CS237906B1 - Motion unit especially for manipulators,industrial robots and prothetic prostheses - Google Patents

Description

Vynález se týká pohybové jednotky, zvláště pro manipulátory, průmyslové roboty a protetické náhrady obsahující alespoň jednu rotační anebo translační kinematickou dvojici tvořenou polohovací a orientační částí, pohonnou jednotku a zařízení pro transformaci pohybu od pohonné jednotky k orientační části kinematické dvojice.

U doposud známých provedení pohybových jednotek je pro transformaci pohybu od pohonné jednotky k orientační části jedné nebo více kinematických dvojic použito běžných mechanických konstrukčních prvků tvořených například ozubenými koly, pohybovými šrouby, táhly, vačkami, pákami, popřípadě lanky.

Takto vytvořené pohonné jednotky se vyznačují nevýhodami spočívajícími v poměrně velké váze pohonné jednotky a prostorové náročnosti, zvláště u pohonné jednotky s více kinematickými dvojicemi pro docílení jejího složitějšího pohybu. U těchto, pohybových jednotek je potom celé ústrojí konstrukčně náročné a nákladné.

Pro zjednodušení se vestavuje do pohybových jednotek více pohonných jednotek, čímž se sníží složitost . převodové části, což však s sebou přináší zvýšení nákladů na pohonné jednotky. Pří spotřebě použití pohonných jednotek v omezeném prostoru není možné většinou pohonné jednotky aplikovat v jednoduché konstrukční podobě.

U pohonných jednotek využívajících pro přenos pohybu k orientačním částem kinematických dvojic lanek se dosáhne snížení jejich váhy i snížení prostorové náročnosti, zvýší se však nároky na pohonnou jednotku s ohledem na dosažení nízkých výstupních otáček nebo je nutné k pohonné jednotce přiřadit další převodové zařízení.

Cílem tohoto vynálezu je vytvoření pohybové jednotky zvláště pro manipulátory, průmyslové roboty a protetické náhrady, které by se vyznačovaly poměrně nízkou váhou, malým zástavbovým prostorem, konstrukční jednoduchostí, nízkými pořizovacími náklady, přičemž tyto výhody by se měly uplatnit i u pohybových jednotek s více ovládanými kinematickými dvojicemi.

Podstata pohybové jednotky podle vynálezu spočívá v tom, že polohovací část tvořící kinematickou dvojici s orientační částí je s touto orientační částí spojena soustavou alespoň dvou vláken, jejichž jedny konce jsou uchyceny na rotačním výstupu pohonné jednotky uspořádané na polohovací části a druhé konce vláken jsou spojeny s orientační částí. Sekundární konce vláken mohou být spojeny alespoň se dvěma orientačními částmi kinematických dvojic, a to přímo nebo přes vyrovnávací člen. Vlákna mohou být vedena přes pruvlaky pevně spojené s orientační částí kinematických dvojic.

Polohovací část kinematické dvojice je popřípadě upevněna na pružném členu.

Výhodou pohybové jednotky podle vynálezu je její konstrukční jednoduchost, nízká váha, nízká prostorová náročnost a nízké pořizovací náklady.

Další výhoda spočívá v použití jedné, respektive minimálního počtu pohonných jednotek, ke kterým není nutné použití převodů pro snížení jejich výstupních otáček. Další výhodou pohybové jednotky podle vynálezu je možnost ovládání více orientačních částí kinematických dvojic, a to alespoň dvou, aniž je nutné zvýšit složitost zařízení pro transformaci pohybu nebo počet jeho prvků. Je tak možno také dosáhnout ’ samočinného navádění pohybového ústrojí jako celku nebo jeho výstupních kinematických dvojic, aniž by bylo nutné použití kompenzátorů polohy.

Další výhoda potom spočívá v možnosti postupné aktivace orientačních částí kinematických dvojic v závislostí na volbě vnitřních odporů. Pořadí a velikost vnitřních odporů lze programově měřit, což umožňuje vytváření spojitého pohybu pohybové jednotky v omezeném prostoru. U pohybové jednotky podle vynálezu je potom možné bezprostřední využití momentu setrvačnosti pohonné jednotky pro korekci ovládací síly po vypínacím signálu od čidla, například při využití k podávání měkkého materiálu, u svařovacích čelistí, u prostřihovačů a podobně.

Příklady provedení pohybových jednotek podle vynálezu jsou znázorněny schematicky na připojených výkresech, kde na obr. 1 je pohybová jednotka s více rotačními kinematickými dvojicemi, na obr. 2 je pohybová jednotka podle obr. 1 se změnou její polohy, na obr. 3 je část pohonné jednotky obsahující rotační a translační kinematickou dvojici, na obr. 4 je část pohybové jednotky se dvěma zařízeními pro transformaci . pohybu, na obr. 5 až 8 jsou jednotlivé fáze pohybu pohonné jednotky s rotačními kinematickými dvojicemi, na obr. 9 a 10 jsou jednotlivé fáze alternativního provedení pohonné jednotky, na obr. 11 a 12 jsou jednotlivé fáze dalšího alternativního provedení pohonné jednotky, na obr. 13 je část pohonné jednotky s vloženým vyrovnávacím členem a na obr. 14 a 15 je. část pohonné jednotky s alternativními provedeními kinematických dvojic.

Na obr. 1 a 2 je znázorněna pohonná jednotka s více rotačními kinematickými dvojicemi tvořenými vždy polohovací částí 2 a orientační částí 3. Orientační část 3 předchozí kinematické dvojice tvoří zároveň polohovací část následující kinematické dvojice. Poslední kinematické dvojice jsou tvořeny polohovací částí 2 a dvěma orientačními částmi 3. Pohonná jednotka 1 je v tomto případě upevněna na polohovací části 2 první kinematické dvojice a její rotor tvořící společně nosné otočné těleso, je spojen se vstupními konci vláken 4. Vlákna 4 jsou minimálně dvě a tvoří zařízení pro transformaci pohybu od pohonné jednotky 1 k jednotlivým kinematickým dvojicím. Výstupní konce vláken 4 jsou uchyceny k orientačním čás tem 3 kinematické dvojice. V případě dvou vláken, je výstupní konec jednoho vlákna 4 uchycen к orientační části 3 a výstupní konec druhého vlákna к další orientační části

3. Vlákna 4 mohou být vedena přímo od pohonné jednotky 1 к orientačním částem 3 nebo, jak je znázorněno na obr. 1, přes vodicí členy 5 pevně spojené s orientačními částmi kinematických dvojic. Vodicí členy 5 mohou být představovány průvlaky, kladkami a podobně. Na výkrese nejsou znázorněny vratné členy, kterými je pohybová jednotka přestavována do výchozí polohy. Jako vratné členy je možné použít pružin, závaží a podobně, popřípadě je možné použít další soustavy vláken uchycených к pohonné jednotce tak, aby působila v opačném směru než nakreslená soustava vláken 4.

Použití translanční kinematické dvojice je patrné z obr. 3, kde polohovací část 2 je vedena suvně v orientační části 3. Kromě vláken 4 vedených ke koncovým orientačním částem 3, jsou použity další vlákna 4 vedená к vodícímu členu 5, ke kterému jsou v tomto případě připevněna.

Na obr. 4 tvoří polohovací část 2 a jedna orientační část 3 kinematickou dvojici ovládanou jedněmi vlákny 4. Tato orientační část 3 tvoří polohovací část pro další kinematické dvojice, jejichž další orientační části 3 jsou ovládány dalšími vlákny 4 přes vyrovnávací člen 6.

Na obr. 5 a 8 je pohybová jednotka v jednotlivých fázích pohybu, kdy v závislosti na volbě vnitřních odporů působících proti síle od pohonné jednotky 1 dochází к postupné aktivaci jednotlivých kinematických dvojic.

Vlákna jsou výstupními konci pevně uchycena na vodicím členu 5 orientační části poslední kinematické dvojice, zatímco vodícími členy 5 předchozích kinematických dvojic prochází.

Na obr. 9 a 10 je výstupní konec jednoho z vláken 4 uchycen к vodícímu členu 5 první kinematické dvojice, zatímco výstupní konec dalšího vlákna 4 je uchycen přes synatrizační člen 7 к vodícímu členu 5 další kinetické dvojice.

Na obr. 11 a 12 je polohovací část 2 upevněna na pružném členu 9. Vlákna 4 jsou uchycena na vodicích členech 5 orientačních částí 3, přičemž spojení jednoho z vláken 4 s orientační částí 3 je dosaženo přes závěs 8.

Spojení mezi závěsem 8 a vodicím členem 5 nevyžaduje použití vlákna 4. Je možné jej dosáhnout jakýmkoliv ohebným prvkem. Jednotlivé články protetické náhrady tvoří rotační jednotlivé kinematické dvojice s případně proměnlivou osou rotace.

Na obr. 13 je patrné ovládání orientačních částí 3 vlákny 4 přes vyrovnávací člen 6. Alternativní provedení kinematických dvojic je patrné z obr. 14 a 15, kde polohovací část 2 je tvořena rámem a orientační část 3 ozubeným kolem netyo ozubeným hřebenem. Dal ší kinematická dvojice je tvořena mezi dvěma ozubenými koly nebo mezi ozubeným hřebenem a ozubeným kolem.

Při činnosti pohybové jednotky, jejíž příklady provedení byly v předchozím uvedeny, je každá kinematická dvojice tažena vlákny 4, jejichž vstupní konce jsou spojeny s rotorem motoru, a tím dochází ke vzájemnému svinování vláken 4 a jejich celkovému zkracování. Zkracováním vláken 4 dochází к natáčení nebo posuvu orientačních částí 3, vzhledem к polohovacím částem 2. Tím dochází jednak ke změně polohy pohybové jednotky a jednak к vyvození funkčního pohybu zvláště u koncových kinematických dvojic sloužících například jako uchopovací čelisti. Při použití soustav vláken 4, jak je patrno na obr. 3, je funkční pohyb poslední kinematické dvojice dosažen působením vlálken 4, zatímco její poloha daná přestavěním předchozích kinematických dvojic je daná působením dalších vláken 4. Na obr. 4 je stáčením vláken 4 uchycených к vyrovnávacímu členu 6 dosažen funkční pohyb orientačních částí 3, tvořících uchopovací čelist, jejichž pohyb je symetrický. Postupná změna polohy pohybové jednotky na obr. 5 až 8 je závislá na vnitřních odporech jednotlivých kinematických dvojic, které je možno popřípadě programově nastavit a vytvořit tak jejich libovolnou postupnou aktivaci.

Na obr. 9 a 10, dále na obr. 3 se při svinování vláken 4 ovládá každým lankem vlákna 4, jejichž počet je minimálně dva, jiná orientační část 3 kinematické dvojice. Symetrizační člen 7 slouží především pro vyrovnání vzdálenosti mezi jednotlivými vodícími členy 5, ke kterým jsou uchycena vlákna 4.

Pro jednodušší zavěšování vláken 4 je možno použít závěsy 8, jak je patrné schematicky na obr. 11 a 12. Oddělením výstupních konců vláken 4 a jejich připojením к rozdílným orientačním částem 3 je možné docílit zvětšení vstupního výkonu a vytvoření možnosti samočinného nastavení uchopovací části pohybové jednotky vzhledem například к odebranému předmětu. Obdobného účinku je možno dosáhnout u pohybové jednotky podle obr. 13, kde vlákna 4 ovládají orientační části 3 přes vyrovnávací člen 6.

Zpětný pohyb pohybové jednotky do výchozí polohy je možné docílit nuceným pohybem za použití například stáčených vláken působících v opačném směru, vlastní vahou zařízení nebo využitím akumulované energie těles aktivačního pohybu a to například použitím pružin, akumulátorů a podobně.

Pro uložení vstupních konců vláken je podstatné jejich uchycení na společném otočném nosném tělese, které v předchozích případech bylo tvořeno rotorem motoru.

Pro změkčení záběru zvláště u uchopovacích částí tvořených posledními kinematickými dvojicemi je možné použít pružných členů, například pružin a podobně, které jsou vřazeny většinou mezi výstupní konec vlákna nebo vláken 4 a orientační část kine matické dvojice nebo vodicí člen upevněný k této orientační části.

Claims (5)

1. Pohybová jednotka, zejména pro manipulátory, průmyslové roboty a protetické náhrady, obsahující polohovací a orientační část, pohonnou jednotku a zařízení pro transformaci pohybu od pohonné jednotky k orientační části, vyznačená tím, že polohovací část (2j tvořící kinematickou dvojici s orientační částí (3j je s touto orientační částí (3) spojena soustavou alespoň dvou vláken (4), jejichž jedny konce jsou uchyceny na rotačním výstupu pohonné' jednotky (1) uspořádané na polohovací části (2) a druhé konce vláken (4) jsou spojeny s orientační částí (3).

2. Pohonná jednotka podle bodu 1, vyzna- vynalezu čená tím, že sekundární konce vláken (4) jsou spojeny alespoň s dvěma orientačními částmi kinematických dvojic.

3. Pohonná jednotka podle bodu 2, vyznačená tím, že sekundární konce vláken (4) jsou spojeny s orientačními částmi kinematických dvojic přes vyrovnávací člen (6).

4. Pohonná jednotka podle bodů 1 až 3, vyznačená tím, že vlákna (4) jsou vedena přes průvlaky pevně spojené s orientační částí (3) kinematických dvojic.

5. Pohonná jednotka podle bodů 1 až 4, vyznačená tím, že polohovací část (2) kinematické dvojice je upevněna na pružném členu.