Манипулятор А.И. полетучего Советский патент 1986 года по МПК B25J9/06 B25J17/00 

1

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в робототехнике.

Целью изобретения является улучшение динамических характеристик манипулятора путем обеспечения независимого реверса ведомых звеньев манипулятора.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема манипулятора; на фиг. 2 - шарнир манипулятора, продольный разрез.

Манипулятор содержит основание 1, подвижные звенья 2, 3 и 4 и схват 5. На основании 1 закреплен двигатель 6 с тормозом на постоянных магнитах, связанный посредством торсионного вала 7 с ведуш,им зубчатым колесом 8 конической передачи первого шарнира, соединяюш,его основание 1 со звеном 2. Ведущее зубчатое колесо 8 смонтировано на подшипниковых опорах 9 основания 1 и зацепляется с промежуточным коническим зубчатым колесом 10, установленным на подшипниковых опорах 11 вала 12 первого шарнира и зацепляющегося с ведомым коническим зубчатым колесом 13, смонтированным на подшипниках 14 на ведомом звене 2 и связанным торсионным валом 15 с ведущим зубчатым колесом 16 конической передачи следующего шарнира. На валу 12 первого шарнира, жестко связанном шлицами 17 с основанием 1, смонтирован на подшипниковых опорах 18, насаженных на вал 12 по скользящей посадке, генератор 19 волн волнового редуктора, на котором без возможности осевого перемещения закреплен якорь 20 электромагнитной муфты, статор 21, который соединен с валом 12. Генератор 19 волн через подшипники 18, ограниченные в осевом перемещении стопорным кольцом 22, нагружен пружиной 23 и располагается внутри гибкого колеса 24 волнового редуктора, жестко связанного с валом 12 и зацепляющегося с жестким колесом 25, смонтированным на ведомом звене 2, опирающимся через подшипниковые опоры 26 и 27, промежуточное зубчатое колесо 10 конической передачи и подшипники 11 на вал 12.

Кроме того, вал 12 первого шарнира имеет вторую опору на основание 1 через подшипники 11, промежуточное зубчатое колесо 10 конической передачи и подшипник 28.

С промежуточным коническим колесом 10 жестко связано ведущее зубчатое колесо 29 с внешними зубьями планетарной передачи, зацепляющееся с сателлитами 30, установленными на подщипниках 31 и осях 32 водила 33 и зацепляющимися с ведомым колесом 34 с внутренними зубьями планетарной передачи, жестко соединенной с генератором 19 волн. Водило 33 планетарной передачи смонтировано на подшипниковых опорах 35 и 36 с возможностью вращения относительно вала 12 и промежуточного зубчатого колеса. 10 конической передачи.

На шлицах 37 водила 33 установлен нагруженный пружиной 38 якорь 39 электро

247262

2

магнитной муфты, соединенный кулачками 40, представляющими собой мелкомодульные закругленные зубья с ведомым колесом 34. Статор 41 электромагнитной муфты закреплен на ведущем звене - основании 1.

Оси шарниров, т. е. оси валов 12, могут быть параллельны или пересекаться, что обеспечивает движение звеньев или в одной плоскости, или в пересекающихся плоскостях и тем самым расширяет зону

10 досягаемости манипулятора.

Манипулятор работает следующим образом.

В нерабочем состоянии манипулятора его подвижные звенья 2, 3 и 4 удерживаются от проворота посредством имеющегося в дви гателе 6 тормоза на постоянных магнитах. При включении двигателя 6 одновременно отключается его тормоз, при этом получают вращение торсионный вал 7, связанное с ним ведущее колесо 8, промежуточ2Q ное колесо 10 и ведомое колесо 13 конической передачи первого шарнира, торсионный вал 15, ведущее колесо 16 конической передачи следующего шарнира и т. д., т. е. получают вращение все элементы независимой кинематической цепи, состоящей из ко25 нических передач и торсионных валов. Вместе с промежуточным колесом 10 конической передачи вращается жестко связанное с ним ведущее колесо 29 с внешними зубьями планетарной передачи.

Если на статоры 21 и 41 электромаг нитных муфт напряжение не подается, то водило 33 планетарной передачи и ее ведомое колесо 34 с внутренними зубьями соединены торцовыми кулачками 40 и планетарная передача, включающая ведущее колесо 29, сателлиты 30, водило 33 и ведомое колесо 34, и связанный с ней генератор 19 волн волнового редуктора вращаются как одно звено, т. е. как одно целое. При этом направление вращения генератора 19 волн совпадает с направлением вращения проме40 жуточного колеса 10 конической передачи. Вращаясь, генератор 19 волн деформирует неподвижное гибкое колесо 24, которое, зацепляясь с жестким колесом 25, сообщает ему вращательное движение. Вместе с жестким колесом 25 вращается связанное с

45 ним звено 2, установленное на подщипни- ковых опорах 26 и 27. Вместе с ведомым звеном 2 поворачивается вокруг оси шарнира ведомое колесо 13 конической передачи, обкатываясь по промежуточному колесу 10.

Для реверсирования звена 2 подается напряжение на статор 41 электромагнитной муфты, который, притягивая якорь 39, выводит из соединения кулачки 40 и тем самым разъединяет водило 33 и ведомое колесо 34

55 с внутренними зубьями планетарной передачи. При этом водило 33 оказывается соединенным через шлицы 37 и якорь 39 с ведущим звеном (основанием 1), т. е. становится неподвижным. В этом случае движение

50

передается от ведущего колеса 29 сателлитам 30, которые, вращаясь на своих под- щипниках 31 вокруг осей 32, передают вращение ведомому колесу 34 и связанному с ним генератору 19 волн. При этом генератор 19 волн и промежуточное колесо 10 конической передачи имеют противоположное вращение. Соответственно, имеет противоположное вращение и ведомое звено 2. Если по условиям работы манипулятора ведомое звено 2 одного из щарниров не должно вращаться относительно оси шарнира, то отключается статор 41 одной электромагнитной муфты и включается статор 21 другой электромагнитной муфты. При этом якорь 39 под действием пружины 38 отойдет в исходное положение, а якорь 20 вместе с генератором 19 волн сместится в осевом направлении, притянется к статору 21 и станет неподвижным. Генератор 19 волн, перемещаясь в осевом направлении к статору 21, скользит своими подщипниковыми опорами по валу 12, а наружной поверхностью - по внутренней поверхности гибкого колеса 24. Перемещаясь в осевом направлении, генератор 19 волн увлекает связанное с ним ведомое колесо 34 плане2Q передавать прямое вращение, обратное вращение или фиксировать звенья одно относительно другого. При этом независимая кинематическая цепь, состоящая из торсионных валов и конических передач, постоянно работает и передает вращение до тех пор.

тарной передачи и выводит из соединения 25 пока работает приводной двигатель 6. При

кулачки 40, разрывая тем самым его связь с водилом 33. При неподвижном генераторе 19 волн и ведомом колесе 34 вращение от ведущего колеса 29 передается сателлитам 30, которые, обкатываясь по неподвижному ведомому колесу 34, вызывают свободное вращение водила 33 на опорах

30

отключении двигателя 6 срабатывает его тормоз на постоянных магнитах, независимая кинематическая цепь затормаживается и все звенья фиксируются. Для более надежной фиксации звеньев, особенно находящихся под нагрузкой, можно подавать нагружение на статор 21 электромагнитной муфты.

35 и 36 относительно вала 12, т. е. в этом случае планетарная передача работает по схеме планетарной передачи со свободным водилом. При этом движение от него никуда не передается, а ведомое звено 2 остается неподвижным при его надежной фиксации относительно ведущего звена основания 1.

При снятии напряжения со статора 21 генератор 19 волн под действием пружины

23 возвращается в исходное положение. Если в это же время напряжение не подается и на статор 41, то якорь 39 под действием пружины 38 также возвращается в исходное положение, при этом кулачки 40 входят в соединение, а водило 33 связывается с ведомым колесом 34 и генератором 19 волн.

Управление шарнирами является независимым и каждый из них посредством управляющих электромагнитных муфт может

передавать прямое вращение, обратное вращение или фиксировать звенья одно относительно другого. При этом независимая кинематическая цепь, состоящая из торсионных валов и конических передач, постоянно работает и передает вращение до тех пор.

пока работает приводной двигатель 6. При

25 пока работает приводной двигатель 6. При

30

отключении двигателя 6 срабатывает его тор- моз на постоянных магнитах, независимая кинематическая цепь затормаживается и все звенья фиксируются. Для более надежной фиксации звеньев, особенно находящихся под нагрузкой, можно подавать нагружение на статор 21 электромагнитной муфты.

.40-,.

3 f32Z5

2 г

20

Составитель А. Ширяева

Редактор М. КелемешТехред И. ВересКорректор В. Бутяга

Заказ 4063/18Тираж 1031Подписное

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

Манипулятор, содержащий основание с установленным на нем двигателем, кинематически связанным с механической рукой, состоящей из звеньев, соединенных меж. ду собой щарнирами, каждый из которых включает волновой редуктор, коническую передачу с ведущим, промежуточным и ведомыми колесами и две электромагнитные муфты, причем промежуточное колесо конической передачи установлено на валу, коаксиальном оси этого щарнира, а ее ведущее и ведомое колеса смонтированы соответственно на ведущем и ведомом звеньях механической руки, при этом гибкое колесо волнового редуктора жестко связано с осью шарнира, а жесткое колесо волнового редукБ у/////////////////. // тора - с ведомым звеном механической руки, кроме того, первое звено механической руки связано с основанием, а последнее - с захватным устройством, при этом конические передачи всех шарниров связаны между собой и с двигателем торсионными валами, отличающийся тем, что, с целью улучшения динамических характеристик манипулятора путем обеспечения независимого реверса ведомых звеньев, каждый из шарниров снабжен планетарной передачей, ведущее и ведомое колеса которой жестко связаны соответственно с промежуточным колесом коничееской передачи и с генератором волн волнового редуктора, а водило планетарной передачи установлено с возможностью вращения относительно оси шарнира, при этом статор одной электромагнитной муфты смонтирован на ведущем звене механической руки, а ее якорь связан с водилом планетарной передачи, установленным с возможностью взаимодействия с ведомым колесом планетарной передачи, причем статор и якорь другой электромагнитной муфты жестко закреплены соответственно на оси шарнира и на генераторе волн, подпружиненном относительно оси шарнира. 76 а & V) с ГС 4ib Ю Од ю 029 920272 25 fpas. /