RU2215647C2

RU2215647C2 - Gripping device

Info

Publication number: RU2215647C2
Application number: RU2001128467/02A
Authority: RU
Inventors: Н.А. Крысь (RU); Н.А. Крысь; Шандор КОВАЧ (HU); Шандор Ковач
Original assignee: Крысь Николай Александрович; Шандор Ковач
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2003-11-10
Also published as: RU2001128467A

Abstract

FIELD: robotics. SUBSTANCE: proposed gripping device contains drive, at least two fingers and jaws, measuring system and data processing unit. Measuring system contains strain gauge bridge installed on measuring plate. Center of plate is connected by one lever with drive of gripping device and its edges are connected with jaws and axle relative to which finger of gripping device turns. EFFECT: improved accuracy of measurement of workpiece gripping force. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области робототехники и может быть использовано в машиностроении, автомобилестроении и других областях народного хозяйства, где необходимо измерять силу захватывания заготовки во время манипулирования ей. The invention relates to the field of robotics and can be used in mechanical engineering, automotive and other areas of the national economy, where it is necessary to measure the gripping force of the workpiece during manipulation.

В настоящее время известно большое количество механических многопальцевых захватных устройств, предназначенных для захвата различных видов заготовок по различным поверхностям. Currently, there are a large number of mechanical multi-finger gripping devices designed to capture various types of workpieces on various surfaces.

Известны захватные устройства, которые измеряют силу захватывания за счет контроля давления в пневмо- или гидроприводе [1]. Known grippers that measure the force of capture by controlling the pressure in the pneumatic or hydraulic actuator [1].

В данных захватных устройствах происходит косвенное измерение действующей силы, что не позволяет точно измерить вышеуказанную силу за счет действия сил трения и других факторов в кинематической цепи захватного устройства от привода до его губок. In these grippers, an indirect measurement of the effective force takes place, which does not allow to accurately measure the above force due to the action of friction forces and other factors in the kinematic chain of the gripper from the drive to its jaws.

Известны также захватные устройства с использованием тензометрических датчиков для измерения силы зажатия заготовки [2]. Gripping devices using strain gauges for measuring the clamping force of a workpiece are also known [2].

Однако данные захватные устройства также не позволяют получить информацию о реально действующих силах. However, these gripping devices also do not allow to obtain information about the real forces.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, выбранному авторами за прототип, является захватное устройство [2], содержащее пневматический или гидравлический привод 1, два пальца 2, тензометрический датчик 3, расположенный в центре одного из пальцев, и губки 4. The closest technical solution to the proposed invention, selected by the authors for the prototype, is a gripping device [2] containing a pneumatic or hydraulic actuator 1, two fingers 2, a strain gauge 3 located in the center of one of the fingers, and a jaw 4.

На фиг.1 показана кинематическая схема прототипа. Figure 1 shows the kinematic diagram of the prototype.

В случае захватывания симметричных заготовок губками одинаковой формы прикладываемая в точке А сила F, обеспечиваемая двигателем захватного устройства, равно распределяется между приводными пальцами, т.е.:

где F_i - сила, действующая на i-й палец.In the case of gripping symmetrical workpieces with sponges of the same shape, the force F applied at point A, provided by the gripper motor, is equally distributed between the drive fingers, i.e.:

where F _i is the force acting on the i-th finger.

Величину F рассчитывают на основе геометрических характеристик пневмодвигателя и рабочего давления в нем. Но для данной кинематической схемы остаются неучтенными неизвестные силы трения, возникающие в сочленениях захватного устройства. Поэтому точно найти силу захвата заготовки F_S, действующей в точке D, невозможно.The value of F is calculated based on the geometric characteristics of the air motor and the working pressure in it. But for this kinematic scheme, unknown friction forces arising in the joints of the gripper remain unaccounted for. Therefore, it is impossible to precisely determine the gripping force of the workpiece F _S acting at point D.

Таким образом, очевидно, что для измерения силы захватывания заготовки необходимо применять измерительные системы без неизвестных величин. Thus, it is obvious that to measure the gripping force of the workpiece, it is necessary to use measuring systems without unknown values.

С помощью предлагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в повышении точности измерения силы захватывания заготовки. Using the invention, a technical result is achieved, which consists in increasing the accuracy of measuring the gripping force of the workpiece.

В соответствии с предлагаемым изобретением технический результат достигается тем, что в захватном устройстве, содержащем привод захватного устройства, по крайней мере, два пальца, губки, измерительную систему и блок обработки данных, измерительная система выбрана с использованием тензометрического моста, установленного на измерительной пластине, центр которой соединен с помощью одного рычага с приводом захватного устройства, а ее края посредством других рычагов с губкой и осью, относительно которой происходит поворот пальца захватного устройства. In accordance with the invention, the technical result is achieved in that in the gripping device containing the gripping device drive, at least two fingers, jaws, a measuring system and a data processing unit, the measuring system is selected using a strain gauge bridge mounted on the measuring plate, the center which is connected by means of one lever with the drive of the gripping device, and its edges by means of other levers with a sponge and an axis, relative to which the finger rotates on the device.

На фиг. 2 показана кинематическая схема рычага захватного устройства, а на фиг.3 - принципиальная схема предложенного устройства, где:
5 - привод захватного устройства;
6 - рычаг, соединяющий измерительную пластину с губкой захватного устройства;
7 - губка захватного устройства;
8 - тензометрический мост;
9 - измерительная пластина;
10 - рычаг, соединяющий измерительную пластину с приводом;
11 - рычаг, соединяющий измерительную пластину с осью, относительно которой происходит поворот пальца захватного устройства.In FIG. 2 shows a kinematic diagram of the lever of the gripper, and figure 3 is a schematic diagram of the proposed device, where:
5 - drive gripping device;
6 - lever connecting the measuring plate to the jaw of the gripping device;
7 - sponge gripping device;
8 - strain gauge bridge;
9 - measuring plate;
10 - lever connecting the measuring plate to the drive;
11 is a lever connecting the measuring plate with an axis relative to which the finger of the gripper rotates.

Рычаги 6, 10, измерительная пластина 9 и два рычага 11 образуют так называемый палец захватного устройства. The levers 6, 10, the measuring plate 9 and two levers 11 form the so-called finger of the gripping device.

Привод 5 через рычаг 10 связан с центром измерительной пластины 9, на которой расположен тензометрический мост 8, при этом один край тензометрической пластины через рычаги 11 связан с осью пальца, а через рычаг 6 - с губкой 7. The drive 5 through the lever 10 is connected with the center of the measuring plate 9, on which the strain gauge bridge 8 is located, while one edge of the strain gauge plate through the levers 11 is connected with the axis of the finger, and through the lever 6 with a sponge 7.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В случае захвата заготовки включается привод захватного устройства 5 и происходит поворот пальцев захватного устройства вокруг своих осей на угол, необходимый для осуществления данного процесса. In the case of capture of the workpiece, the drive of the gripping device 5 is turned on and the fingers of the gripping device rotate around their axes by an angle necessary for the implementation of this process.

При этом происходит деформация измерительной пластины 9, которая измеряется с помощью установленного на нем тензометрического моста. Полученный сигнал обрабатывается с помощью блока обработки данных (на фиг.2, 3 не показан), который дает информацию о действующей силе зажатия заготовки. When this occurs, the deformation of the measuring plate 9, which is measured using a strain gauge bridge mounted on it. The received signal is processed using a data processing unit (not shown in FIGS. 2, 3), which provides information on the effective clamping force of the workpiece.

При отпускании заготовки привод 5 возвращает пальцы захватного устройства в исходное состояние. When releasing the workpiece, the actuator 5 returns the fingers of the gripper to its original state.

С помощью данного захватного устройства можно зажимать заготовку как по внешней, так и по внутренней поверхности при соответствующем расположении губок относительно пальцев захватного устройства. Using this gripping device, it is possible to clamp the workpiece both on the external and internal surfaces with an appropriate arrangement of jaws relative to the fingers of the gripping device.

В случае зажатия симметричной заготовки на каждую губку 7 действует сила F_S.In the case of clamping a symmetrical workpiece, a force F _S acts on each sponge 7.

Плечо АВ^* имеет длинну l^*. В точке В^* действует момент M_i=F_i•l^*. В точке В действует момент M_В=F_i•l_AB.The arm AB ^* has a length l ^* . At point B ^* , the moment M _i = F _i • l ^* acts. At point B, the moment M _B = F _i • l _AB acts.

Момент, действующий в точке В, можно вычислить по формуле:
M_S=F_S•l_BC ^*;
M_i=M_S.The moment acting at point B can be calculated by the formula:
M _S = F _S • l _BC ^* ;
M _i = M _S.

Из уравнения равновесия рычага получаем силу F_S:

Момент М_i измеряется с помощью тензометрического моста 8, установленного на измерительной пластине 9, а величины l_AB, l_i и l_В*С являются постоянными системы.From the equation of equilibrium of the lever we obtain the force F _S :

The moment M _i is measured using a strain gauge bridge 8 mounted on the measuring plate 9, and the quantities l _AB , l _i and l _{B * C} are system constants.

Таким образом в предлагаемом захватном устройстве при нахождении силы зажатия заготовки отсутствуют неизвестные величины, связанные с действием сил трения в его сочленениях, что позволяет увеличить точность измерения исследуемой величины. Thus, in the proposed gripping device, when finding the clamping force of the workpiece, there are no unknown quantities associated with the action of the friction forces in its joints, which allows to increase the accuracy of measurement of the investigated value.

Данный результат применяется для непрерывного определения силы зажатия заготовки при работе робота и может использоваться для непрерывного контроля и управления данной силой или калибровки привода при приложении в точке D сил известных величин. This result is used to continuously determine the clamping force of a workpiece during robot operation and can be used to continuously monitor and control this force or calibrate the drive when applying known forces at point D.

В настоящее время по материалам заявки разработаны чертежи, изготовлены и испытаны опытные образцы, подтвердившие работоспособность предлагаемого захватного устройства. Currently, based on the application materials, drawings have been developed, prototypes have been manufactured and tested, confirming the operability of the proposed gripper.

Источники информации
1 Multi-sensor Techniquee for Increasing Intelligence of Assembly Robots. F. Alpek, Z. Nagy, P. Szalay, K. Szelig, K. Toth., pp. 138-142. Robotics in Alpe-Adria Region. Proceedings of the 2^nd International workshop. (RAA'93), June 1993, Krems, Austria. Springer-Verlag Wien New York. P. Kopacek (ed).Sources of information
1 Multi-sensor Techniquee for Increasing Intelligence of Assembly Robots. F. Alpek, Z. Nagy, P. Szalay, K. Szelig, K. Toth., Pp. 138-142. Robotics in Alpe-Adria Region. Proceedings of the 2 ^nd International workshop. (RAA'93), June 1993, Krems, Austria. Springer-Verlag Wien New York. P. Kopacek (ed).

2. Spannkraftübertragung und - Regelung von Robotergreifern. Peter Sallay, pp. 309-312. Elektrotechnik und Informationstechnik (e&i), 111 Jg. 1994. H. 6. Springer Verlag, Wien (ISSN 0932-383x EIEIEE 111(6) 253-348 (1994) - прототип. 2. Spannkraftübertragung und - Regelung von Robotergreifern. Peter Sallay, pp. 309-312. Elektrotechnik und Informationstechnik (e & i), 111 Jg. 1994. H. 6. Springer Verlag, Wien (ISSN 0932-383x EIEIEE 111 (6) 253-348 (1994) - prototype.

Claims

A gripping device comprising a gripping device drive, at least two fingers, sponges, a measuring system and a data processing unit, characterized in that the measuring system comprises a strain gauge bridge mounted on the measuring plate, while the center of the plate is connected by a lever to the drive the gripping device, and its edges by means of other levers with a sponge and an axis, relative to which the finger of the gripping device rotates.