SU763082A1 - Манипул тор модульного типа - Google Patents

Description

Изобретение относится к манипуляторам и может быть использовано в различных областях техники.

Известны манипуляторы модульного типа [1J , содержащие захватное устройство и, по крайней мере один однокоорцинат-⁵ ный модуль поворотного или прямолинейного перемещения, имеющий стыковочные элементы, позволяющие соединять модули друг с другом последовательно в любом порядке и количестве.

Недостатком известных устройств является то, что каждый модуль обеспечивает перемещение звеньев манипулятора по одной координате, а последова- _1S тельное соединение оцнокоординатных модулей увеличивает вес конструкции и снижает технологические возможности манипулятора в делом.

С целью расширения технологических _м возможностей манипулятор снабжен модулями с числом координат перемещений более одной, с независимыми приводами по каждой координате.

Кроме того, он может быть снабжен дополнительным модулем - модулем руки, выполненным в вице сборки из конст. руктивных блоке®, а также снабжен модулем двойного качания, содержащим корпус, сочлененные с ним с возможностью вращения первый и второй рычаги, последних из которых соединен с первым с возможностью вращения относительно оси параллельной оси вращения первого рычага, и установленные на корпусе привода этих рычагов.

На фиг. 1 показан модуль руки^’на фиг. 2 — модуль двойного качания; ^JHa фиг. 3 - пример выполнения кинематической схемы подвижности;»на фиг. 4 то же, с двумя степенями подвижности; на фиг. 5 - то же, с одной степенью подЬижности;^на фиг. 6-9 - варианты компоновок манипулятора модульного типа^

Манипулятор модульного типа содержи! ряд модулей.

Модуль руки (см. фиг. 1) содержит приводные двигатели 1 с редукторами 2, блоки 3 кинематической развязки, концентрические валы 4, конический дифференциал 5, элемент 6 стыковки с захватным устройством 7, а также элемент стыковки 8 с другими модулями, связанный например, с блоком 3 кинематической развязки или с другими блоками. На фиг. 3-5 изображены примеры выполнения кинематической схемы модуля руки манипулятора из перечисленных блоков с различным числом степеней подвижности. При этом на фиг. 3 изображен модуль 9 руки с тремя степенями подвижности, содержащий три приводных двигателя 1 с редукторами 2, параллельно соединенных с двумя последовательно соединенными блоками 3 кинематической развязки, концентрические валы 4, связывающие блоки 3 кинематической развязки, конический дифференциал 5 с элементом 6 стыковки захватного устройства 7. На фиг. 4 изображен модуль 10 руки с двумя степенями подвижности, содержащий два двигателя 1 с редукторами 2, связанный с ними один блок 3 кинематической развязки, связанный концентрическими валами 4 коническим дифференциалом 5 с элементом 6 стыковки захватного устройства 7. На фиг. 5 изобра;жен модуль 11 руки с одной степенью подвижности, содержащий последовательно соединенные двигатель 1, редуктор 2, вал 4 с элементом 6 стыковки захватного устройства 7.

Модуль 12 двойного качания (см. фиг. 2) содержит корпус 13, сочлененный с ним с возможностью вращения первый рычаг 14, второй рычаг 15 с элементом 16 стыковки, сочлененный с первым с возможностью вращения относительно оси, параллельной оси вращения первого рычага; установленные на корпусе 13 привод 17 первого рычага и привод 18 второго рычага, включающий передачу 19, например цепную, ось вращения ведущей звездочки 20 которой совпадает с осью вращения первого рычага 14, а ведомая звездочка 21 жестко связана с вторым рычагом 15. Модуль 12 двойного качания имеет унифицированные стыковочные элементы 8 и 16.

Кроме модулей 9,10 и 11 руки манипулятора двойного качания манипулятор может содержать также однокоординатные модули, а именно: модуль 22 поворота относительно вертикальной оси, модуль 23 поворота относительно горизонтальной оси, модуль прямолинейного вертикального перемещения и модуль 25 прямолинейного горизонтального перемещения. Каждый из этих модулей имеет унифицированные сты- ковочные элементы 8 и 16.

Модули могут стыковаться между собой в различных, последовательностях и оснащаться захватными устройствами.

₁₀ При этом унифицированный стыковочный элемент 8 одного модуля стыкуется со стыковочным элементом 16 другого модуля, а захватное устройство 7 стыкуется с элементом стыковки 6 одной из рук. Соединения модулей в различных последовательностях и количествах позволяют получить различные компоновки манипуляторов модульного типа. На фиг. 6-9 показаны примеры компоновки манипуляторов из трех и четырех модулей, работающих в различных системах координат.

Последовательное соединение модуля 24 прямолинейного вертикального ₂₅ , перемещения, двух модулей 25 прямо' линейного горизонтального перемещения и однокоординатного модуля 11 руки позволяет получить манипулятор с четырьмя степенями свободы, захватное устройство 7 которого перемещается в прямоугольной системе координат и имеет одну ориентирующую степень свободы (фиг. 6).

Последовательное соединение модулей 24 прямолинейного вертикального перемещения, модуля 22 поворота, модуля 25 прямолинейного горизонтального перемещения и цвухкоординатного модуля 10 руки позволяет получить компоновку манипулятора с 5-ю степенями свободы, захватное устройство которого перемещается в цилиндрической системе координат (фиг. 7). Применение модуля 10 руки позволяет иметь две ориентирующие координаты практически без увеличения момента инерции, действующего на привод модуля 22 поворота, так как основные элементы привода находятся в задней части руки, т.е. вблизи от оси вращения, а находящаяся на большом радиусе кисть манипулятора мало изменяет свою массу по сравнению ^с оонокоорди— натным вариантом руки. То же самое можно сказать о компоновке манипулятора (фиг. 8), в которой последовательно соединены модуль 22 поворота относительно вертикальной оси, модуль 23 поворота относительно горизонтальной оси, модуль прямолинейного перемещениям трех5 координатный модуль 9 руки. В результате получена компоновка манипулятора с шестью степенями · свободы, захват— hoq устройство которого перемещается в сферической системе координат и имеет, возможность универсального ориентирования относительно .трех взаимно перпендикулярных осей. В этом манипуляторе масса кисти практически равна массе кисти с двух координатным модулем 10 10 и поэтому моменты инерции, действующие на приводы модулей 22 и 23, изменяются мало, и, таким образом, динамические качества манипулятора с универсальной ориентирующей способностью прак-15 тически не отличаются от динамических' перемещаясь вместе с первым рычагом 14, не меняет своей ориентации благодаря наличию передачи 19, так как происходит поступательное перемещение $ модуля 9 руки и захватного устройства манипулятора.

Claims (3)

1. Изобретение относитс  к манипул тофам и может быть использовано в различных област х техники. Известны манипул торы модульного типа ij , содержащие захватное устройс во и, по крайней мере один одкокоорцина ный модуль поворотного или пр молинейного перемещени , имеющий стыковоч ные элементы, позвол ющие соедин ть модули друг с другом последовательно в любом пор дке и количестве. Недостатком известных устройств  вл етс  то, что каждый модуль обеспечивает перемещение звеньев манипулатора по одной координате, а последовательное соеданение однокоординатных модулей увеличивает вес ко струкции и снижает технологические возможности мaнипyлJггqpa в цепом. С целью расширени  технологических возможностей манипул тор снабжен модул ми с числом координат перемещений более одной, с независимыми приводами по каждой координате. Кроме того, он может быть снабжен дополнительным модулем - модулем руки , выполненным в виде сборки из кc«cт руктивных блоксе, а также снабжен модулем двойного качани , содержащим корпус , сочлененные с ним с возможностью вращени  первый и второй рычаги, последних из которых соединен с первым с возможностью вращени  относительно оси параллельной оси вращени  первого рычага , и установленные на корпусе привода этих рычагов. На фиг. I показан модуль фиг. 2 - модуль двойного качани ;;1на фиг. 3 - пример выполнени  кинематической схемы подвижности; Jна фиг. 4 - то же, с двум  степен ми подвижности; на фиг. то же, с одной степенью nofbЬижности{ на фиг. 6-9 - варианты компонсюок манипул тора модульного типа. Манипул тор модульного типа содержи р д модулей. Модуль руки (см. фиг. 1) содержит приводные двигатели I с редукторами 2, блоки 3 кинематической разв зки, концентрическ е валы 4, конический дифференциал 5, элемент 6 стыковки с захватным устройством 7, а также элемент стьжсизки 8 с другими модул ми, св занный например, с блоком 3 кинематической разв зки или с другими блоками . На фиг. 3-5 изображены примеры выполнени  кинематической схемы модул  руки манипул тора из перечисленных блоков с различным числом степеней подвижности. При этом на фиг. 3 изображен модуль 9 руки с трем  степен ми подвижности, содержащий три приводных двигател  I с редукторами 2, па раллельно соединенных с двум  последовательно соединенными блоками 3 кинема тической разв вки, концентрические валы 4, св зывающие блоки 3 кинематической разв вки, конический дифференциал 5 с элементом 6 стыковки захватного уст.ройства 7. На фиг, 4 изображен модуль 10 руки с двум  степен ми подвижности, содержащий два двигател  1 с редуктора ми 2, св занный с ними один блок 3 кинематической разв зки, св занный концен рическими валами 4 коническим дифферен циалом 5 с элементом 6 стыковки захватного устройства 7. На фиг. 5 изобра жен модуль 11 руки с одной степенью подвижности, содержащий последовательн соединенные двигатель 1, редуктор 2, вал 4 с элементом б стыковки захватного устройства 7. Модуль 12, двойного качани  (см. фиг. 2) содержит корпус 13, сочлененный с ним с возможностью вращени  первый рычаг 14, втфой рычаг 15 с эл ментом 16 стыковки, сочлененный с первым с возможностью ращени  относител но оси, параллельной оси вращени  перво го рычага; установленные на корпусе 13 гЧривод 17 первого рьиага и привод 18 второго рычага, включающий передачу 19 например цепную, ось вращени  ведущей звездочки 20 которой совпадает с осью ращени  первого рычага 14, а ведома  звездочка 21 жестко св зана с вторым рычагом 15. Модуль 12 двойного качани  имеет унифицированные стыковочные элементы 8 и 16. Кроме модулей 9,10 и 11 руки манипул тора двойного качани  манипул тор может содержать также однокоординатные модули, а именно: модуль 22 поворота относительно вертикальной оси, модуль 23 поворота относительно горизонтальной оси, модуль 24пр молинейного вертикального перемещени  и модуль 25 пр молинейного горизонтального перемещени . Каждый из этих модулей имеет унифицированные стыковочные элементы 8 и 16. Модули могут стыковатьс  между собой в различньвс. последовательност х и оснащатьс  захватными устройствами. При этом унифицированный стыковочный элемент 8 одного модул  стыкуетс  со стыковочным элементом 16 другого модул , а захватное устройство 7 стыкуетс  с элементом стыковки 6 одной из рук. Соединени  модулей в различных последовательност х и количествах позвол ют получить различные компоновки манипул торов модульного типа. На фиг. 6-9 показаны примеры компоновки манипул торов из трех и четырех модулей, работающих в различных системах координат. Последовательное соединение модул  24 пр молинейного вертикального п емещени , двух модулей 25 пр молинейного горизонтального перемещени  и однокоординатного модул  11 руки позвол ет получить манипул тор с четырьм  степен ми свободы, захватное устройство 7 которого перемещаетс  в пр моугольной системе координат и имеет одну ориентирующую степень свободы (фиг. 6). Последовательное соединение модулей 24 пр молинейного вертикального перемещени , модул  22 поворота, модул  25 пр молинейного горизонтального перемещени  и двухкоординатного модул  Ю руки позвол ет получить компоновку манипул тора с 5-ю степен ми свободы, захватное устройство которого перемещаетс  в цилиндрической системе координат (фиг. 7). Применение модул  10 руки позвол ет иметь две ориентирующие координаты практически без увеличени  момента инерции, действующего на привод мрдул  22 поворота, так как основные элементы привода наход тс  в задней части руки, т.е. вблизи от оси вращени , а наход ща с  на большом радиусе кисть манипул тора мало измен ет свою массу по сравнению с однокоординатным вариантом руки. То же самое можно сказать о компоновке манипул тора (фиг. 8), в которой последовательно соединены модуль 22 поворота относительно вертикальной оси, модуль 23 поворота относительно горизонтальной оси, модуль 25пр молинейного перемещени  и трех .5 координатный модуль 9 руки. В результате получена компоновка манипул тора с шестью степен ми свободы, захватHOQ устройство которого перемешаетс  в .сфе{№ ческой системе координат и имее возмомшость универсального ориентировани  относительно трех взаимно перпендикул рных осей. В этом манипул торе масса кисти практически равна мас се кисти с двух координатным модулем 10 и поэтому моменты инерции, действу щие на приводы модулей 22 и 23, измеН51ЮТСЯ мало, и, таким образом, динамические качества манипул тора с универсальной ориентирующей способностью пра тически не отличаютс  от динамических качеств манипул торов с одной ориен-у тирующей степенью свободьи На фиг. 9 показана компоновка манипул тора модульного типа, полученна  последовательным соединением трех модулей: модул  22 поворота, модул  12 двойного качани  и трехкоординатного модул  9 руки. Манипул тор, также как и пре1дыдущий , имеет шесть степеней свободы и универсальную ориентирующую способ ность, но в отличие от него не имеет в своем составе механизмов пр молинейного перемещени , что позвол ет создать более компактную и, следовательно, более динамическую конструкцию. При этом модуль 9 руки манипуп нтора , жестко св занный с вторым рычагом 15 модул  двойного качани , сох ран ет возможность поступательного движени , которое осуществл етс  при работ привода 17 первого рычага 14, в то вре м , когда привод 18 второго рычага 15 заторможен. При этом второй рычаг 15 t 2J 82 перемоца сь вместе с первым рычагом 14, не мен ет своей ориентации бленгодар  наличию передачи 19, так как происходит поступательное перемещение модул  9 руки и захватного устройства 7 манипул ггора. Формула изобретени  I. Манипул тор модульного типа, содержащий захватное устройство и, по крайней мере, один однокоординатный модуль поворотного или 1ФЯМОлинейного перемещени  имеющий стыксжочные эле менты, отличаю, щи йс   тем, что, с целью расширени  технологичес- их возможностей, он снабжен модул ми с числом координат перемещений более одной, с независимыки приводами по каждой координате.
2. 2.Манипул тор по п. 1, отличающийс  тем, что, он снабжен дополнительным модулем - модулем рукн, вьшолненным в виде сборки из конструктивных блоков.
3. 3.Манипул тор по п. 1, отличающийс  тем, что, он снабжен модулем двойного качани , содержащим корпус, сочлененные с ним с - возможностью ращени  первый и второй рычаги, последний из которых соединен с первым с возможностью ращени  относительно оси, параллельной оси вращени  первого рычага, и установленные на корпусе привода этих рычагов. Источники ннфор мации, прин тые во внимагше при экспертизе 1. Патент ФРГ № 23О1423, кл. В 25 Т З/ОО, опублЛс. 1974.

   /7./

   W

   2i 15

   Ul.

   Ti

   laI-J-

   f7///7/

   Ж

   U2.d