Телеуправляемый манипуляционный комплекс Советский патент 1992 года по МПК B25J9/00 

Изобретение относится к области управления манипуляционными системами, а именно к средствам для полуавтоматического управления, объектами, имеющими несколько степеней подвижности.

Целью изобретения является повышение эффективности управления..

На фиг. 1 изображена функциональная схема телеуправляемого манипуляционного комплекса (вид сверху на рабочую, зону манипулятора и вид сбйку на задающую рукоятку и указатель положения телекамеры); на фиг. 2 - задающая рукоятка и указатель положения телекамеры, вид сверху.

Телеуправляемый манипуляционный комплекс содержит манипулятор 1 с первым 2, вторым 3 и третьим 4 взаимно ортогональными, телескопическими перемещаемыми звеньями, задающую рукоятку 5, имеющую первую б и вторую 7 вращательные степени подвижности с взаимно ортогональными осями вращения и третью 8 телескопическую степень подвижности, ось которой перпендикулярна оси вращения второй степени 7 подвижности, первый 9, второй ТО и третий 11 датчики положения, установленные соответственно на первой 6, второй 7 и третьей 8 степенях подвижности задающей рукоятки 5, выходы которых электрически соединены с соответствующими входами следящих по скорости систем 12-14 управления соответствующими звеньями 2-4 манипулятора 1, указатель 15 положения телекамеры 16, механически соединенный с .четвертым датчиком 17 положения, выход которого электрически соединен с входом следяи1ей по углу системы 18 управления положением телекамеры 16 с осью 19 вращения, параллельной продольной оси третьего звена 4 манипулятора 1, и телемонитор 20.

Задающая рукоятка 5 установлена на поворотном основании 21 с осью 22 вращения, параллельной изображению на экране телемонитора 20 третьего звена 4 манипулятора 1, причем поворотное основание связано с указателем 15 положения телекамеры механической связью с передаточным

С

w

отношением, равным единице, таким, образом, что это основание 21 и указатель 15 (положения телекамеры имеют противоположные направления вращения, при этом в начальном положении 23 оптическая ось 24 телекамеры 16 параллельна продольной оси первого звена 2 манипулятора 1, а ось вращения первой степени 6 подвижности задающей рукоятки 5 параллельна плоскости экрана телемонитора 23.

Схват 25 манипулятора может занимать любое положение в рабочей зоне 26 манипулятора. С рабочей зоной манипулятора связана правая ортогональная система координат X, Y, Z таким образом, что движе- нию схвата вдоль осей координат соответствует телескопическое перемещение первого, второго и третьего звеньев манипулятора. Скорость движения схвата V имеет проекции на оси координат соответ- ственно Vx, Vy, Vz, что соответствует скоростям перемещения первого, второго и третьего звеньев манипулятора. С основанием 21, на котором установлена задающая рукоятка 5, связана система координат Х|, YI (фиг, 2). Ось Xi ортогональна оси вращения первой степени 6 подвижности, а ось YI ортогональна оси вращения второй степени 7 подвижности задающей рукоятки 5. Система координат Xi, YI расположена в пло- скости, перпендикулярной оси 22 вращения основания 21. Величина А отклонения задающей рукоятки имеет проекции на осях Xi, YI соответственно Axt, Ау1 и задает движения звеньев м-анипулятора Vx KAxi; , где К - коэффициент пропорциональности следящих систем, Телескопические перемещения третьей степени 8 подвижности задающей рукоятки 5 задают скорость Vz. Нулевым отклонениям в первой 6, второй 7 и третьей 8 степенях подвижности задающей рукоятки 5 соответствует не- подвижное положение звеньев манипулятора 1.

Телеуправляемый комплекс работает следующим образом,

Величину и направление скорости движения схвата 25 манипулятора оператор задает, отклоняя задающую рукоятку 5 в требуемом направлении. Сигналы, снимаемые с датчиков 9-11 положения, уста нов- ленных в соответствующих степенях подвижности задающей рукоятки 5 поступают на входы соответствующих следящих систем 12-14 и определяют скорости движения звеньев 2-4 манипулятора 1.

Вращая указатель 15 положения телекамеры, оператор задает необходимое в данный момент угловое положение телекамеры 16. Сигнал с выхода четвертого датчика 17 положения поступает на вход следящей системы 18 управления положения телекамеры, которая работает таким образом, что угол поворота телекамеры равен углу поворота указателя положения телекамеры. При любом положении телекамеры движению третьего звена манипулятора 1 соответствует движение изображения схвата манипулятора на экране телемонитора в направлении, параллельном оси 22 вращения основания 21.

В начальном положении, когда угол а равен нулю, оптическая ось 24 телекамеры 16 параллельна оси X, а ось Xi перпендикулярна поверхности экрана телемонитора. Для задания движения схвата манипулятора, например, в направлении, параллельном оптической оси телекамеры, оператор отклоняет задающую рукоятку в плоскости, перпендикулярной поверхности экрана телемонитора. Величина А отклонения задающей рукоятки при этом будет иметь проекции на осях Xi, YI соответственно и Ayi 0. Это соответствует движению первого звена 2 манипулятора вдоль оси X со скоростью , т. е. движению схвата манипулятора в направлении, параллельном оптической оси телекамеры.

Для задания любого другого положения Телекамеры 16, когда оптическая ось 24 отклонена от начального положения 23 на угол а, оператор поворачивает указатель 15 положения на угол а, при этом основание 21, на котором установлена задающая рукоятка 5, тоже поворачивается. Указатель 15 и основание 21 связаны механической связью с передаточным отношением, равным единице, и имеют противоположные направления вращени. Для задания движения схвата манипулятора в направлении, параллельном оптической оси телекамеры, оператор опять отклоняет задающую рукоятку в плоскости, перпендикулярной поверхности экрана телемонитора. Величина А отклонения задающей рукоятки (фиг. 2) в этом случае будет иметь следующие проекции на осях Xi, YI: a; a . Этому режиму будет соответствовать движение звеньев манипулятора со скоростями Vx KAcosa ; Vy KAsir. а. Схват 25 манипулятора 1 (фиг, 1} в этом случае будет двигаться тоже в направлении, параллельном направлению оптической оси телекамеры со скоростью V-KA. То есть в описываемой телеуправляемой манипуляционной системе при любом положении телекамеры 16 движению схвата 25 манипулятора 1 в направлении, параллельном оптической оси 24 телекамеры 16, соответствует отклонение задающей рукоятки 5

в плоскости, перпендикулярной поверхности экрана телемонитора 20.

При любом положении телекамеры 16 движению схвата 25 в направлении, ортогональном оптической оси 24 телекамеры 16, соответствует отклонение задающей рукоятки 5 в плоскости, параллельной поверхности экрана телемонитора 20. Тот же самый режим работы будет иметь место и при любом движении схвата 25 относительно о пти- ческой оси 24 телекамеры 16,

Преимуществом предлагаемого телеуправляемого манипуляционного комплекса является то, что при любом положении телекамеры 16 сохраняется неизменной взаи- мосвязь между направлением движения схвата 25 манипулятора 1, наблюдаемого на экране телемонитора 20, и направлением движения задающей рукоятки. Это существенно облегчает работу оператора, повыша- ет эффективность управления, а следовательно, производительность и точность работы оператора.

Ф ормул а изобретен ия . Телеуправляемый манипуляционный комплекс, содержащий многостепенной манипулятор, задающую рукоятку, имеющую

число степеней подвижности, равное числу степеней подвижности манипулятора, датчики положения, установленные в системах подвижности задающей рукоятки, выходы которых электрически соединены с соответствующими входами следящих систем управления соответствующих степеней подвижности манипулятора, указатель положения телекамеры, механически соединенный с соответствующим датчиком положения, выход которого электрически соединен с входом следящей по углу системы управления положения телекамеры, и телемонитор, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности управления, задающая рукоятка установлена на поворотном основании, ось вращения которого ориентирована относительно основания задающей рукоятки под тем же углом, под каким ось вращения телекамеры ориентирована относительно основания манипулятора, причем поворотное основание связано с указателем положения телекамеры, например, механической связью с передаточным отношением, равным единице, так, что это основание и указатель положения телекамеры имеют противоположные направления вращения.

Изобретение относится к полуавтоматическому телеуправлению манипуляторами. Цель - повышение эффективности телеуправления манипулятором, облегчение работы оператора, повышение качества и увеличение скорости выполнения операций. Задающая рукоятка (Р) установлена на поворотном основании (О), соединенном механической связью с указателем (У) положения телекамеры (Т). Оператор управляет положением Т, вращая У. При этом одновременно с У вращается О на котором установлена Р. В такой системе телеуправления манипулятором независимо от положения Т сохраняется неизменной зависимость между направлением движения Р и направлением движения схвата манимпулятора, наблюдаемым на экране телемонитора. 2 ил.

Физ.1