Очувствленное запястье манипулятора Советский патент 1987 года по МПК B25J19/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в робототехнических устройствах.

Цель изобретения- повьшение избирательности информации очувствления и расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 изображен информационны блок для измерения боковых моментов, действующих вдоль осей X и Y (дополнительный информационный блок); на фиг. 2 - информационный блок для измерения боковой силы, действующей вдоль оси X (первый основной информационный блок); на фиг. 3 - информа- ционньм блок для измерения боковой силы, действующей вдоль оси Y (второй основной информационный блок); на фиг. 4 - очувствленное запястье, общий вид.

Информационный блок 1 для измерения боковых моментов, действующих вдоль осей X и Y (фиг. 1), состоит из первого 2 и второго 3 жестких со- осных кольцевых оснований одинакового диаметра, соединенных двумя упругими балками 4, на которых размещены тензодатчшси 5, двумя упругими балками 6, на которых размещены тензодат- чики 5, и четырьмя упругими балками 7. Оси балок 4 перпендикулярны плоскостям оснований 2 и 3, параллельны оси Z и лежат в диаметральной плоскости OYZ. Оси балок 6 перпендикулярны плоскостям оснований 2 и 3, параллельны оси Z и лежат в диаметральной плоскости OXZ. Оси балок 7 пара- лельны плоскостям оснований 2 и 3.

Информационньй блок 8 для измерения боковой силы, действующей вдоль оси X (фиг. 2), состоит из первого 9 и второго 10 жестких соосных кольцевых оснований, соединенных двумя параллельными упругими балками 11 с тензодатчиками 5. Оси 11, перпендикулярные плоскостям оснований 9 и 10, лежат в диаметргшьной плоскости OXZ.

45 зуемая компонента момента Мц вызывает в одной из балок 6 деформацию сжатия, а в другой - деформацию растяжения, балки 4 под действием момента Мц не деформируются. Деформации балок

информационный блок 12 дпя измере- Q 6 посредством тензодатчиков 5, разме- ния боковой силы, действующей вдоль „ , бапкак, преобразуются оси Y (фиг. 3), состоит из первого 13 и второго 14 жестких соосных кольцевых оснований, соединенных двумя параллельньии упругими балками 15с тензодатчиками 5, оси балок 15, перпендикулярные плоскостям оснований При действии каждой из компонент

момент My или Мц упругие балки 7 ис- пытьшают изгиб, поскольку их жеств электрический сигнал. При зтом в схеме моста, в который включены тен- зодатчики, сигналы, вызванные момен- 55 том Ми, суммируются.

3 и 14, лежат в диаметральной плоскости OYZ.

Для одновременного преобразования компонент силы по осям X и Y и компонент по осям X и Y конструкция очувствленного запястья содержит информационные блоки 1, 8 и 12 (фиг.4). При этом второе кольцевое основание 3 информационного блока 1, измеряющего боковые моменты М и Мц, жестко соединено, с вторым кольцевым основакием 10 информационного блока 8, измеряющего боковую силу Fy, так, что упругие балки 11 информационного блока 8 находятся внутри информационного блока 1. Первое кольцевое основание 9 информационного блока 8, измеряющего боковую силу F 5 жестко соединено с первым кольцевым основанием 13 информационного блока 12, измеряющего боковую силу FM , так, что упругие балки 15 информационного блока 12 находятся внутри информационного блока 8.

S Все информационные блоки включены в силовую цепь последовательно, поэтому между первым и вторым основаниями каждого информационного блока действуют все шесть компонент силы и момента, приложенных к запястью.

Дополнительный информационный блок 1 для измерения боковых моментов, действующих вдоль осей X и Y, работает следующим образом.

Преобразуемая компонента момента

My вызывает в одной из балок 4 деформацию сжатия, а в другой - деформацию растяжения, балки 6 под действием MX не деформируются. Деформации балок 4 посредством тензодатчиков 5, размещенных на этих балках, преобразуются в электрический сигнал. При этом в схеме моста, в который включены тен- зодатчики, сигналы, вызванные моментом М, суммируются. Другая преобразуемая компонента момента Мц вызывает в одной из балок 6 деформацию сжатия, а в другой - деформацию растяжения, балки 4 под действием момента Мц не деформируются. Деформации балок

6 посредством тензодатчиков 5, разме- „ , бапкак, преобразуются При действии каждой из компонент

Q 6 посредством тензодатчиков 5, разме- „ , бапкак, преобразуются При действии каждой из компонент

в электрический сигнал. При зтом в схеме моста, в который включены тен- зодатчики, сигналы, вызванные момен- 55 том Ми, суммируются.

3 - 13 кость мала по сравнению с жесткостью балок 4 или 6, испытывающих деформации сжатия - растяжения, наличие балок 7 мало влияет на деформацию балок 4 и 6.

При действии неизмеряемой компоненты момента М и компонент силы FV и FI, балки 4 и 6 испытывают дефор

X Ц

мации сдвига. При этом уровни возникающих паразитных деформаций тензо- датчиков существенно меньше, чем при действии преобразуемых компонент момента My и Мц. Кроме того, деформации балок 4 и 6 дополнительно уменьшены за счет того, что балки 7 испытывают деформации сжатия - растяжения при действии неизмеряемых компонент F, Fj. и М, что увеличивает жесткость информационного блока к этим компонентам и дополнительно т 1еньшает погрешность.

При действии неизмеряемой компоненты силы F все балки 4 и 6 одновременно испытывают деформации сжатия или растяжения. При этом в схемах мостов, в которые включены тензо- датчики 5, размещенные на указанных

Z ;

балках, сигналы, вызванные силой F. вычитаются, что увеличивает избирательность очувствления.

Информационный блок 8 для измерения боковой силы вдоль оси X (фиг.2) работает следующик образом.

Преобразуемая компонента силы F изгибает банки 11, деформации балок 11 посредством тензодатчиков 5, размещенных у заделок балок 11 в кольцевые основания 9, преобразуются в электрический сигнал. При это в схеме моста, в который включены тензодатчики, сигналы от F суммируются. зодатчики, сигналы от F суммируются.

T ТЛТ tr ОТЛ ОК|(2 ТЛ а V / ATt/Л T t f,-, «-.. .V

При действии неизмеряемой компоненты момента М,. и компоненты силы

При действии неизмеряемой компоненты момента М., и компоненты силы

F балки сжатия

11 испытывают деформации

ни

F,. балки 15 испытывают деформации

или растяжения, поэтому уров-45 сжатия или растяжения, поэтому уровни возникающих паразитных деформа- возникающих паразитных деформаций суций существенно меньше, в схеме моста соответствующие сигналы вычитаются что дополнительно уменьшает погрешность от неизмеряемых компонент

щественно меньше, -чем при действии преобразуемой силы Fn , кроме того, IB схеме моста соответствующие сигна- 50 лы вычитаются, что дополнительно уменьшает погрешность от неизмеряемых компонент F и М.

F и My.

При действии неизмеряемой компоненты силы F и компоненты момента MX балки 11 испытывают изгиб в направлении наибольшей жескости, поэтому уровни возникающих паразитных деформаций тензодатчиков существенно меньше, чем при действии преобразуе0846815

fO

20

25

4

мой компоненты силы F и погрешность

от неизменяемых компонент Fu и М невелика.

Высокая избирательность в статике (отношение сигнала от измеряемой компоненты к сигналу от неизмеряемых компонент) обеспечивается выполнением, соотношения, полученного эмпирически А л Ё:В;( I )

где Н - толщина балбк I1 информационного .блока 8 (размер в направлении, перпендикулярном плоскости наклейки тензодатчиков) , мм;

А - ширина этих балок (размер в плоскости наклейки тензодатчиков) ,мм;

R - длина упругих балок I1 второго информационного блока 8, мм;

D - расстояние от геометрического центра датчика до точки приложения сил (середины захвата) , мм;

К - безразмерный эмпирический коэффициент, изменяющийся в пределах 0,02-0,5 в зависимости от необходимой избирательности и формы поперечно- 30 о .го сечения упругих балок 11. Информационный блок I2 для измерения боковой силы вдоль оси Y (фиг. 3) работает следующим образом.

Преобразуемая компонента силы „ 35 изгибает балки 15, деформации балок 15 посредством тензодатчиков 5, размещенных у заделок балок 15 в коль- вые основания 13 и 14, преобразуются в электрический сигнал. При этом в 40 схеме моста, в которьш включены тензодатчики, сигналы от F суммируются

f,-, «-.. .V

При действии неизмеряемой компоненты момента М., и компоненты силы

щественно меньше, -чем при действии преобразуемой силы Fn , кроме того, B схеме моста соответствующие сигна- лы вычитаются, что дополнительно уменьшает погрешность от неизмеряемых компонент F и М.

При действии неизмеряемой компо- ненты .силы F и компоненты момента Мц балки 15 испытывают изгиб в направлении наибольшей жесткости, поэтому уровни возникающих паразитных деформаций тензодатчиков существенно

меньше, чем при действии преобразуемой компоненты силы Гц, и погрешность от неизмеряемых компонент F, и M tj невелика.

Высокая избирательность в статике (отношение сигнала от измеряемой компоненты к сигналу от неизмеряемых компонент) обеспечивается выполнение соот.ношения, полученного эмпирич€;ски

H K A-iR:D; (2) где Н - толщина балок 15 информационного блока 12 (размер в направлении, перпендикулярном плоскости наклейки тензодат- чиков), мм;

А - ширина этих балок (размер в плоскости наклейки тензодат- чиков), мм;

R - длина упругих балок 15 информационного блока 12, мм; I) - расстояние от герметрическо- го центра датчика до точки приложения сил (середины зах вата), мм;

К - безразмерный эмпирический коэффициент, изменяющийся в пределах 0,02-0,5 в зависимости от необходимой избирательности и формы поперечного сечения упругих балок 15.

Высокая изб1 рательность очувствления в статике достигается выполнение информационных блоков с соотношениями размеров, заданных эмпирическими формулами (1) и (2).

Высокая избирательность очувствления в динамике, т.е. малая динамическая погрешность, обеспечивается высо- д кой низшей собственной частотой колебаний запястья с присоединенным к нему инерционным захватом за счет высокой жесткости запястья к боковым

ЧТО 1ЮС РИГ г1 ТС1.Я - t- л

45 нием второго основного информацион

моментам М и Мц,

счет следующих признаков:

I. Очувствленное запястье манип t5 лятора, содержащее два основных ин формационных блока, каждый из кото рых состоит из двух оснований и уп ругих балок с тензодатчиками, расположенными на одной из граней каж дой из них, отличающеес тем, что, с целью повышения избир тельности информации очувствления и расширения функциональных возмож ностей, оно снабжено дополнительным информационным блоком, содержащим основания, выполненные в виде коле которые расположены соосно, и четы ре упругие балки, связьгоающие эти основания, на одной из граней кажд из которых, расположенной в радиал ной плоскости оснований, установле тензодатчики, а балки расположены по окружности и равноотстоят одна другой, при этом основания основны 35 информационных блоков выполнены в де колец, которые расположены соос но и соединены с каждом блоке двум диаметрально противоположно распол женными упругими балками, грани ко с установленными на них тензод чиками расположены перпендикулярно диальным плоскостям оснований,а од из оснований первого основного инфо мационного блока соединено с основ

расположение упругих балок 11 и 15 основных информационных блоков 8 и 12, преобразующих компоненты силы F и Fn (фиг. 2 и 3), в виде параллелограмма увеличивает их жесткость к моментам, перпендикулярным плоскостям балок; выбор сечения балок II и 15 основных информационных блоков 8 и 12, преобразующих компоненты силы F и F (фиг. 2 и 3), в соответствии с эмпирическими формулами (1) и (2) увеличивает их жесткость к моментам, параллельным плоскостям балок; переход

ного блока, упругие балки которого расположены внутри первого основно го информационного блока и сдвинуты относительно его упругих балок на

50 90 , причем все информационные блок расположены соосно, а одной из осно ваний дополнительного информационно го блока соединено с вторым основан ем первого основного информационног

55 блока, балки которого расположены внутри этого блока.

2. Запястье манипулятора по п. 1 отличающееся тем, что

от изгибного упругого элемента в известном устройстве к упругому элементу сжат ия - растяжения в дополнительном информа1;ионном блоке 1 , пре- образующем боковые моменты М и Мм, позволяет существенно повысить жесткость к этим моментам, поскольку упругие балки 4 и 6 параллельны оси Z и работают на сжатие - растяжение под

действием компонент MV и М,.о

Формула изобретения

I. Очувствленное запястье манипу- лятора, содержащее два основных информационных блока, каждый из которых состоит из двух оснований и упругих балок с тензодатчиками, расположенными на одной из граней каждой из них, отличающееся тем, что, с целью повышения избирательности информации очувствления и расширения функциональных возможностей, оно снабжено дополнительным информационным блоком, содержащим два основания, выполненные в виде колец, которые расположены соосно, и четы--, ре упругие балки, связьгоающие эти основания, на одной из граней каждой из которых, расположенной в радиальной плоскости оснований, установлены тензодатчики, а балки расположены по окружности и равноотстоят одна от другой, при этом основания основных информационных блоков выполнены в виде колец, которые расположены соос- но и соединены с каждом блоке двумя . диаметрально противоположно расположенными упругими балками, грани кото- с установленными на них тензодатчиками расположены перпендикулярно радиальным плоскостям оснований,а одно из оснований первого основного информационного блока соединено с основа

ного блока, упругие балки которого расположены внутри первого основного информационного блока и сдвинуты относительно его упругих балок на

50 90 , причем все информационные блоки расположены соосно, а одной из оснований дополнительного информационного блока соединено с вторым основанием первого основного информационного

55 блока, балки которого расположены внутри этого блока.

2. Запястье манипулятора по п. 1, отличающееся тем, что

упругих балок выбирается из го соотношения: ,

толщина балок;

ширина балок;

длина балок основных информационных блоков или средний радиус кольцевого основания дополнительного информационного блока;

84688

D - расстояние от геометрического центра балки до центра приложения сил, действующих на манипулятор,

К - безразмерньй эмпирический коэффициент, изменяющийся в пределах от 0,02 до 0,5 в зависимости от требуемой избирательности информации очувствления и формы поперечного сечения упругих балок.

fO

9

Фиг. 2

Фиг.. 3

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в робототехнических устройствах. Цель изобретения - повьшение избирательности информации очувствления и расширение функциональных возможностей. Три информационных блока 1,8 и 12, включенные в силовую цепь последовательно, посредством тензодатчиков 5, размещенных на упругих балках, преобразуют в электрический сигнал измеряемые величины: первую - боковые моменты, вторую и третью - боковые сипы. При этом тензодатчики 5 блоков расположены в плоскостях, перпендикулярных ра- .дисльным плоскостям, проходящим через упругие балки этих блоков. Высокая избирательность очувствления в статике (отношение сигнала от измеряемой силы к сигналу от неизмеряе- мык компонент) в динамике (т.е. малая динамическая погрешность) достигаются выполнением информационных блоко1В с соотношениями размеров, заданных эмпирическими формулами. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. о (Л о 00 4;: 05 00