Изометрическая задающая система
Иллюстрации
Реферат
О П И С А Н И Е (п)920644
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советсиик
Социалистические
Республик (6I ) Дополнительное к авт. свил-ву (22)Заявлено 18. 06.80 (21) 2941588/18-24 (5! )М. Кл.
G 05 0 1/10 в 64 с 13/04 с присоединением заявки,%
Веударстеевиьй камитет
СССР ю делан кзааретеник и открытий (23) Приоритет
Опубликовано 1 . 04. 82. Бюллетень М 14 (53) УДК 621-327 (088. 8) Дата опубликования описания 15.04. 82 (72) Автор изобретения
K. К. Шатилов
Московское ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени высшее техническое училище им. Н.Э.Баумана (71) Заявитель (54) ИЗОИЕТРИЧЕСКАЯ ЗАДАЮЩАЯ СИСТЕМА
Изобретение относится к работо- технике, а именно к системам регулирования пространственным положением объекта и может применяться в . качестве органа ручного управления для одновременного регулирования шести параметров.
Известно многостепенное изометрическое задающее устройство, содержащее рукоятку, торец которой соединен с ортогональными упруги-., ми.стержнями, один из которых соединен через диафрагму с основанием, а другой — подшипником скольжения с тем же основанием. На упругих стержнях установлены тезнодатчики °
Устройство регистрирует усилия руки по нескольким направлениям в пространстве и преобразует их в электрические сигналы управления (13:
Однако конструкция данного устройства .является сложной, трение в подшипниках скольжения создает нелинейность характеристик, что ухудшает точность управления, Величина сигнала на выходе также зависит от места приложения усилия к рукоятке.
Известно задающее устройство, содержащее два упругих элемента, ортогональных друг другу, которые присоединены с одной стороны к торцу рукоятки, а с другой — к основанию.
На упругих элементах установлены
Ю тензодатчики, соединенные в мостовые cxBllbl и связанные с исfo÷íèêoì питания и выходами устройства. Усилие руки, прикладываемые к рукоят35 ке по двум рртогонал ьным напра влениям преобразуются в сигналы управления )2).
Однако в таком устройс1ве число. одновременно контролируемых пара20 метров ограничено, кроме того, усилия измеряются неточно, так как величины сигналов на выходах тензомостов зависят от места приложения усилий к рукоятке.
Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет увеличения числа одновременно измеряемых параметров, а также повышение точности измерения усилий руки место приложения котоl рых меняется в ограниченной области по рукоятке. Такое устройство необходимо для одновременного управления объектом в пространстве по шести степеням свободы, три из которых соответствуют местоположению объекта, а три других - его ориентации.
Поставленная цель достигается тем, что в изометрической задающей системе, содержащего ортогональные друг другу два упругих элемента, скрепленные между собой, основание скрепленное с одним из упругих элементов, рукоят ку скрепленную одним на торце с другим упругим элеменfoM, и тензодатчики, установленные на упругих элементах и связанные в мостовые схемы, подключенные к источнику питания и выходам системы, в ней установлены дополнительные ортогональные друг другу два упругих элемента, жестко скрепленные между собой с одной стороны, а с другой стороны - с основанием и другим торцом рукоятки, причем упругие элементы, жестко скрепленные с торцами рукоятки, расположены по ее оси, а упругие элементъ, жестко скрепленные с основанием, составляют с упругими элементами, жестко скрепленные с торцами рукоятки, цилиндрические пары вращения, оси которых параллельны друг другу, а тензодатчики, связанные в мостовые схемы размещены на симметричных упругих элементах.
Такая конструкция проста в изготовлении и позволяет точно и одновременно регистрировать усилия и моменты руки человека по шести степеням свободы и использовать их для адекватного управления объектом в пространстве.
0644 коятки.
1О
4 элементы 2 и 3, являющиеся ее продолжением, основание 4, к которому торцами жестко присоединены два упругих элемента g и 6 и два штифта 7 и 8, соединяющие концы упругих элементов 2 и 6, 3 и 5 Тензодатчики
32, составляющие мостовые схемы, разнесены на симметричные упругие элементы 2 и 3, 5 и 6, укрепленные на противоположные торцы рукоятки
Тензодатчики 9 — 24, расположенные на упругих элементах 2 и 3 жестко соединенных с рукояткой 1, соединены в четыре .мостовые схемы, причем один тензодатчик 8 (11, 13 и 15) соединен одним концом с тензодатчиком 10 (12, 14 и 16), расположенным на противоположной стороне того-же упругого бруска 2 (3!, а. другим концом — с тензодатчиком 12 10, 16,14), расположенным на протиповоложной стороне другого упругого элемента 3 2) и образуют два моста 9 - 12, 13 - 16, регистрирующие усилия в направлениях Z и Х, перпендикулярном и параллельном плоскости основания и ортогональных продольной оси (рукоятки. Другой, соседний тензодат чик 17 (21, 20 и 24, соединен одним концом с тензодатчиком 18 (22, 19 и 23), расположенным на противоположной стороне того же упругого элемента 2 \ 3,, à Blорым концом с тензодатчиком 19 (23, 18 и 22), расположенным с той же c opoHbl другого упругого элемента 3 (2), и образуют два моста 17 — 20, 21 — 24, регистрирующие моменты вращения вокруг выше упомянутых направлений
Х и l . Тензодат чики 2 — 28, расположенные под углом в 45 к продольной оси рукоятки, соединены в мостовую схему, регистрирующую момент вращения вокруг продольной оси Y
Тензодатчики 29 — 32, расположенные на внутренних плоскостях других упругих элементов 5 и 6, соединены в мостовую схему, регистрирующую силы в направлении продольной оси ру55
На фиг.1 приведена схема задающей системы; на фиг.2 - изображение системы в прямоугольных проекциях; на фиг.3 - схемы совпадения тензодатчико в.
Изометрическая задающая система содержит рукоятку 1, к торцам которой жест ко присоединены упругие
Система работает следующим образом.
При приложении сил и моментов к рукоятке 1 в упругих элементах 2; и 6 возникают деформации, которые преобразуются тензодатчиками в электрические сигналы. И на выходах тензометрических мостов появ9/0644!
20
Формула изобретения ляют cR сигналы, пропорциональные проекциям сил на оси координат ус iройст ва Х, Y, Z и проекциям моментов вокруг соответствующих осей.
Например, при приложении силы в направлении продольной оси рукоятки деформации возникают во всех упругих элементах 2, 3, 5 и 6. Однако наибольшие деформации будут в элементах 5 и 6, так как приложенная сила вызывает их изгиб. Деформации других упругих элементов 2 и 3 значительно меньше, так как приложенная сила вызывает растяжение одного и сжатие другого. Кроме того, так как половины тензометрических мостов 9 — 12, 13 .- 16, 17 - 20, 21 - 24, 25 — 28 расположены íà упругих элементах 2 и 3 с противоположным знаком деформации, поэтому, при одинаковых величинах сопротивлении тензодатчиков, происходят взаимные компенсации и на выходах этих мостов сигналы отсутствуют.
Таким образом, вертикально направ- 25 ленные силы вызывают лишь разбаланс одного тензометрического моста 29 - 32.
Аналогичные компенсации происходят и при действии сил по другим направлениям. Бсли направление силы отли-, тВ чается от направления осей координат устройства, то на выходах тензомет рических мостов 13 — 16,29 — 32 и 9 — 12 появят ся сигналы, пропорциональные проекциям силы на соот— вет ствующие оси координат устройства Х, 1, 2 . Небольшие смещения руки вдоль рукоятки 1, т.е. смещение места приложения силы, вызывают увеличение деформации, например, в верх- 40 нем упругом элементе 2, но при этом в нижнем упругом элементе 3 деформация пропорционально уменьшится. Та,.ким образом, при постоянной силе смещение места приложения ее вдоль 4> рукоятки не изменит величину сигна, ла на выходе устройства. Подобные компенсации происходят и при разделении действия сил и моментов в различных направлениях.
Изометрическая задающая система позволяет точно и одновременно регистрировать силы и моменты руки человека в пространстве по шести степеням свободы, без взаимных влияний друг на друга. Три степени свободы соответс<вуют трем координатам пространства х, т, 2, а три других врашен<«т кисти руки вокруг каждой из них. В 10 время как известная система регистрирует лишь ограниченное число направлений. Кроме того, передаточные характеристики системы линейны, так как перемещения элементов практически отсутствуют в связи их жестким связям. Система может также измерять усилия руки, место приложения которых меняется в ограниченной области вдоль рукояткии, что повышает точность регистрациии сигналов управления. Дополнительным преимуществом является также простота конструкции, не требующая для изготовления сложных техн<>логических операций, и малые габариты, что позволяет использоват ь устройство при ограничениях рабочего пространства оператора. Известные же шестистепенные задающие устройства конструктивно сложны и т рудоемки в изготовлении.!
Устройство может быт ь использовано в качестве органа ручного управления для регулирования пространственным положением объекта одновременно по шести степеням свободы, например, в полуавтоматических режимах управления местоположением и ориентацией захвата манипулятора.
Использование устройства для управления по вектору силы, захватом манипулятора, при выполнении операции с кинематически связанными объектами или в случае преодоления неизвестных внешних сил, позволяет оператору дополнительно ощущать величину и и направление усилия, развиваемого зах ват ом.
Изометрическая задающая система, содержащая ортогональные друг другу два упругих элемента, скрепленные между собой, основание, скрепленное с одним из упругих элементов, рукоятку, скрепленную на торце с другим упругим элементом, и тензодат чики, установленные на упругих элементах и связанные в мостовые схемы, подключенные к ис.точнику питания и выходам системы, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных возмо<«ностей и повышения точности системы, в ней установлены д<п< l íèòåëü-. ные ортогональные друг другу два упругих элемента, жестко скрепленные между собой с одной стороны, а с другой стороны — с основанием и другим торцом рукоятки, причем упругие элементы, жестко скрепленные с торцами рукоятки, расположены по ее оси, а упругие элементы, жестко скрепленные с основанием, составляют с упругими элементами, жестко скрепленными с торцами рукоятки, цилиндрические пары враще920644 ния, оси которых параллельны друг другу, а т ензодат чики, связанные в мостовые схемы, размещены на симметричных упругих элементах.
5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Медведев В.C Лесков А.Г., Ющенко Л.С. Система управления манипуляционных роботов. М., "Наука", 1О 1978, с. 174-188.
2, Патент CUN 3447766, кл, 244-83, 1969 прототип .
920644
MO&eern Cunbi нрпр гх и 2
МОМРНтт с. о у мау» лс»
Составитель О.Будкова
Техред Ж. Кастелевич Корректор В.Синицкая
Редактор М.Товтин
Заказ 2339/52 Тираж 908 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4