CZ2012432A3 - Manipulátor - Google Patents

Abstract

Manipulátor obsahující rameno tvořené alespoň jedním členem pohyblivě spojeným s rámem, kde člen ramene manipulátoru je tvořen neprodyšně uzavřenou membránou (2), jejíž dutina je vyplněna médiem o vyšším nebo nižším tlaku vzhledem k okolnímu prostředí, a je opatřen kloubem pro spojení s dalším členem nebo rámem (22). Členem ramene manipulátoru je prvek (1) vyplněný médiem o vyšším tlaku vzhledem k tlaku okolního prostřední a/nebo článek (6) vyplněný médiem o nižším tlaku vzhledem k tlaku okolního prostředí, přičemž jeho dutina je vyplněna výztužnými členy (7). Membrána (2) je opatřena alespoň jedním místem (4) změny křivosti tvořícím pružný kloub a/nebo místem (5) změny tuhosti.

Description

Manipulátor

Oblast techniky

Vynález se týká manipulátoru obsahujícího rameno tvořené alespoň jedním členem pohyblivě spojeným s rámem.

Dosavadní stav techniky

Současné průmyslové roboty a manipulátory jsou vyrobeny většinou z kovových dílů. Jejich ramena jsou poměrně tuhá, ale také těžká. Důsledek je jednak značná hmotnost, kterou musí průmyslový robot nebo manipulátor vždy přemísťovat se vznikajícími poměrně velkými setrvačnými silami, a jednak poměrně nízké vlastní frekvence, které jsou při pohybu vybuzeny. Konečným důsledkem je snížení rychlosti pohybu, delší manipulační časy, omezení hmotnosti přemísťovaných těles a nepřesnosti pohybu a dosažené polohy.

Proto se hledají další způsoby řešení konstrukce robotů nebo manipulátorů. Jde o změny jejich struktury nebo materiálů. Jedním směrem řešení je nahradit sériovou kinematickou strukturu většiny současných průmyslových robotů nebo manipulátorů paralelní kinematickou strukturou. Dojde ke zlepšení daném jednak záměnou ohybového namáhání ramen robota tahovým a tlakovým namáháním a jednak tím, že pohony se nepohybují s rameny, ale jsou trvale umístěny na rámu. Výsledkem je například náhrada robotů typu Scara roboty typu Delta. Dojde ke zlepšení poměru tuhost a hmotnost, zrychlení a hmotnost, ale dojde ke zmenšení poměru dosažitelného pracovního prostoru a prostoru zaujímaného průmyslovým robotem nebo manipulátorem.

Druhým směrem řešení je nejen nahradit sériovou kinematickou strukturu průmyslových robotů nebo manipulátorů paralelní kinematickou strukturou, ale použít přitom nadbytečného počtu pohonů. Dojde ke zvýšení a zrovnoměrnění vlastností průmyslových robotů nebo manipulátorů v jejich pracovním prostoru. Výsledkem je například náhrada robotů typu Hexapod roboty typu Octapod. Nadbytečné pohony jsou dále základem užiti lanových a vlákny poháněných robotů nebo manipulátorů. Problém s pracovním prostorem je zlepšen, ale ne zcela vyřešen. Průmyslový robot nebo manipulátor se sériovou kinematickou strukturou má tenčí konstrukci a je schopen dosáhnout užších prostorů.

Třetím smerem řešeni je nahrada materiálu, z nichž jsou průmyslové roboty a manipulátory vyrobeny. Sem také patří změna vnitřní struktury konstrukčního řešení (průřezu, profilu) ramen průmyslových robotů nebo manipulátorů. Dojde ke zmenšení hmotnosti při obdobné tuhosti, a tak ke zvýšení vlastních frekvencí. Výsledkem je například náhrada kovových materiálů kompozitními, třeba uhlíkovými kompozity, nebo užití kovových pěn nebo sendvičových či lanových konstrukcí, třeba lanových příhradových konstrukcí. Sem patří také struktury typu tensairity, které jsou tvořeny spojením nafouknutých těles typu nosník ovinutých lany a případně vyztužených konstrukčními prvky proti vzpěru, například tyčemi. Tyto struktury jsou však využívány pro statické konstrukce bez pohyblivých kloubů. Nafukovací konstrukce se používají pro průmyslové roboty nebo manipulátory, ale jsou opatřeny zdrojem stlačeného vzduchu a nafukováním se mění mimo tvaru také jejich tuhost, což je nežádoucí.

Čtvrtým směrem řešení podle dosavadního stavu techniky, uvedeného např. ve spisech WO 2008046566, WQ 8701645, US 4784042, US 455 W61, WO 9015697 a US 4976191, jsou součástí ramen průmyslových robotů nebo manipulátorů nebo celých robotů nebo manipulátorů nafukovací nebo vyfukovací tělesa tvořená membránou, do jejíž dutiny je přiváděno nebo odváděno tlakové médium. Pomocí tlakového média se řídí tvar a poloha ramen nebo celých robotů a manipulátorů. Tím se sice dosáhne snížení hmotnosti robotů nebo manipulátorů, ale je omezena jejich pohyblivost při omezení jejich pracovního prostoru oproti stávajícím robotům a tuhost ramen nebo celých robotů nebo manipulátorů je proměnlivá podle stavu nafouknutí a nedosahuje svého optima při plném nafouknutí nebo vyfouknutí.

Změny materiálu a konstrukce ramen přináší zlepšení, ale zlepšení vlastností stále není dostatečné, u nafukovacích či vyfukovacích ramen a robotů a manipulátorů je zlepšení proměnné podle stavu nafouknutí či vyfouknutí a nedosahuje optima možného zlepšení. Dalším problémem je, že tato řešení konstrukce průmyslových robotů nebo manipulátorů vyžadují komponenty z kovových prvků pro konstrukci kloubů a pohonů. To nevyhovuje některým aplikacím, kde je vyžadována konstrukce jen z plně deformovatelných materiálů, například uhlíkových kompozitů. Jde například o manipulace součástí do lisů. Důvodem je, že občas dojde k selhání robota a lis s plechem slisuje i rameno robota. Kdyby rameno obsahovalo kovové komponenty, došlo by k poškození zápustky lisu s velkou škodou. Když je rameno z nekovových, snadno deformovatelných materiálů, nedojde k poškození zápustky lisu a škoda je daleko menší.

Účinek všech těchto řešení je stále do značné míry omezen. Stále je přítomen fakt, že průmyslový robot nebo manipulátor musí sám sebe unést.

Cílem tohoto vynálezu je snížení výše uvedených nevýhod a docílit co nejpříznivější poměr tuhosti a váhy manipulátoru.

Podstata vynálezu

Podstata manipulátoru obsahujícího rameno tvořené alespoň jedním členem pohyblivě spojeným s rámem, spočívá v tonáže člen ramene manipulátoru je tvořen membránou, jejíž dutina je vyplněna médiem o vyšším nebo mzsím tlaku vzhledem k okolnímu prostřed^ a opatřen kloubem pro spojení s dalším členem nebo rámem. Membrána je opatřena alespoň jedním místem změny křivosti a/nebo místem změny tuhosti a/nebo pevným otočným kloubem a/nebo pevným posuvným vedením. Pevný otočný kloub je opatřen rotačním pohonem nebo posuvným pohonem a posuvné vedení je opatřeno pohonem.

Členem ramene manipulátoru je prvek vyplněný médiem o vyšším tlaku vzhledem k tlaku okolního prostředí případně vyplněn výztužnými členy nebo článek vyplněný médiem o nižším tlaku vzhledem k tlaku okolního prostředí, přičemž jeho dutina je vyplněna výztužnými členy.

Alespoň některý z členů ramen manipulátoru může být tvořen kombinací alespoň jednoho prvku vyplněného mediem o vyšším tlaku vzhledem k tlaku okolního prostředí a alespoň jednoho článku vyplněného médiem o nižším tlaku vzhledem k tlaku okolního prostředí. Místa změny tuhosti jsou uspořádána mimo oblast pružného kloubu na jedné nebo po obou stranách membrány a mohou být opatřena manžetou pro zvýšení účinku pružného kloubu.

Membrána je opatřena alespoň některou z přírub pro připevnění k rámu nebo k sousednímu členu nebo pro připevnění koncového efektoru a je spojena s vnějšími vlákny a/nebo s vnitřními vlákny, jejichž druhé konce jsou spojeny s pohony vláken. Vnější a/nebo vnitřní vlákna prochází případně průchody na povrchu membrány.

Jednotlivé cleny ramen manipulátoru mohou uspořádány vedle sebe, přičemž jejich jedny konce jsou spojeny se společnou přírubou koncového efektoru a druhé konce s dalšími členy nebo s rámem. V dutině každé membrány je uspořádán měřicí člen vzájemné polohy jednotlivých členů ramen manipulátoru mezi sebou nebo vůči rámu. Počet vláken pro ovládání kloubů mezi jednotlivými členy ramen a/nebo mezi členy ramen a rámem manipulátoru je větší než počet stupňů volnosti těchto kloubů.

Výhodou popisovaného vynálezu je zvýšení poměru tuhosti ku hmotnosti, štíhlosti konstrukce, užití pružných kloubů bez vůlí a hysterezí u průmyslových robotů nebo manipulátorů. Dále je tato konstrukce průmyslových robotu nebo manipulátorů snadno deformovatelná v případě havárie, např. při kolizi s lisem. Navržený koncept merení uvnitř členů ramen manipulátoru řeší problém měření a řízení polohy koncového efektoru průmyslového robota a manipulátoru s pružnými klouby. Výhodou je také oddělení oblastí tahového a tlakového namáhání konstrukce průmyslových robotů nebo manipulátorů v kombinaci s pohyblivými klouby. Výhodné je také, že část namáhání konstrukce na vzpěr je nahrazena namáháním v tahu membrány tvořené kompozity vláken a výplně neprostupné vzduchem a užitým médiem. Kritickým rozměrem na vzpěr se stává rozměr výztužného členu, nikoli rozměr celého ramene průmyslového robota nebo manipulátoru.

Přehled obrázků na výkresed/y

Na přiložených obrázcích jsou znázorněna schematicky provedení manipulátoru podle vynálezu, kde znázorňuje obr. 1 základní provedení členu ramene manipulátoru s nafouknutým prvkem, obr. 2 základní provedení členu ramene manipulátoru s vyfouknutým článkem, obr. 3 alternativní provedení k obr. 1 obr. 4 až 11 alternativní provedení členů ramen manipulátoru s různým uspořádáním míst změnou tuhosti, obr. 12 až 17 alternativní provedení členů ramen manipulátoru, s kombinací prvků nebo článků v jednom členu ramene manipulátoru, y

obr. 18 až 24 alternativní provedení členů ramen manipulátoru opatřených vloženými manžetani nebo spojovacími přírubami, případně klouby, obr. 25, 26 alternativní provedení členů ramen manipulátoru s posuvným vedením mezi členy ramene obr. 27 a 28 alternativní provedení členů ramen manipulátoru s různě uspořádanými místy změn tuhosti obr. 29 a 30 další možné alternativní provedení členů ramen manipulátoru obr. 31 až 36 členy ramen manipulátoru opatřené ovládacími vlákny, obr. 37 a 38 manipulátor se třemi sériově řazenými členy ramene manipulátoru, obr. 39 a 40 rameno manipulátoru s rotačním pohonem mezi dvěma jeho členy, obr. 41 a 42 rameno manipulátoru s posuvným pohonem mezi dvěma jeho členy, obr. 43 a 44 manipulátor se třemi paralelně řazenými členy jednotlivých ramen, obr. 45 prostorový vzorek, resp.model manipulátoru nebo průmyslového robota a obr. 46 rameno manipulátoru s vestavěným měřicím zařízením vzájemné polohy jednotlivých členů jeho ramen.

Příklady provedení vynálezu

U všech provedení vynálezu, dále popsaných, obsahuje každé rameno manipulátoru alespoň jeden člen, a to prvek 1, nebo článek 6, jehož vnější stěnu představuje membrána 2, jejíž dutina je vyplněna médiem o vyšším nebo nižším tlaku, než je tlak okolního prostředí, v případě použití média o nižším tlaku oproti tlaku okolního prostředí jsou v dutině membrány 2 uspořádány výztužné členy 7. Každý člen je pružně nebo kloubově spojen s rámem 22 nebo s dalším členem ramene manipulátoru. Většina provedení má svá analogická provedení vzniklá záměnou výplně dutiny médiem o vyšším tlaku (nafouknutá) výplní médiem o nižším tlaku (vyfouknutá) a naopak s tím, že v dutinách s médiem o nižším tlaku je třeba uspořádat výztužné členy 7. U všech provedení je snahou docílit co nejpříznivější poměr tuhosti a váhy manipulátoru.

Na obr. 1 je schematicky znázorněno provedení manipulátoru, jehož rameno je tvořeno jedním prvkem 1, jehož dutina je vyplněna — nafouknuta médiem 3 vyššího tlaku vzhledem k okolnímu prostředí. Spodní část prvku 1 je opatřena místem 4 změny křivosti tvořícím pružný kloub a na konci je spojena s rámem 22. Membrána 2 je vyrobena z elastického materiálu s dobrou pevností v tah^například z uhlíkových vláken s PVC nebo kaučukovou výplní. Médium 3 o vyšším tlaku může být tvořeno stlačeným vzduchem, ale také jinou tekutinou nebo poddajnou pěnou.

Na obr. 2 je schematicky znázorněno provedení manipulátoru, jehož rameno je tvořeno jedním článkem 6, jehož dutina je vyfouknuta, resp. vysáta médiem 8 nižšího tlaku vzhledem k tlaku okolního prostředí. Obdobně k provedení podle obr. 1 je spodní část článku 6 opatřena místem 4 změny křivosti tvořícím pružný kloub a na

konci spojena s rámem 22. V dutině článku 6 jsou uspořádány výztužné členy 7 pro zajištění tvaru článku 6 pn jeho vyfouknutí. Výztužné členy 7 odolávají namáhání článku 6 na vzpěr. Membrána 2 je vyrobena z elastického matenalu s dobrou pevností v tahu například uhlíkovými vlákny s PVC nebo kaučukovou výplní. Medium o mzsím tlaku může být tvořeno vzduchem, nebo jinou tekutinou nebo poddajnou pěnou s podtlakem. Výztužné členy 7 uvnitř vyfouknutého článku 6 mohou být tvořeny koulemi z elastického matenalu a mohou být duté nebo plné. Namáhání na vzpěr celého ramene se převádí na namáhání na vzpěr jen výztužných prvků 7 a na namáhání na tah membrány 2. Výztužné prvky mají menší rozměr než celé rameno, coz je pro vzpěr výhodné. Výhodou je převedení části namáhání na vzpěr na namáhání na tah.

Na obr. 3 je schematicky znázorněno alternativní provedení manipulátoru s nafouknutým prvkem 1, který je vyplněn výztužnými prvky 7. Výztužné prvky i zde odolávají vzpěru jako na obr. 2.

Na obr. 4 je schematicky znázorněno alternativní provedení manipulátoru s nafouknutým prvkem 1, kde místo 4 změny křivosti, jak je patrné na obr. 1, je nahrazeno místem 5 změny tuhosti pro spojení s rámem nebo dalším prvkem. V místě 5 změny tuhosti se může jednat jak o zvýšení tuhosti, tak o snížení tuhosti.

Na obr. 5 je schematicky znázorněno alternativní provedení manipulátoru s vyfouknutým článkem 6, kde místo 4 změny křivosti, jak je patrné na obr. 2, je nahrazeno místem 5 změny tuhosti pro spojení s rámem nebo dalším prvkem. V místě 5 změny tuhosti se může i zde jednat jak o zvýšení tuhosti, tak o snížení tuhosti.

Na obr. 6 je schematicky znázorněno alternativní provedení manipulátoru s nafouknutým prvkem 1, kde části stěn membrány 2 jsou opatřeny místy 5 změny tuhosti, v tomto případě jde o zvýšení tuhosti, přičemž části stěn membrány 2 bez změny tuhosti se stanou pružnými klouby pro spojení s rámem nebo s dalším členem manipulátoru.

Na obr. 7 je schematicky znázorněná analogie provedení změny tuhosti stěny membrány 2 podle obr. 6, zde u ramene manipulátoru s vyfouknutým článkem 6.

Podle obr. 8 je na rozdíl od provedení na obr. 6 vytvořena nesymetrická změna tuhosti stěny membrány 2, kdy tato změna tuhosti je provedena jen na jedné straně stěny membrány 2, obdobně pak u provedení podle obr. 9 je provedena tato změna tuhosti u vyfouknutého článku 6.

Alternativní nesymetrické provedení změny tuhosti stěny membrány je patrné na obrázcích 10 a 11, kde ke změně tuhosti stěny membrány 2 dochází střídavě na jedné a následně druhé straně membrány 2, kde místa steny membrány 2 bez zvýšení tuhosti na protilehlých stranách se stávají pružnými klouby mezi jednotlivými částmi nafouknutého prvku 1 - obr. 10 nebo vyfouknutého článku 6 - obr. 11.

Na obr. 12 až 17 jsou schematicky znázorněna další provedení ramen manipulátoru, kde jednotlivé členy ramen manipulátoru jsou tvořeny kombinací nafouknutého prvku 1 a vyfouknutého článku 6.

Podle obr. 12 je vyfouknutý článek 6 uspořádán na povrchu nafouknutého prvku 1, resp. jej obaluje, docílí se tak zvýšeni přetlaku v nafouknutém prvku 1 a intenzivnějšího soustředění pružného kloubu v místě 4 změny křivosti, které je současně místem snížené tuhosti. Současně vyfouknuté články 6 uspořádáné na povrchu nafouknutého prvku 1 realizují místa se zvýšenou tuhostí obdobně k obr. 6.

λ

Na obr. 13a je na rozdíl od obr. 12 uspořádán nafouknutý prvek 1 na povrchu vyfouknutého článku 6. Takovýmto uspořádáním je zvýšen účinek podtlaku ve vyfouknutém článku 6 účinkem nafouknutého prvku 1. Účinek podtlaku ve vyfouknutém článku 6 je tak dán rozdílen vůči tlaku v nafouknutém prvku 1, a tak může dosáhnout hodnot mnohonásobně přesahujících účinek rozdílu jen vůči tlaku okolního prostředí, jako je například na obr. 2. Rovněž zde dochází k intenzivnějšímu soustředění pružného kloubu v místě 4 změny křivosti, které je současně místem snížené tuhosti. Ke schematickému znázornění na obr. 13a je na obr. 13b znázorněn řez nafouknutým prvkem 1 kombinovaným s vyfouknutým článkem 6. Je zde znázorněna alternativa, kdy nafouknutý prvek 1 obaluje vyfouknutý článek 6. Může být ale uspořádán jen na části povrchu vyfouknutého článku 6. Toto uspořádání mají svá analogická uspořádání také na obr. 12.

Na obr. 14 je schematicky znázorněna alternativa k uspořádání na obr. 12, kde kombinace nafouknutého prvku 1 a vyfouknutého článku 6 je jen na jedné straně membrány 2, na obr. 15 je pak zobrazeno alternativní uspořádání k provedení podle obr. 13, kdy na obr. 15 je kombinace nafouknutého prvku 1 a vyfouknutého článku 6 je jen na jedné straně membrány 2.

Na obr. 16a je schematicky znázorněno další alternativní uspořádání ramene, s nesymetricky uspořádaným vyfouknutým článkem 6 uvnitř nafouknutého prvku 1, který může být případně rozdělen na dvě části s různým vnitřním tlakem. Ke schematickému znázornění na obr. 16a je na obr. 16b a 16c znázorněn řez nafouknutým prvkem 1 kombinovaným s vyfouknutým článkem 6. Jsou znázorněny dva alternativní tvary v příčném řezu. Na obr. 16b je prostor nafouknutého prvku 1 rozdělen na dvě části vyfouknutým článkem 6, kde každá část může být vyplněna médiem s rozdílným tlakem. Na obr. 16c naopak jeden nafouknutý prvek 1 v sobě obsahuje dva vyfouknuté články 6, případně s rozdílnými tlaky. Obr. 16c také ukazuje, že vnější tvar membrány v příčném řezu může být různý, například oválný nebo eliptický, a nejen kruhový.

Na obr. 17a je pak patrné alternativní uspořádání obdobné kobr. 16, kde však nafouknutý prvek 1 je uspořádán uvnitř vyfouknutého článku 6. Na obr. 17b je znázorněno, že může jít o čtyři rozdílné prostory s rozdílnými přetlaky 3A a 38 a s rozdílnými podtlaky 8A a 8B.

Na obr. 18 a 19 jsou schematicky znázorněna alternativní provedení ramene manipulátoru k provedením podle obr. 1 a 2, kde jsou místa 4 změny křivosti opatřena vloženou manžetou 11, která způsobuje velkou lokální změnu křivosti a tuhosti. Řez v místě vložené manžety 11 je patrný na obr. 18b. Nafouknutý prvek 1 nebo vyfouknutý člen 6 manžetou procházejí, jsou jen zúženy, resp. zaškrceny.

Na obr. 20 a 21 jsou schematicky znázorněna alternativní provedení ramene manipulátoru, kde jsou nafouknutý prvek 1 nebo vyfouknutý článek 6 opatřeny přírubou 10 koncového efektoru, která umožňuje uchopení těles manipulátorem nebo působení na těleso prostřednictvím zvoleného nástroje. Příruba je do nafouknutého prvku 1 nebo vyfouknutého členu 6 vložena, resp. jejich membrána 2 je v přírubě ukončena a utěsněna. Výhodně je také v přírubě uspořádán ventil, kterým je dutina membrány nafouknuta médiem o vyšším tlaku nebo vyfouknuta (vysáta) do nižšího tlaku.

Na obr. 22a je schematicky znázorněno alternativní provedení ramene manipulátoru se třemi nafouknutými prvky 1, kde uvnitř jednoho nafouknutého prvku 1 jsou uspořádány další dva nafouknuté prvky 1 s médiem o tlaku 3A a médiem o tlaku 3B a vyplněné výztužnými prvky 7, přičemž všechny tři nafouknuté prvky 1 mají x

shodný tlak média, protože jsou odděleny membránami 2A, jež jsou k tlakovému médiu prodyšné. Na obr. 22b je patrný řez tohoto provedení.

Na obr. 23 až 26 jsou schematicky znázorněna alternativní provedení ramene manipulátoru, kde jsou jeho jednotlivé členy opatřeny přírubami 12 pro jejich vzájemné spojení. Tyto příruby 12 umožňují spojovat členy ramen manipulátoru tradičními kinematickými dvojicemi, vdaném příkladu na obr. 23 a 24 rotačním nebo sférickým kloubem 18 a na obr. 25 a 26 posuvným vedením 29. Tyto příruby 12 mohou mít obdobné provedení, jako je popisováno pro příruby 10 koncového efektoru na obr. 20 a 21.

Na obr. 27a a 28a je schematicky znázorněno alternativní provedení ramene manipulátoru, kde ramena jsou spojena tradičními pevnými klouby, zde rotačními nebo sférickými klouby 18, a membrány 2 jsou vyztuženy místy 5 zvýšené tuhosti jdoucími od jedné příruby 10 nebo 12 ke druhé přírubě 10 nebo 12. případně 9 (zde nezakreslena). Zde nejsou užity pružné klouby, ale jen tradiční pevné klouby. Místa 5 zvýšené tuhosti mohou být celistvá nebo různým způsobem dělená, jak je patrné z řezů na obr. 27b, c a 28b.

Na obr. 29 a 30 jsou schematicky znázorněna alternativní provedení ramene manipulátoru, kde nafouknutý prvek 1 nebo vyfouknutý článek 6 je opatřen přírubou 9 pro připevnění k rámu. Tato příruba 9 slouží pro spolehlivé připevnění ramene manipulátoru k rámu. Tato příruba 9 může mít obdobné provedení, jako je popisováno pro příruby 10 koncového efektoru na obr. 20 a 21.

Na obr. 31 a 32 je schematicky znázorněno provedení pohonu ramene manipulátoru prostřednictvím vnějších vláken 13, která jsou na jednom konci připevněna k místům 19 na vnějším povrchu nafouknutého prvku 1 nebo vyfouknutého článku 6 a na druhém konci k pohonům 16, např. lineárním elektrickým motorům. Počet vnějších vláken 13 je větší než je počet stupňů volnosti ramene manipulátoru, resp. pružného kloubu.

V daném případě, s rovinným pohybem ramene manipulátoru tvořeném pružným rotačním kloubem s jedním stupněm volnosti, jsou použita dvě vlákna.

U provedení ramene manipulátoru na obr. 33 je znázorněno provedení pohonu ramene manipulátoru prostřednictvím vnitřních vláken 14, která jsou na jednom konci připevněna k místům 19 na vnitřním povrchu nafouknutého prvku 1 a na druhém konci k pohonům 16. Rovněž zde je počet vnitřních vláken 14 větší, než je počet stupňů volnosti ramene manipulátoru, resp. pružného kloubu. V daném případě, s rovinným pohybem ramene manipulátoru tvořeném pružným rotačním kloubem s jedním stupněm volnosti, jsou použita dvě vlákna.

Na obr. 34 je patrné vedení vnitřních vláken 14 podél vnitřního povrchu nafouknutého prvku 1, kde vlákna procházejí průchody 15 uspořádanými na vnitřním povrchu prvku 1. Průchody 15 umožňují posuvný pohyb vláken 14 s minimálním třecím odporem.

Vedení vnějších vláken 13 po vnějším povrchu nafouknutého prvku 1 nebo vyfouknutého článku 6 je provedeno uspořádáním průchodů 15 na vnějším povrchu nafouknutého prvku 1 nebo vyfouknutého článku 6, jak je patrné na obr. 35 a 36. Průchody 15 umožňují posuvný pohyb vláken 13 a/nebo 14 s minimálním třecím odporem.

Na obr. 37 je schematicky znázorněn příklad provedení manipulátoru nebo průmyslového robota, jehož rameno je složeno ze tří nafouknutých prvků 1 a vybaveno přírubou 10 koncového efektoru, přírubou 9 pro připevnění k rámu 22, vloženými manžetami 11 a pohony 16 ovládanými vnějšími vlákny 13. Počet pohonů 16 a počet vnějších vláken 13 je větší než počet stupňů volnosti příslušných ovládaných pružných kloubů. Toto provedení může představovat buď rovinný průmyslový robot,nebo manipulátor nebo průmět prostorového průmyslového robota nebo manipulátoru se sériovou kinematickou strukturou s rotačními klouby. V případě rovinného průmyslového robota nebo manipulátoru je jeho počet stupňů volnosti tři, je tvořen třemi pružnými klouby s jedním stupněm volnosti a počet pohonů 16 a počet vnějších vláken 13 je šest, vždy dva pro jeden pružný kloub.

Na obr. 38 je schematicky znázorněno provedení manipulátoru obdobného příkladu na obr. 37, ale s užitím tradičních pevných kloubů, v daném případě rotačních nebo sférických 18.

Na obr. 39 je schematicky znázorněno provedení pohonu ramene manipulátoru prostřednictvím rotačního pohonu 20 v kloubu 18, představovaného např. elektromotorem. V daném případě je znázorněno rameno s nafouknutým prvkem 1, obdobně je toto provedení možné u ramene s vyfouknutým článkem 6.

Na obr. 40 je schematicky znázorněno provedení pohonu ramene manipulátoru s rotačním nebo sférickým kloubem 18 prostřednictvím posuvného pohonu 21, např. hydraulického válce. Vdaném případě je znázorněno rameno s vyfouknutým článkem 6, obdobně je toto provedení možné u ramene s nafouknutým prvkem 1.

Na obr. 41 a 42 je schematicky znázorněno provedení pohonu ramene manipulátoru s posuvným vedením 29 prostřednictvím pohonu 30 posuvného vedení 29, např. šroubem a maticí a rotačním elektrickým motorem, nebo prostřednictvím posuvného pohonu 21, např. hydraulického válce.

Na obr. 43 je schematicky znázorněn další příklad provedení manipulátoru složeného ze tří vedle sebe uspořádaných ramen manipulátoru, v tomto případě představované nafouknutými prvky 1 vybavenými společnou přírubou 10 koncového efektoru a přírubami 9 pro připevnění k rámu 22. Příruby 9 jsou tvořeny vozíky ovládanými pohony 30 posuvných vedení 29, například lineárními elektrickými motory, a v případě posuvného vedení 29A je pohon vozíku realizován dvojicí vnějších vláken 13 vedených přes kladky 23 na pohony 16. Počet vnějších vláken 13 je zde dva a je větší než jeden stupeň volnosti posuvného vedení 29A. Na obou koncích jsou nafouknuté prvky 1 opatřeny místy 4 změny křivosti, což představuje ekvivalent rotačních kloubů mezi nafouknutým prvkem 1 a přírubou 9 pro připevnění k rámu 22 a přírubou 10 koncového efektoru. Kazde z těchto ramen může být tvořeno více prvky 1 nebo více články 6. Obr. 43 může představovat buď rovinný průmyslový robot^ebo manipulátor nebo průmět prostorového průmyslového robota a manipulátoru s paralelní kinematickou strukturou, jehož ramena pojíždějí po rámu a jsou opatřena na obou koncích rotačními klouby.

Na obr. 44 je schematicky znázorněno provedení manipulátoru obdobného příkladu na obr. 43, ale s užitím tradičních pevných kloubů, v daném případě rotačních nebo sférických 18 kloubů a posuvných vedeních 29 s pohony 30, např. lineárními elektrickými pohony.

Na obr. 45 je znázorněn vzorek manipulátoru, u kterého je patrné uspořádání nafouknutého prvku 1 opatřeného přírubou 10 koncového efektoru, přírubou 9 pro připevnění k rámu a třemi vnějšími vlákny 13 vedenými přes kladky 23 na vozíky představující posuvné pohony 16 na svislých vedeních prostřednictvím šroubů a maticemi a rotačními elektrickými motory.

Na obr. 46 je schematicky znázorněno rameno manipulátoru se třemi členy, kde v dutině každého členu je uspořádán měřící člen 17 pro měření vzájemné polohy jednotlivých členů, nafouknutých prvků 1 nebo vyfouknutých článků 6, ramene. Měřicí člen 17 je zde tvořen rotačním kloubem 24 rotačně spojeným s fotocitlivou destičkou 25 a umístěným v místě 4 velké změny křivosti. Rotační kloub 24 je vždy opatřen odměřováním rotace 28 a je spojen trychtýřem 26 s následující fotocitlivou destičkou 25, přičemž uvnitř trychtýře 26 jsou umístěny laserové diody vysílající vícenásobné laserové paprsky 27 dopadající na následující fotocitlivou destičkou 25. Fotocitlivá destička 25 může být tvořena CCD nebo PSD prvkem měřícím polohu dopadů laserových paprsků 27. Při natočení v místě 4 velké změny křivosti představujícím pružný kloub, dojde k natočení rotačních kloubů 24 měřícího členu 17 spolu s připojeným trychtýřem 26, které zajistí, že laserové paprsky 27 vždy dopadají na fotocitlivou destičku 25, kde je možné polohu jejich dopadů změřit. Ze změřené rotace rotačního kloubu 24 s trychtýřem 26 vůči fotocitlivé destičce 25 a ze změřených poloh dopadů vícenásobných laserových paprsků 27 na fotocitlivou destičku 25 lze určit vzájemnou polohu členů ramene manipulátoru představovaného vzájemnou polohou rotačních kloubů 24 vůči sobě. Poloha je určena jak vzájemným pootočením v pružných kloubech, tak vzájemným posunutím vzniklým deformací členů ramene manipulátoru.

Řízení pohonů 16 a/nebo 20 a/nebo 21 a/nebo 30 a zpracování měření z měřicích členů 17 je prováděno počítačem.

Claims (16)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Manipulátor obsahující rameno tvořené alespoň jedním členem pohyblivě spojeným s rámem, vyznačený tím, že člen ramene manipulátoru je tvořen neprodyšně uzavřenou membránou (2), jejíž dutina je vyplněna médiem o vyšším nebo nižším tlaku vzhledem k okolnímu prostředí a opatřen kloubem pro spojení s dalším členem nebo rámem (22).

2. Manipulátor podle nároku 1, vyznačený tím, membrána (2) je opatřena alespoň jedním místem (4) změny křivosti a/nebo místem (5) změny tuhosti.

3. Manipulátor podle nároku 1, vyznačený tím, že kloub pro spojení s dalším členem nebo rámem (22) je tvořen pevným otočným kloubem (18) a/nebo pevným posuvným vedením (29).

4. Manipulátor podle nároku 3, vyznačený tím, že kloub (18) je opatřen rotačním pohonem (20) nebo posuvným pohonem (21) a/nebo posuvné vedení (29) je opatřeno pohonem (30) posuvného vedení (29) nebo posuvným pohonem (21).

5. Manipulátor podle některého z předešlých nároků, vyznačený tím, že členem ramene manipulátoru je prvek (1) vyplněný médiem o vyšším tlaku vzhledem k tlaku okolního prostředí.

6 Manipulátor podle nároku 5, vyznačený tím, že prvek (1) vyplněný médiem o vyšším tlaku vzhledem k tlaku okolního prostředí je současně vyplněn výztužnými členy (7).

7. Manipulátor podle některého z předešlých nároků, vyznačený tím, že členem ramene manipulátoru je článek (6) vyplněný médiem o nižším tlaku vzhledem k tlaku okolního prostředí, přičemž jeho dutina je vyplněna výztužnými členy (7).

8. Manipulátor podle některého z předešlých nároků, vyznačený tím, že alespoň některý z členů ramen manipulátoru je tvořen kombinací alespoň jednoho prvku (1) vyplněného médiem o vyšším tlaku vzhledem k tlaku okolního prostředí a alespoň jednoho článku (6) vyplněného médiem o nižším tlaku vzhledem k tlaku okolního prostředí.

9. Manipulátor podle některého z předešlých nároků, vyznačený tím, že místa (5) změny tuhosti jsou uspořádána mimo oblast pružného kloubu na jedné nebo po obou stranách membrány (2).

10. Manipulátor podle některého z předešlých nároků, vyznačený tím, že membrána (2) je opatřena v místech (4) změny křivosti a /nebo místech (5) změny tuhosti manžetou (11) pro zvýšení účinku pružného kloubu.

11. Manipulátor podle některého z předešlých nároků, vyznačený tím, že membrána (2) je opatřena alespoň některou z přírub (9, 10, 12) pro připevnění k rámu (22) nebo k sousednímu členu nebo pro připevnění koncového efektoru.

12. Manipulator podle některého z předešlých nároků, vyznačený tím, že membrána (2) je spojena s vnějšími vlákny (13) a/nebo s vnitřními vlákny (14), jejichž druhé konce jsou spojeny s pohony (16) vláken.

13. Manipulátor podle některého z předešlých nároků, vyznačený tím, že vnější a/nebo vnitřní vlákna (13, 14) prochází průchody (15) na povrchu membrány (2).

14. Manipulátor podle některého z předešlých nároků, vyznačený tím, že jednotlivé členy ramen manipulátoru jsou uspořádány vedle sebe, přičemž jejich jedny konce jsou spojeny se společnou přírubou (10) koncového efektoru a druhé konce s dalšími členy nebo s rámem (22).

15. Manipulátor podle některého z předešlých nároků, vyznačený tím, že v dutině každé membrány je uspořádán měřící člen (17) vzájemné polohy jednotlivých členů ramen manipulátoru mezi sebou nebo vůči rámu (22).

16. Manipulátor podle některého z předešlých nároků, vyznačený tím, že počet vláken (13,14) pro ovládání kloubu mezi jednotlivými členy ramen a/nebo mezi členy ramen a rámem (22) je větší než počet stupňů volnosti těchto kloubů.