Исполнительный орган манипулятора Советский патент 1992 года по МПК B25J18/00 B25J1/02 

дов поворота подвижной опоры 2 качания плеча 3, качания предплечья и сгибания - разгибания кисти 6, имеют на выходных ступенях два зубчатых колеса, которые закреплены на смежном звене, развернуты и зафиксированы относительно друг друга, примем привод качания плеча расположен на подвижной опоре 2 таким образом, что его центр масс лежит на оси 1-1 поворота подвижной опоры, при этом приводы качания и ротации предплечья и привод сгибания-разгибания кисти расположены на предплечья так, что их центры масс лежат на оси IV-IV ротации предплечья, а приводы качания ротации предплечья расположены в его уравновешивающей части, причем привод ротации кисти и привод схвата расположены на кисти в ее уравновешивающей части таким образом, что их центры масс лежат нэ оси VI-VI ротации кисти. 2 ил.

Сущность изобретения: в качестве двигателей во всех приводах использованы высокомоментные низкооборотиые электродвигатели со встроенными тахогенераторами и тормозными муфтами, при згом редуктор каждого привода содержит два ряда зубчатых цилиндрических колес, расположенных симметрично относительно оси звена, на котором он установлен, а редукторы приво:сл ,00 М |

Изобретение относится к машиностроению, а именно к манипуляторам, работающим в условиях, где присутствие человека невозможно или нецелесообразно (например, при проведении ремонтных и демон- тажно-восстановительных работ на атомных электростанциях).

Известны исполнительные органы манипуляторов, содержащие закрепленные одним концом на поворотной платформе шарнирно соединенные звенья с размещенными на них приводами.

Известны также конструкции исполнительных органов манипуляторов, содержащих шарнирно соединенные подвижную и неподвижную опоры, плечо, предплечье, кисть, сменный инструмент и расположенные непосредственно на них приводы поворота этих звеньев.

В описанных исполнительных органах лабораторных манипуляторов УЭМ-2, УЭМ- 5, УЭМ-20 в качестве двигателей приводов использованы высокооборотные электродвигатели постоянного тока (ДПМ-25, ДПМ- 35) и серводвигатели (СД-75, СД-250), что определяет применение редукторов с высоким передаточным числом (i от 690 до 910), при этом обоснованное использование планетарных и волновых редукторов значительно усложняет конструкцию манипулятора из-за конструктивной сложности названных редукторов. Кроме того наличие люфта в волновом редукторе ограничивает возможности его применения в высокоточных манипуляторах. Выборка люфта в планетарном редукторе практически может быть осуществлена за счет значительного усложнения конструкции редуктора и технологии его изготовления и сборки. Для достижения наибольшей грузоподъемности в данных исполнительных органах манипуляторов использованы дополнительные механизмы (в том числе механизмы пружинного уравновешивания), утяжеляющие и усложняющие конструкцию. Приводы качания плеча, качания предплечья, сгибания-разгибания кисти в известных исполнительных органах установлены несимметрично относительно осей звеньев, на которых они располагаются, что

снижает динамические характеристики исполнительного органа за счет увеличения взаимного влияния движения отдельных звеньев. Наглядным подтверждением указанного снижения динамических характеристик является усложнение на 25-30% математической модели (точных уравнений динамики исполнительного органа, рассматриваемого как система твердых тел), т.е. при несимметричном расположении

центров масс относительно соответствующих осей вращения возникают моменты инерции, которые взаимно не компенсируются,

Цель изобретения - повышение удельной грузоподьемности, т.е. отношение массы поднимаемого груза к массе исполнительного органа, упрощение конструкции и повышение динамических характеристик.,,

Для достижения поставленной цели в известном исполнительном органе, имеющем шарнирно соединенные неподвижную и подвижную опоры, плечо, предплечье, кисть со сменным схватом и расположенными непосредственно на них приводами, в качестве двигателей во всех приводах использованы высокомоментные низкооборотные электродвигатели со встроенными тахогенераторами тормозными муфтами,

например, бесколлекторные двигатели типа ДВ, разработанные предприятием и имеющие отношение развиваемого момента к собственной массе двигателя в пределах 3- 4 Н.м/кг. Это позволяет более чем на порядок снизить передаточные числа редукторов (i от 25 до 70) при тех же скоростях перемещения исполнительного органа, значительно упростить их конструкцию и повысить удельную грузоподъемность ис полнительного органа манипулятора. Редуктор каждого привода содержит два ряда прямозубых цилиндрических колес, расположенных симметрично относительно продольной оси звена, на котором он установлен. Это позволяет уменьшить на 5-10% взаимное влияние движений звеньев манипулятора и использовать увеличивающуюся податливость редуктора для торсионной выборки люфта в приводе. Редукторы приводов поворота подвижной опоры, качания плеча, качания и ротации предплечья, а также сгибания-разгибания кисти имеют на выходных ступенях два зубчатых колеса, которые закреплены на смежном звене, развернуты и зафиксированы относительно друг друга, что позволяет конструктивно упростить выборку люфта в редукторах. Величина- угла относительно разворота выходных колес в каждом редукторе колеблется в пределах 1-2-х градусов, что позволяет выбрать люфт в редукторе и придать предварительное напряжение его деталям, составляющее приблизительно 20% максимального напряжения, соответствующего максимальной внешней нагруз- ке на выходном валу редуктора.

Для улучшения динамических характеристик манипулятора привод качания плеча расположен на подвижной опоре таким образом, что его центр масс лежит на оси по- ворота подвижной опоры, при этом приводы качания и ротации предплечья и привод сгибания-разгибания кисти расположены на предплечье так, что их центры масс лежат на оси ротации предплечья, а центры масс привода ротации кисти и привода схвата лежат на оси ротации кисш. Расположение приводов качания и ротации предплечья, а также приводов ротации кисти и схвата соответственно в уравновешивающих частях указанных звень- ев исполнительного органа позволяет уравновесить часть статической нагрузки на предплечье и кисть и повысить грузоподъемность без дополнительного увеличения общей массы манипулятора.

На фиг. 1 приведена кинематическая схема исполнительного органа манипулятора; на фиг. 2 - вариант его конструктивного исполнения (за исходное принято положе- ние исполнительного органа, показанное на фиг. 1 и 2, причем, все шарнирные оси находятся в плоскости чертежа).

Исполнительный орган манипулятора содержит неподвижную опору 1, к которой, с возможностью поворота относительно оси I-I, прикреплена подвижная опора 2. Плечо 3 присоединено к подвижной опоре 2 так, что может качаться относительно оси II-II. К плечу 3 прикреплено двухзвенное предплечье, в котором звено А обеспечивает качание предплечья относительно оси Ill-Ill, a звено 5 - ротацию предплечья вокруг оси IV-IV. К звену 5 предплечья, с возможностью сгибания-разгибания относительно оси V- V, прикреплена кисть 6. На кисти б, с возможностью ротации вокруг оси VI-VI, установлен привод 7 сменного схвата, осуществляющий рабочие движения губок схвата 0.

На фиг. 1 прямоугольниками обозначены расположенные непосредственно на звеньях конструкции приводы 13-17, вращающие эти звенья вокруг соответствую-- щих осей. Каждый привод представляет собой совокупность высокомоментного низкооборотного двигателя со встроенным та- хогенератором и электромагнитной тормозной муфтой, редуктора с двумя рядами прямозубых цилиндрических колес (на фиг. I показаны выходные ступени рядов) и датчика углового положения звена (поворотного трансформатора). Блок управления электроприводами на фиг. 1 не показан.

На фиг. 2 приведена конструктивная реализация изобретения. Неподвижная опора 1 представляет собой корпусную деталь с кронштейном для привода 13 поворота пле- чаифланцемдля крепления коснованию 19. Выходные шестерни зубчатых рядов привода 13 входят в зацепление с двумя зубчатыми колесами 20 и 21, закрепленными на подвижной опоре 2. Зубчатое колесо 21 развернуто на 1-2 градуса относительно колеса 20 и зафиксировано фиксатором 12. В подвижной опоре 2 установлен привод 14, выходные шестерни которого входят в зацепление с двумя зубчатыми колесами 22 и 23, закрепленными на валу качания плеча 3. Зубчатое колесо 23 развернуто на 1-2 градуса относительно колеса 22 и зафиксировано фиксатором 11. Плечо 3 заканчивается U-образной вилкой 24, на концах которой закреплены два зубчатых колеса 25 и 26, которые входят в зацепление с выходными шестернями привода качания предплечья 15, который установлен на звене 4 в уравновешивающей части предплечья. Зубчатое колесо 26 развернуто на 1-1,5 градусов относительно колеса 25 и зафиксировано фиксатором 10. На звене 4 предплечья, в его уравновешивающей части, установлен привод ротации предплечья 16. К звену 4 крепится звено 5 с U-образной вилкой, в которой установлен привод сгибания-разгибания кисти 17, его выходные ше- стерни входят в зацепление с двумя зубчатыми колесами 27 и 28, закрепленными на валу сгибания-разгибания кисти 6. Зубчатое колесо 28 развернуто на 1-1,5 градусов относительно колеса 27 и зафиксировано фиксатором 9. На кисти 6 в ее уравновешивающей части установлены привод ротации кисти 18 и привод схвата 7. К кисти. 6 крепится сменный схват 29.

Движения элементов исполнительного органа происходят при подаче на соответствующие приводы управляющих сигналов. Подача управляющего сигнала на привод 13 приводит к выключению электромагнитной тормозной муфты и повороту относительно оси I-I поворотной опоры 2, входящей в зацепление с выходными шестернями привода 13. закрепленного на неподвижной опоре 1. При наличии управляющего сигнала на приводе 14 вращение передается зубчатым колесам 22 и 23, неподвижно закрепленным на валу качания плеча 3, и плечо качается вокруг оси IHI. При снятии управляющего сигнала с привода 13 включается тормозная муфта и жестко фиксирует взаимное расположение данных сочлененных звеньев. При подаче управляющего сигнала на привод 15 его выходные шестерни обкатывают зубчатые колеса 25, 26, неподвижно закрепленные на вилке 24 плеча 3, и предплечье качается вокруг оси Ill-Ill; при этом часть статического момента от веса предплечья уравновешивается приводами 15, 16. Подача управляющего сигнала на привод 16 приводит к ротации звена 5 предплечья относительно оси IV-IV. При наличии управляющего сигнала на приводе 17 вращение передается зубчатым копесам 27,28, неподвижно закрепленным на валу сгибания-разгибания кисти 6, и кисть поворачивается относительно оси V-V; при этом часть статического момента от веса кисти и схвата уравновешивается приводами 18 и 7, При подаче управляющего сигнала на привод 18 происходит ротация кисти 6 относительно оси VI-VI, а при подаче сигнала на привод 7 приходят в движение губки схвата 8. В процессе работы исполнительного органа сигналы со всех поворотных трансформаторов, несущие информацию об угловом положении соответствующего звена, обрабатываются в блоке управления.

В связи с применением во всех приводах высокомоментных низкооборотных двигателей со встроенными тахогенераторами и тормозными муфтами в сочетании с двух- зарядными осесимметричными редукторами и уравновешиванием части статической нагрузки от веса предплечья и кисти без

использования дополнительных механизмов и регулировочных элементов, а также расположением центров масс всех приводов на осях поворотов звеньев в описываемом исполнительном органе манипулятора

реализуется их удельная грузоподъемность, превышающая эту величину на прототипах. Так описываемый исполнительный орган манипулятора при собственной массе 65-70 кг обеспечивает подъем полезного груза весом до 20 кг, т.е. имеет удельную грузоподъемность, равную 20/65-70 0,3, что превышает ее значения на прототипах УЭМ- 2 (2/18 0,1), УЭМ-5 (5/40 0,12) и УЭМ-20 (20/130 0,15) в два и более раз.

Формула изобретения

Исполнительный орган манипулятора, содержащий последовательно расположенные и шарнирно связанные между собой звенья в виде неподвижной и подвижной опор, плеча, предплечья и кисти со схватом, а также расположенные на них приводы с редукторами, предназначенные для поворота и качания соответствующих звеньев, о т- ли чающийся тем, что, с целью повыше- ния грузоподъемности, каждый редуктор содержит два ряда зубчатых передач, расположенных симметрично относительно

продольной оси соответствующего звена, при этом редукторы приводов поворота подвижной опоры и качания плеча, предплечья и кисти снабжены расположенными на их выходных ступенях зубчатыми колесами, находящимися в зацеплении с соответствующими зубчатыми колесами смежного звена.