Манипулятор
Иллюстрации
Реферат
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
Союз Совете кик
Социалистических республик
743861 т !
1 йиосЮ/! !.
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ кСТВУ:-, (бт ) glîïîëìïòåëi íîå к авт. свид-ву (22)Заявлено 26.06.75 (21) 2151319/18)М. Кл.
В 25 3 3/04 с присоединением заявки МВвуюрствквявй квинтет
СССР по калки втвврвтввкв и вткрмтвй (23) Приоритет
Опубликовано 30.06.80. Бюллетень Рй 2
Дата опубликования описания 30.06.80
) УЙК621.229. .72(088.8 ) А. E. Кобринский, А. И. Корендясев, Б. Л. Саламандра, В. В. Стаценко и Л. И. Тывес (72) Авторы изобретения
Государственный научно-исследовательский институт машиноведения им. академика А. A. Благонравова (7l) Заявитель (54) МАНИПУЛЯТОР
Изобретение относится к машиностроению и предназначено для усовершенствования манипуляторов, используемых для механических операций, производимых в опасных для здоровья человека зонах.
Известны манипуляторы с позиционным управлением, у которых все, звенья исполнительных органов копируют положения соответствующих звеньев задающих органов, поэтому при точной отработке локальных движений исполнительных органов они; требуют большого объема рабочего пространства задающих органов (1).
Известны также манипуляторы с астатическим управлением, содержащие задаю I5 щий и исполнительный органы с датчика ми положения, приводы, соединенные с ис полнительным органом, счетно-решающий блок, к первому входу которого подключены датчики положения задающего органа, ко второму входу -датчики положения scncut, нительного органа, а выход подключен к приводам исполнитвтьного оргайа 23.
Эти манипуляторы имеют при малом объеме рабочего пространства задающего органа низкую точность локальных движений.
Цепь изобретения — повышение точности локальных перемещений при малом объеме рабочего пространства задающего органа путем обеспечения наперед заданного соотношения между векторами перемещений конечных звеньев задающих и исполнительных органов манипулятора независимо от рассогласований его промежуточных звеньев.
Укаэанная цель достигается тем, что манипулятор снабжен соединенными последовательно ключом, блоком памяти, первым и вторым блоками сравнения, причем выход второго блока сравнения подключен к приводам исполнительного органа выход датчиков положения исполнительного, органа подключен к первому входу первого блока сравнения и входу ключа, выход бло-: ка памяти соединен со вторым входом счетно-решающего блока и вторым входом
74386 ь ((lао +co A;+p ))
Л ыЯ первого блока сравнения, выход которого подключен к первому входу второго блока сравнения, а выход счетно-решаюшего блока подключен ко второму входу второго блока сравнения.
Ири этом конструкция манипулятора упрощается, если блок памяти и первый блок сравнения выполнены в виде управляемых от ключа тормозов, установленных на звеньях исполнительного органа, потен- 10 циометрических датчиков углов между зве ньями исполнительного органа и потенциометрических синусно-косинусных датчиков этих углов, обмотки которых попарно смонтированы на корпусах, установленных 15 с возможностью перемещения относительно смежных звеньев, соединенных через упругий элемент и демпфер с одним из смежных звеньев, и фиксируемых с помощью тормоза относительно второго смеж- 20 ного звена, движок потенциометрического датчика угла жестко связан с первым из смежных звеньев, а движки потенциометрических синусно-косинусных датчиков этих углов жестко связаны со вторым из смеж- 25 ных звеньев.
На фиг. 1 изображена блок-схема манипулятора; .на фиг. 2 — кинематическая схема частного случая выполнения зада- ° ющего и исполнительного органов манипу30 лятора; на фиг. 3 — кинематическая схема установки элементов блока памяти и бл ка сравнения в шарнире исполнительного органа.
Манипулятор содержит задающий орган
1, исполнительный орган 2, датчики 3 положения задающего органа, датчики 4 положения исполнительного органа, приводы
5, счетно-решающий блок 6, ключ 7, блок
8 памяти, первый блок 9 сравнения, вто40 рой блок 10 сравнения, Задающие и исполнительные органы (фиг. 2) смонтированы на основании 11, Задающий орган содержит последователь15 ность шарнирно-соединенных звеньев 12, 13 и 14, связывающих шарнир 15 подвеса
"запястья" с основанием 11. Шарнир 15 имеет возможность перемещения в ограниченной области с центром в точке, коS0 торую он снимает при взаимно ортогональном положении звеньев 13 и 14 и при некотором, выбранном эа начальное, положении звена 12 относительно основания 11.
Эти положения звеньев 12, 13 и 14 при55 няты;за исходные. Для измерения отклонений этих звеньев от исходных положений служат датчики 16, 17 и 18 положения.
Сигналы датчика 16 пропорциональны от4 клонению d 9 „звена 12 от исходного положения сигналы датчика 18 пропорциЭ
Ф ональны отклонению 6 Р., звена 13 относительно звена 12 и, наконец, сигналы датчика 17 пропорциональны суммарному отклонению ЛУ =Ю Ь Ч звена 13 относительно звена 12 и звена 14 относительно звена 13. Суммирование достигается за счет использования механизма пантографа, выполненного на базе звеньев
13 и 14.
Исполнительный орган содержит последовательность шарнирно соединенных зве ньев 19 20 и 21, связывающих шарнир
22 подвеса запястья" исполнительного органа с основанием 11, а также приводы 23, 24 и 25, потенциометрические синусно-косинусные датчики 26, 27 и
28 углов между звеньями и потенциометрические датчики 29, 30 и 31 этих углов.
Конструктивно каждая пара датчиков
26 и 29, 27 и 30, 28 и 31 к шарниры, в которых они установлены, идентичны друг другу. Обмотки датчиков 28 и 31, расположенных в шарнире между звеньями 19 и 20 (фиг. 3), смонтированы на общем корпусе 32, установвленном с возможностью перемещения относительно звеньве 19 и 20 и связанном со звеном 19 упругим элементом 33 и демпфером 34.
Движок 35 потенциометра 31 укреплен на звене 19, а движки 36 и 37 потенциометра 28 — на звене 20. На звене 20 ус« тановлен управляемый от ключа тормоз
38, фиксирующий корпус 32 датчиков относительно звена 20, В отличие от . задающего органа, перемещения звеньев исполнительного органа могут быть значительными.
Для описанной кинематической схемы задающего и исполнительного органов ма нипулятора условия векторов малых отклонений шарнира 15 от исходного положения и шарнира 22 от некоторого произвольно-,, го положения, определяемого углами между смежными звеньями исполнительного органа, приводят к соотношениям
d î 05 S«
sin, + $т(Т, + Ъ ) р,к.(ф1,)(, " ют, и Р, соа Цат1 бж р
-gf соа(+ (), Б P где К вЂ” отношение длины звена 20
5 к длине звена 21;
В, Ы Д вЂ . программные.значения изменения соответствующих углов исполнительного органа;
<< yah <>hing - отклонения, задаваемые опе- 1о ратором.
Счетно-решающий блок 6 реализует вычисления в соответствии с этими соот ноше ния м и.
Манипулятор работает в двух режимах: 15 в режиме астатического управления и в режиме позиционного управления, При астатическом управлении оператор с помощью ключа 7 соединяет блок 8 памяти с датчиком 26, 27, 28 положения 20 звеньев 19, 20 и 21 исполнительного органа 12. При этом в процессе движения информация в блоке 8 памяти изменяется и поступает в счетно-решающий блок 6, где в соответствии с информацией о поло- 25 женин задающего органа 1, т.е, с информацией о требуемом направлении перемещения конечного звена исполнительного органа 2, происходит расчет тпебчемых изменений углов-между звеньями 19, 20 и ЗО
21. На входы первого блока 9 сравнения в этом случае поступа1от одинаковые сигналы, поэтому на его выходе нулевой сигнал, и второй блок сравнения 10 пропускает на приводы 23, 24 и 25 сигналы, вы-35 работанные счетно-решающим блоком 6, не изменяя их. Перемещения звеньев 19, 20, 21 исполнительного органа 2 осушест. вляются со скоростями, пропорциональными значениям д,д, д O . Эти 4О перемещения происходят до тех пор, пока имеются отклонения звеньев 12, 13 и
14 задающего органа от исходного положения. Вектор скорости перемещения запястья исполнительного органа 2 колли- 45 неарен вектору отклонении запястья задающего органа 1 от его исходного положения.
Работа в астатическом режиме позволяет вывести запястье исполнительного органа 2 в любую зону рабочего обьема и остановить его. В момент остаыовки задающий орган 1 находится в исходном состоянии, а исполнительный 2 — в некотором произвольном.
Позиционное управление позволяет осуществить тонкие, точные операции с малыми перемещениями. Переходя на поэицион- .
Ф
РМ(+5т(+ф)(ММ СО ф+4ф 5Ю f,)
Bmoc
743861 6 ное управление, оператор с помощью ключа 7 размыкает связь между датчиками положения 26, 27 и 28 звеньев 19, 20 и 21 задающего органа 2 и блоком 8 памяти. При этом в блоке 8 памяти запоминаются значения углов между звеньями
21 и 20, 19 и 20, 19 и 21 исполнительного органа 2, имевшие место в момент перехода с астатического управления на позиционное. Эта информация поступает в счетно-решающий блок 6 и в первый блок
9 сравнения, В процессе движения на второй вход перцого блока 9 сравнения поступает информация о действительных положениях звеньев 19, 20, 21 исполнительного органа 2, а с его выхода на вход второго блока 10 сравнения поступает информация об отклонениях звеньев 19, 20, 21 от м положений, которые они занимали в момент переключения управления. По-прежнему в счетно-решающем блоке 6 в соответствии с информацией о положении задающего органа 1 вырабатываются программные зна чения отклонений звеньев 19, 20, 21 исполнительного органа 2 от положений, которые они занимали в момент перектиочений управлений, эти значения сравнивают ся затем во втором блоке 10 сравнения с их действительными отклонениями, а их разность поступает на приводы 23; 24 и 25.
Приводы 23, 2А и 25 в соответствии с поступающими управляющими сигналами изменяют относительные положения звеньев
21 и 20, 19 и 20, 19 и 21 исполнительного органа 2, обеспечивая равенство задаваемых и отрабатываемых сигналов и, в конечном счете, равенство векторов перемещений запястий" задающего 1 и исполнительного 2 органов.
В описываемой конструкции элементы блока 8 памяти и первого блока 9 сравнения сосредоточены в конструктивно идентичных шарнирах исполнительного органа 2. Шарнир, связывающий звенья 19 и 20, показан на фиг, 3, Элементами бл< ка 8 памяти, смонтированными в этом шарнире, являются потенциометрические дат чики 28 синуса и косинуса угла между звеньями 19 и 20, а элементом первого ,блока 9 сравнения служит потенциометрический датчик 31 положения.
При астатическом управлении тормоз
38 отключен. При относительном перемещении звеньев 19 и 20 исполнительного органа 2 корпус 32 потенциометров 28 и 31 перемещается, увлекаемый упругим элементом 33 и демпфером 34. При аста743 тическом управлении сигнал датчика 31 положения не изменяется и равен нулю, а.сигналы синусно-косинусного датчика 28, снимаемые с движков 36 и 37, HccT Ba= ют и счетно-решающий блок 6.
При позиционном управлении тормоз 3 8 выключен. Тем самым фиксируются значения сигналов î cwycax и косинусах углов меж ду звеньями 19 и 20 в момент переключения режима управления, поступающих в 10 счетно-решавший блок, а сигналы потенциометрического датчика 31 положения поступают во второй блоксравнения, соответ-ствуя величине отклонения звеньев 19 и
20 от состояний, имевших место в момент переключения режима.
Манипулятор позволяет повысить производительность труда при проведении операций, требующих высокой точности движений в условиях стесненности рабочего про- 20 странства оператора. тельным органом, счетно-решающий блок, к первому входу которого подключены датчики положения задающего органа, о т— л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности локальных перемещений при малом объеме рабочего простран- . ства задающего органа, он содержит последовательно соединенные ключ, блок памяти, первый и второй блоки сравнения, причем выход второго блока сравнения подключен к приводам исполнительного органа, выход датчиков положения исполнительного органа подключен к первому входу первого блока сравнения и входу ключа, выход блока памяти соединен со вторым входом счетно-решающего блока и вторым входом первого блока сравнения, выход которого подключен к первому входу второго блока сравнения, а выход счетно-решающего блока подключен ко второму входу второго блока сравнения.
Формула изобретения
Манипулятор, содержащий задающий и исполнительный органы с датчиками положения, приводы, соединенные с исполниИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе
25 1. Патент США М 3280991, кл. 214-1, опублик. 1966.
2. Авторское свидетельство СССР
М 271252, кл. 8 25 7 3/04, 1969.
743861
Составитель В. Зорин
Редактор И. Нанкина Техред О. Легеза Корректор В. Сининкая
° Заказ 3752/3 Тираж 1033 Подлисное
UHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 "
Филиал ППП патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4