Очувствленный манипулятор Советский патент 1985 года по МПК B25J11/00 

11 Изобрешгние относится к машиностроению и может быть использовано в робототехнических устройствах. Цель изобретения - упрощение конструкции и обеспечение надежности ма нипулятора расположением оптических каналов датчиков, На фиг. 1 изображен очувствлен- ный манипулятор, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. I; на фиг, 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - размещение элементов манипулятора на оптической оси Y; на фиг. 5 - экраны двух датчиков с фотоэлементами (на экраны нанесены теневые зоны от слоев, размещенных в центре чувствительного узла); на фиг. 6 - совмещенные проекции на экраны диафрагм и слоев с оптической осью Y в нейтральном положении схвата; на фиг. 7 - совмещенные проекции диафрагм и слоев на экраны одного датчика при действии на схват составляющих сил и моментов; на фиг. 8 - то же, для другого датчика. Очувствленный манипулятор состоит из механической руки 1, схвата 2, соединенного с механической рукой 1 посредством упругих элементов 3. Упругие элементы 3, например резиновые прокладки, прикреплены между поверхностью 4 детали 5 и поверхностью-6 механической руки 1. Чувствительный узел 7 включает в себя два датчика перемещения схвата, имеет относитель но подвижные части, перемещение кото рых происходит при воздействии на схват 2 сил и моментов. Сигналы, вырабатываемые чувствительным узлом 7, соответствуют компонентам относитель ного перемещения подвижных элементов в трех ортогональных направлениях X, Y и Z. Точка пересечения осей X, Y и Z лежит в центре чувствительного узла 7. В чувствительном узле 7 выполнены световые каналы 8 и 9. На оптической оси светового канала 8, совпадающей с осью X, последовательно размещены элементы одного из датчиков, источни 10 света, коллиматор П, прерыватель светового потока, выполненный в виде четырех диафрагм 12-15 и экран-16 На оптической оси .светового канала У совпадающей с осью Y, последовательно размещены элементы другого датчика: источник 17 света, коллиматор 18 прерыватель светового потока, выпол802ненный в виде четырех диафрагм 19-22 и экран 23. Диафрагмы 12 и 19 закреплены неподвижно на механической руке 1, а диафрагмы 13-15 и 20-22 закреплены на детали 5 и являются относительно подвижными частями чувствительного узла 7, при перемещении которых на выходе чувствительного узла 7 появляются сигналы, соответствующие вели- чине и направлению действукицих на схват 2 сил и моментов. Диафрагмы 14 и 21 лежат в ортогональных плоскостях, проходящих через центр чувствительного узла 7. Диафрагмы 12-15 и 19-22 представляют собой прозрачные пластины, на поверхности которых нанесены слои 243-1 светопоглощающего материала. Положительные направления действующих на схват 2 сил совпадают с направлениями осей X, Y и Z, силы обозначены соответственно F, Fj, Fj. Стрелками (фиг. 4) показаны положительные направления действующих на схват 2 моментов относительно осей X, Y и Z, моменты обозначены соответственно Н, М-j и М,. На экране 16 размещены фотоэлементы 32-37 для восприятия следующих составляющих сил и моментов: силы наклона F - фотоэлемент 32; Fy фотоэлемент 33; силы захвата F, фотоэлемент 34, F - фотоэлемент момента наклона MJ - фотоэлемент 36 J М - фотоэлемент 37. На экране 23 размещены фотоэлементы 34-39 для восприятия следующих составляющих сил и моментов: силы поворота Fj( - фотоэлемент 38 F фотоэлемент 39; момент поворота М фотоэлемент 40, iC - фотоэлемент 41; момент кручения фотоэлемент 42; Ml - фотоэлемент 43. В качестве фотоэлементов 32-37 используют фоторезисторы, чувствительные к :Изменению световрго потока, служащие для формирования сигнала, пропорционального освещенности его поверхности, что дает возможность контролировать не только направление, но и величину действующих на схват 2 сил и моментов. Фотоэлементы 34-41 вынесены на экранах 16 и 23 за пределы теневых зон от слоев 26 и 30, (фиг. 3), что обеспечивает восприятие чувствитель- ным узлом 7 -одновременно шести составляющих сил и моментов. Размеры слоев 24-31 определяются положением на экранах 16 и 23 фотоэлементов 32-43 и размерами активной поверхности последних. Перед началом работы очувствлен- ного манипулятора подвижные части чувствительного узла 7 находятся в нейтральном положении относительно центра подвижности, при этом слои 24-31 в световых каналах 8 и 9 блокируют световой поток, идущий от источников 10 и 17 к фотоэлементам 32-43 на экранах 16 и 23 (фиг, 6), Следовательно, на выходе чувствител ного узла 7 сигналы отсутствуют. Во время работы очувствленного манипулятора при контакте его с объ ектами схват 2 под действием сил и моментов смещается относительно механической руки 2. Вместе со схвато 2 происходит смещение относительно центра чувствительного узла 7 диафрагм 13-15 и 20-23. Смещение диафра 13-15 и 20-23 сопровождается изменением положения на экранах 16 и 23 проекций слоев 25-31 (фиг. 7 и 8). Если на схват 2 действует, например, составляющая силы , то проекции слоев 29-31 на экран 23 сдвигаются по оси X вправо относительно нейтрального положения (прое ция слоя 28 -неподвижна), при этом на экране 23 освещается часть актив ной поверхности фотоэлемента 38, фо тоэлементы 39-43 остаются неосвещен ными (фиг, 8 и 9). Фотоэлементы 32на экране 16 также остаются неосвещенными, так как под действием составляющей F слои 25-27 смещаются в световом канале 8 вдоль лучей. Площадь освещенной поверхности фотоэле мента 38 пропорциональна величине составляющей F, при использовании качестве фотоэлементов 32-43 фоторе зисторов на выходе из чувствительно го узла 7 появляется сигнал, соотв ствующий величине силы F, на схват 2 действует, напри мер, составляющая момента М;, то диафрагмы 20-22 вместе со схватом 2 поворачиваются вокруг оси X, при этом проекция слоя 29 сдвигается на экране 23 вниз по оси Z, проекция слоя 31 - вверх, а проекция слоя 30 также как и слой 28, остается неподвижной. Между слоями 29 и 31 образуется щель, через которую световой поток падает на активную поверхность фотоэлемента 41, фотоэлементы 38-40, 42 и 43 остаются неосвещенными (фиг. 6 и 9). Фотоэлементы 32-37 на экране 16 также остаются неосвещенными, так как поворот диафрагм 13-15 вокруг оси X существенно не изменяет блокировку светового потока в канале 8. Площадь освещенной поверхности фотоэлемента 41 пропорциональна величине составляющей М. При использовании в качестве фотоэлементов 32-43 фоторезисторов, на выходе из чувствительного узла 7 появляется сигнал, соответствующий величине момента Mjl. Действие на схват 2 любой из составляющих сил к моментов по трем ортогональным направлениям X, Y и Z или совместное действие нескольких составляющих приводит к появлению соответствуюпрсих сигналов на выходах 1 отоэлементов 32-43: выход фотоэлемента 32 - сигнал Fy; выход фотоэлемента 33 - сигнал выход фотоэлемента 34 - сигнал выход фотоэлемента 35 - сигнал выход фотоэлемента 36 - сигнал выход фотоэлемента 37 - сигнал М5; вьтцор, .фотоэлемента 38 - сигнал выход фотоэлемента 39 - сигнал F5I; выход фотоэлемента 40 - сигнал выход фотоэлемента 41 - сигнал выход фотоэлемента 42 - сигнал Mj,; выход фотоэлемента 43 - сигнал М. Таким образом,в предлагаемом устрс йстве обеспечивается восприятие действующих на схват сил и моментов раздельно по составляющим относительно осей X, Y и Z, причем разделение на составляющие осуществляется механически, без использования специальных электронных схем, сигналы о величине и направлении сил и моментов снимаются непосредственно с фотоэлементов чувствительного узла.

ОЧУВСТВЛЕННЬЙ МАНИПУЛЯТОР, содержавший захват, соединенный через упругие элементы с механической рукой, два датчика перемещения схвата относительно механической руки, каждый из которьос включает источник света, прерыватель светового потока и фотоэлементы, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и обеспечения надежности, оптические оси датчиков расположены взаимно перпендикулярно, источник света и фотозлементы каждого датчика установлены диаметрально противоположно на механической руке, а прерыватель светового потока выполнен в виде четырех , расположенных параллельно , одна из которых установлена на механической руке перед источником света, а другие - на схвате, при зтом средняя из диафрагм, установленная на схвате, расположена в плоскости, проходящей через продольную ось механической руки.,

1

Л

f3

Фиг 2

20

Фаг.4

фиг. 5

г

191280

31