90, причем все информационные блоки расположены соосно, а одной из оснований дополнительного информационного блока соединено с вторым основани- ем первого основного информационного блока, балки которого расположены внутри этого блока.

2. Запястье манипулятора по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что

1308468

/О

Фиг. 2 толщина упругих балок выбирается из следующего соотношения:

H=K А К:О, где Н вЂ” толщина балок; 5

А — ширина балок;

R — - длина балок основных информационных блоков или средний радиус кольцевого основания дополнительного информацион- 10 ного блока;

D - -расстояние от геометрическо" го центра балки до центра приложения сил, действующих на манипулятор, К вЂ” безразмерный эмпирический коэффициент, изменяющийся в пределах от 0,02 до 0,5 в зависимости от требуемой избирательности информации очувствления и формы поперечного сечения упругих балок.

1308468

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