Манипулятор с программным управлением

Манипулятор с программным управлением

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ тит 510362

Совэ Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 13.12.72 (21) 1856766/25-8 с присоединением заявки № (51) М Кл е В 25J 9/00

Совета Министров СССР по делам нэоСретеннй н открытий

Опубликовано 15,04.76. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания О6.08.76 (53) УДК 62-229.7(088.8) (72) Авторы изобретения

A. А. )Карков, А. Н. Елисеев и Г. H. Рапопорт (71) Заявитель (54) МАНИПУЛЯТОР С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

ГосУдарственный комитет (32) Приори ег

Манупулятор может быть применен как промышленный робот для автоматизации работ в опасной или труднодоступной среде, сборки или механической обработки изделий.

Известны манипуляторы с программным управлением, включающие захват, устройство жесткого крепления и механизм перемещения, который содержит различные узлы перемещения и вращения. Каждый узел перемещает свой пассивный рычаг в строго определенной плоскости. Блок управления узлами перемещения и вращения содержит соответствующие им автономные контуры автоматического регулирования соответствующих двигателей.

При этом зона обслуживания и гибкость механизма манипулятора определяется числом активных узлов перемещения и вращения, их мощностью и длиной рычагов.

Недостаток известных манипуляторов— повышенные требования к надежности и точности отдельных узлов механизма перемещения и блока управления. Выход из строя любого из узлов приводит к полной потере работоспособности манипулятора, а неточная работа любого отдельного узла приводит к эквивалентному снижению точности работы манипулятора в целом. Кроме того, такие манипуляторы имеют низкий коэффициент использования каждого двигателя узла. При этом увеличении зоны обслуживания достигается за счет применения двигателей большей мощности и рычагов большей прочности, что приводит к увеличению собственного веса хтанипулятора.

Целью изобретения является увеличение надежности и точности работы устройства, уменьшение воздействия крутящего момента иа тяги узлов вращения при их работе в горизонтальной плоскости, обеспечение возмож1О ности использования одного и того же ззсиа как для продольного перемещения в вертикальной плоскости, так и для продольного и бокового перемещений в горизонтальной плоскости, увеличение жесткости и мощности от15 дельного звена без применения рычагов большей прочности и двигателей узла вращения большей мощности, уменьшение числа задаваемых координат по сравнению с числом актиьных узлов вращения, уменьшение числа эле2О ментов блока управления и упрощение программного управления, а также унификация и упрощение конструкции за счет применения однотипных звеньев, узлов вращения, узлов управления и рычагов.

25 Согласно изобретению указанная цель достигается тем, что механизм вертикального и горизонтального перемещений выполнен в виде ромбообразных звеньев, представляющих собой систему четырех пассивных рычаЗО гов и шести активных узлов вращения, из ко

510362 торых две пары сопряженных узлов вращения, служащих для сочленения с другими звеньями, захватом или устройством жесткого крепления механизма соединены жестко между собой так, что их оси вращения лежат на одной прямой, а два несопряженных узла вращения, находящихся на другой диагонали ромбообразного звена, связаны с ними пассивными рычагами. Причем выходные валы узлов вращения укреплены относительно своих корпусов с помощью радиальных и радиальноупорных подшипников так, что все оси активных узлов вращения расположены перпендикулярно к плоскости перемещения ромбообразного звена. Это приводит к повышению надежности и точности работы, а также к разгрузке тяг двигателей горизонтально ориентированных звеньев.

Ромбообразные звенья соединены между собой пассивным узлом ориентировапия— шарниром с углом поворота 90 .

Соосно с одним или несколькими ромбообразными звеньями могут быть установлены дополнительные ромбообразные звенья в другой плоскости, что обеспечивает увеличение жесткости составного звена за счет работы рычагов одного звена на изгиб, а рычагов другого звена на сжатие.

На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый манипулятор, общий вид; на фиг. 2— активный узел вращения; на фиг. 3 — пассивный узел ориентации; на фиг. 4 — 8 изображены соседние звенья в различные фазы работы, вид спереди и вид сбоку; на фиг, 9 показана структурная блок-схема управления.

Манипулятор состоит из ромбообразных звеньев 1, соединенных между собой пассивными узлами ориентирования 2; захвата 3, устройства жесткого крепления механизма 4 и блока управления 5. 4

Каждое ромбообразное звено состоит из четырех пассивных рычагов 6 и шести активных узлов вращения 7, из которых две пары сопряженных узлов вращения, служащих для сочленения с другими ромбообразными звеньями, захватом или устройством жесткого крепления механизма соединены жестко между собой так, что их оси вращения лежат на одной прямой, а два несопряженных узла вращения, находящихся на другой диагонали ромбообразного звена, связаны с ними пассивными рычагами. Все оси узлов вращения расположены перпендикулярно к плоскости перемещения ромбообразного звена. Пассивные рычаги могут быть выполнены полыми для размещения в них монтажных соединительных приборов.

Лктивный узел вращения 7 состоит (фиг. 2) из электродвигателя 8, закрепленного в корпусе 9, редуктора 10, фазового датчика перемещения 11, установленного на выходном валу оО

12, передающего усилия на жестко укрепленный на нем рычаг 6 с помощью радиальных

13 и радиально-угорных 14 подшипников.

Пассивный узел ориентирования 2 ромбообразных звеньев включает (фиг. 3) кронштейн бэ

15, жестко соединенный одним концом с парой сопряженных узлов вращения 7 одного ромбообразного звена, а другим концом через ось ориентирования 16 с парой сопряженных уз5 лов вращения другого соседнего звена 1; фиксатор 17 и упор 18. Угол вращения вокруг оси ориентирования, лежащей в плоскости первого ориентирующего звена и перпендикулярной к оси его продольного перемещения, 1о ограничен упором 18 и равен 90 .

Соосно любому ромбообразному звену может быть установлено дополнительное ромбообразное звено в другой плоскости (или несколько звеньев), приводящее к увеличению

15 жесткости и мощности составного звена. На фиг. 1 показана установка дополнительного звена соосно первому со стороны устройства крепления звену.

Блок управления 5 состоит из задающего устройства 19 (фиг. 9), соединенных сним регистра координаты 20 и регистра адреса 21, дешифратора 22, соединенного с выходом регистра адреса, преобразователей код-фаза 23, входы которых соединены с регистром координаты, а выходы — с соответствующей группой узлов управления 24 активными узлами вращения 7, причем запись в преобразователи код-фаза определяется подсоединенным к ним дешифратором адреса.

ЗО Узлы управления 24 объединены в группы продольного перемещения звена, статического режима удержания звена, бокового перемещения звена, ориентирования последующего звена. Группа продольного перемещения зве35 на состоит из шести узлов управления, соответствующих четырем сопряженным активным узлам вращения 7 и двум несопряженным активным узлам вращения. Группа статического режима удержания звена состоит из четырех

О узлов управления, соответствующих двум сопряженным активным узлам вращения и двум несопряженным активным узлам вращения.

Группа бокового перемещения звена и группа ориентирования последующего звена состоят каждая из двух узлов управления, соответствующих двум сопряженным активным узлам вращения, находящимся в начале звена

1 и в конце звена 1, считая со стороны устройства жесткого крепления механизма 4.

О При такой структуре манипулятора ромбообразные звенья 1 преобразуют угловые движения пассивных рычагов 6 в поступательное продольное или боковое перемещение каждого звена. При этом достигается увеличение

5 точности работы манипулятора. Это происходит за счет механической обратной связи. осуществляемой через пассивные рычаги 6 звена, которое становится замкнутым контуром, перераспределяющим тяговые усилия входящих в него активных узлов вращения 7.

Надежность манипулятора повышается ввиду возможности работы ромбообразных звеньев при полном отказе активного узла вращения любой группы звена 1 за счет перехода активного узла в режим пассивной работы и

510362

30

60 перераспределения тяги на остальные активт;ые узлы вра щения группы.

Ориентирование ромбообразных звеньев 1 в вертикальной или горизонтальной плоскости производится с помощью пассивного узла ориентирования 2. Предположим, что в первый момент времени какие-либо два соседних звена 1 ориентированы в вертикальной плоскости (фиг. 4). Для перевода, например, последнего звена с грузом в горизонтальную плоскость необходимо поднять груз (фиг. 5).

Затем с помощью смежных узлов вращения 7 предыдущего звена 1 производится вращение последнего ориентируемого звена 1 на 180 (фиг. 6), после чего под действием собственного веса ориентируемого звена и веса перемещаечтого тела ориентируемое звено принимает горизонтальное положение, развернувшись вокруг оси 16 на 90 (фиг, 7). На фиг. 8 показано положение объекта после продольного перемещения горизонтально ориентированного звена 1.

Длина кронштейна 15 пассивного узла ориентирования 2 выбрана, исходя из того, чтобы центр тяжести перемещаемого обьекта после полного сокращения ориентируемых звеньев лежал ближе к оси вращения сопряженных узлов ориентирующего звена 1, что приводит к уменьшению длины плеча, образованного к моменту вращения ориентируемых звеньев, и, следовательно, к меньшей требуемой мощности, затрачиваемой сопряженными узлами ориентирующего звена.

При переводе какого-либо одного промежуточного звена 1 из вертикального поло>кения в горизонтальное с со ранением вертикальной ориентации последующего звена 1 производится вращение проме>куточного ориентируемого звена в одном направлении на 180 при одновременном встречном вращении последующего звена тоже на 180 .

При переводе звена 1 из горизонтального положения в вертикальное с сохранением горизонтальной ориентации промежуточного звена 1 производится сжатие вссх звеньев, находяш тхся в горизонтальном положении, и перевод их в другую плоскость, после «crn осуществляется вращение ориентирусмого звена в одном направлении па 180 при одновременном встречном вращении промежуточного звена тоже на 180 для сохраттсттття его горизонтальной ориентации.

Составное звено, состоящее из двух соосных ромбообразных звеньев 1, приводит как к увеличению мощности, так и к увеличению жесткости полученной конструкции составного звена за счет работы рычагов одного звена на изгиб, а рычагов другого на сжатие.

Управление механизмом манипулятора осуществляется (фиг. 9) путем выдачи задающим

6 устройством 19 блока управления 5 кода координаты и адреса соответственно B регистр

20 и регистр 21, В зависимости от заданного адреса группы узлов вращения из регистра координаты 20 считывается информация в соответствующие преобразователи код-фаза 23, которые выдают информаци:о в соответствующие узлы управления 24. При этом в преобразователи код-фаза узлов управления, соответствующих сопряженным узлам вращения 7. информация передается прямым колом, а в преобразователи код-фаза узлов управления, соответствующих несопряжсиным узлам вращения, — обратным кодом. сдвинутым на один разряд в сторону старших разрядов. Это возможно ввиду того, что максимальное число, записываемого в регистр координаты. выбрано соответствующим максимальному углу перемещения рычагов звена 1. равнот 180 . Поэтому при записи прямого кода Л „в преобразователи код-фаза, соответствующие сопря>кеиным узлам вращения 7, в преобразователи код-фаза, соответствующие нссопряженным узлам 7, тресЪ ется записать код Л ;,. определяемый как ттт,=Лт,,-,,т,— 2W,. ДлЯ Реализации этого выражения достаточно с регистра координаты

20 снимать обратный код, сдзинутый на один разряд в сторону старших разрядов.

Формула, изобретения

1. Манипулятор с программным управлением, многозвенная рука которого снабжена захватом и поворотно связана с основанием, несущим блок управления. отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, каждое звено механической руки представляет собой четыре рычага. соединенных в виде ромба с помольто шести активных узлов вращения, из которых две пары сопряженнь.х узлов вращения. служащих для соединения с другими звеньями, захватом или основанием, соединены между собой таким образом, что их осн вращения лежат па одттой прямой, а два несопряженных узла вращения, находящихся на другой дттагоналтт ромба, связаны с ними рычагамтт, причеът выходные валы узлов вращения укреп;тены относительно своих корпусов с помощью радиальных ii радиально-ynopIlbI подптипников так, что все оси активных узлов вращения расположены перпендикулярно к плоскости перемещен тя звена.

2. Манипулятор по п. 1, отл и ч а ю щи и с я тем, что звенья механической р ки соединены шарнирами с углом поворота 90 .

3, Манипулятор по пп. 1 и 2, отличающи и с я тем, что одно или несколько звеньев выполнены сдвоенными таким образом, что одни рычаги работают на сжатие, а другие— на изгиб, 510362

Ууг 9

Составитель В. Илларионова

Редактор T. Юрчикова Техред M. Семенов Корректор Л Котова

Заказ 1685 5 Изд, Ке 1510 Тираж 1068 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2