Приводной шарнир манипулятора Советский патент 1991 года по МПК B25J17/00 B25J9/08 

Изобретение относится к робототехнике, в частности к механическим системам приводов промышленных роботов, создаваемых по модульному принципу для автоматизации технологических процессов.

Цель изобретения - повышение долговечности и коэффициента полезного действия за счет уменьшения потерь на трение.

На фиг. 1 представлен шарнир, общий вид, разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Приводной шарнир выполнен в виде корпуса 1, в котором размещена механическая передача, кинематически связанная с электродвигателем 2. Выходной вал электродвигателя имеет зубчатое колесо 3, образующее зубчатое зацепление с промежуточным колесом 4. Число колес 4 может

быть два и более, что позволяет более равномерно передать крутящий момент на внутренний зубчатый венец 5 генератора 6 волн. Каждое промежуточное колесо 4 установлено на подшипнике 7 качения, внутреннее кольцо которого зафиксировано в корпусном стакане посредством двух шариков 8, что позволяет самоустанавливаться сопрягаемым зубчатым колесам 3 и 4 и генератору 6 волн. Генератор б волн установлен на корпусном стакане 9 на опорах качения. На наружной поверхности генератора волн, в местах, соответствующих вершине волны деформации, установлены диаметрально два (при двухволновой схеме) полукольца 10, выполненных из постоянного магнита, полюса которого расположены с торцов. В корпусе 9 на насыпных шариковых опорах 11 установлено жесткое

О

VI ел о VI ю

зубчатое колесо 12, имеющее внутренний цевочный зубчатый венец 13. Внутри колеса 12 под венцом 13 установлен кольцевой постоянный магнит 14, причем само кольцо 12 сделано из ферромагнитного мате- риала и жестко связано с выходным валом 15 через втулку 16, выполненную из немагнитного материала. Регулировка осевого положения колеса 12 в сборе с валом 15 осуществляется при сборке шариковых опор 11 за счет натяжной гайки 17. В зацепление с венцом 13 колеса 12 входят бочкообразные ролики 18, торцы которых охвачены двумя кольцевыми пружинами 19 (например в виде резиновых колец). При этом торцы роликов 18 свободно размещены в соответствующих радиальных пазах 20 двух соосно расположенных дисков 21, которые жестко связаны с корпусным стаканом 9. Каждый диск 21 имеет два кольцевых подмагничивающих элемента 22, которые могут быть выполнены либо в виде мощных постоянных магнитов, либо электромагнитов, которые обеспечивают соответствующую величину магнитного поля в зоне зацепления, а также подпитку полей полюсов постоянных кольцевых магнитов.

Глубина радиальных пазов 20 дисков 21 одинакова и выбрана таким образом, что- бы в зоне малой оси деформации генератора волн между роликами 18 и генератором 6 волн существовал зазор 23, а в зонах большой оси деформации генератора б волн величина зазора 24 определяется величи- ной передаваемого крутящего момента и силой магнитного поля. Расчет сил постоянного магнитного поля, воздействующих на ролики 18, производится для номинальной величины передаваемого крутящего момента и нулевого значения зазора 24. В случае передачи крутящего момента, большего по величине, чем его номинальное значение, возникает относительно небольшое силовое взаимодейст- вне генератора 6 волн и роликов 18 в зонах большой оси деформации. В случае передачи крутящего момента, меньшего по величине, чем его номинальное значение, магнитное поле в зубчатом зацеплении ко- леса 12 и роликов 18 и в кинематической паре ролики 18 - генератор 6 волн выступает в роли воздушной прослойки, обеспечивающей устранение трения качения. На корпусе 1 может быть установлена пли- та 25, по которой элементы шарнира базируются на других элементах в конструкции манипулятора, а на выходном валу 15 шарнира может быть установлен ведущий шкив 26 с ремнем 27 ременной

передачи для передачи движений другим элементам конструкции манипулятора.

Шарнир работает следующим образом.

От системы управления (не показана) подается сигнал на включение электродвигателя 2. При этом начинает вращаться выходной вал, а его зубчатый венец передает вращение через промежуточное зубчатое колесо 4 на генератор 6 волн. Полукольца 10, выполненные из постоянного магнита, своими полюсами ориентированы на одноименные полюса роликов 18 и зубчатого венца 13 жесткого колеса 12. При вращении полуколец 10 вместе с генератором 6 волн силы магнитного поля отталкивают соответствующие ролики 18 и вводят их в зацепление с зубчатым венцом 13, причем представленная ориентация полюсов постоянных магнитов 14 и взаимодействие полей дисков 10 и роликов 18 под номинальной нагрузкой значительно уменьшают силовое взаимодействие указанных элементов, а следовательно, уменьшают силы трения скольжения, износ и повышают КПД и долговечность в шарнире. Вместе с тем на холостом ходу воздействие магнитного поля практически исключает силовой контакт между зубчатым венцом 13 и роликами 18 и генератором 6 волн, что также положительно сказывается на долговечности передачи и ее КПД. Подмагничивающие элементы 22, во-первых, обеспечивают соответствующее намагничивание торцов роликов 18, а во- вторых, уменьшают трение торцов этих роликов в радиальных пазах 20 неподвижных дисков 21.

После поворота генератора 6 волн соответствующие ролики 18 выходят из зацепления с зубчатым венцом 13 под действием отталкивающих сил магнитного поля и двух кольцевых пружин 19, и располагаются на дне радиальных пазов 20 с гарантированным зазором 23 по отношению к внешней поверхности генератора 6 волн, а в зацепление входят другие ролики, располагающиеся над генератором волн. Вследствие наличия бегущей волны деформации, определяющей зацепление роликов 18 с зубчатым венцом 13, происходит поворот колеса 12, а вместе с ним - выходного вала 15. Передаточное отношение такой зубчатой передачи определяется разностью числа зубьев венца 13 и числа роликов 18. При этом следует отметить, что обычная в волновых передачах эта разница не более четырех, что определяется только величинами внутренних напряжений в гибком колесе. В предложенном шарнире эта разница не имеет такого ограничения, а еледовательно, позволяет получать любые передаточные отношения. Боч(сообразность роликов 18, наряду с их свойствами магнитного подвешивания, за счет определенной полюсной ориентации генератора б волн, зубчатого колеса 12 и подмагничивающих элементов 22 обеспечивает их самоустановку и симметричное расположение относительно оси генератора волн и оси зубчатого венца 13. Целесообразно внешнюю поверхность генератора волн выполнять вогнутой формы (фиг.2), радиус кривизны которой равен радиусу кривизны роликов 18.

Формула изобретения Приводной шарнир манипулятора, содержащий входное и выходное звенья и волновую передачу, генератор волн которой кинематически связан с одной стороны с двигателем, а с другой стороны - с роликами, которые в свою очередь образуют цевочное зацепление с жестким зубчатым колесом, жестко связанным с выходным эвеном, при этом один торец каждого ролика расположен в соответствующем радиальном пазу первого неподвижного диска, установленного

14

5

0

5

в корпусе передачи соосно с генератором волн, а все ролики охвачены кольцевыми пружинами, отличающийся тем, что, с целью повышения долговечности и КПД за счет уменьшения потерь на трение, он снабжен вторым неподвижным диском, выполненным аналогично первому и жестко установленным в корпусе напротив первого диска и соосно с ним, а также двумя кольцевыми подмагничивающими элементами, которые жестко установлены в каждом неподвижном диске друг против друга и соосно с генератором волн, при этом генератор волн выполнен из немагнитного материала и на его наружной поверхности установлены два дополнительно введенных постоянных магнита, каждый из которых имеет форму полукольца, причем ролики выполнены бочкообразными из ферромагнитного материала и их вторые торцы расположены в радиальных пазах второго неподвижного диска, а жесткое зубчатое колесо волновой передачи выполнено с зубчатым венцом из постоянного магнита, полюса которого расположены у торцов этого венца напротив одноименных полюсов магнитных полуколец генератора волн.

12

18

13

Изобретение относится к робототехнике, в частности к механическим системам приводов промышленных роботов, соэдава1- емых по модульному принципу для автоматизации технологических процессов. Цель изобретения - повышение долговечности и коэффициента полезного действия за счет уменьшения потерь на трение. Второй неподвижный диск выполнен аналогично первому и жестко установлен в корпусе напротив первого диска и соосно с ним. Два кольцевых подмагничивающих элемента жестко установлены в каждом неподвижном диске друг против друга и соосно с генератором волн. Последний выполнен из немагнитного материала, и на его наружной поверхности установлены два постоянных магнита, каждый из которых имеет форму полукольца. Жесткое зубчатое колесо волновой передачи выполнено с зубчатым венцом из постоянного магнита, полюса которого расположены у торцов этого венца напротив одноименных полюсов магнитных полуколец генератора волн. 2 ил. fe

Фиг.1

19 18