Oblast techniky

Řešení patří do oblasti koncových výkonných prvků u víceúčelových mobilních zařízení určených k výkonu robotických a automatových prací.

Dosavadní stav techniky

V současné době není známo, v oblasti servisní robotiky, robotické zařízení, například dálkově řízený víceúčelový servisní, a současně i zásahový robot, s univerzálním automaticky nebo poloautomaticky vyměnitelným efektorem, s jeho uchopovací a současně i hasicí a injektážní schopností, s dálkovým řízením jeho obvodového nastavení uchopovacích segmentů a s kontinuálním otáčivým pohybem celého efektoru. Existující servisní robotická ramena jsou orientována na humanoidní oblast, technický, dopravní, zásahový a záchranný servis. Tato robotická zařízení jsou často jednoúčelová, jejich univerzalita je omezená a postrádají širší spektrum univerzality.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje Víceúčelové robotické rameno s pěti stupni volnosti s poloautomatickým a automatickým efektorem, obsahující jako základní pohybový prvek víceúčelové robotické rameno a jako základní funkční výkonový prvek vyměnitelný výkonný efektor, přičemž výkonný efektor je unášen pětiosým víceúčelovým robotickým ramenem s pěti stupni volnosti prostřednictvím automatizovaného interface, jehož podstata je v tom, že výkonný efektor zahrnuje seřiditelnou proudnici hasicího nebo jiného média chráněnou vpředu předsazeným krytem, který je zároveň opěrkou, a dále výkonný efektor zahrnuje přestavitelnou sekci uchopovacích kleštin, přičemž automatizovaný interface, skládající se ze dvou rozpojitelných částí, kterými jsou interface ramena, zahrnující vnitřní kontaktní kužel propojení a dále v opozici to je interface efektoru, zahrnující vnější kontaktní kužel, na kterém je první dvojice polohovacích ploch a druhá dvojice samosvomých ploch, přičemž do první dvojice polohovacích ploch je kontaktně zapolohována paralelní dvojice kontaktních desek a do druhé dvojice samosvomých ploch je zapolohována dvojice excentrických válců, které jsou součástí interface ramena, přičemž v ose automatizovaného interface je dutina pro průchod hasicího média a dále na obvodu interface ramene a interface efektoru jsou umístěny dvojice propojovacích bezúkapových hydraulických průchodek a elektroprůchodka, přičemž interface ramena je pevně propojen s koncovou součástí robotického ramena, kterou je nosič automatizovaného interface, přičemž tento nosič se otáčí kolem páté osy ovládané rotačním motorem páté osy uloženým v jedné ze dvou komor druhého dílu robotického ramena přes propojovací hřídel a přes úhlovou předlohu a nakonec přes převodovku páté osy, přičemž tento nosič je otočně uložen v radiaxiálním ložisku páté osy, přičemž druhý díl robotického ramena je otočný kolem čtvrté osy reprezentované radiaxiálním ložiskem čtvrté osy vloženým do skříně, a je s ním pevně spojena ozubená řemenice, která je dále propojena pružným elementem s pastorkem napojeným na pohon složený z rotačního motoru čtvrté osy a převodovky čtvrté osy, přičemž ve stejné skříni, kde jsou uloženy součásti čtvrté osy, je uložena i třetí osa robotického ramena, která je na čtvrtou osu kolmá a je reprezentovaná radiaxiálním ložiskem třetí osy, uloženém v přírubě prvního dílu robotického ramena, kde je uložena i převodovka třetí osy, na kterou navazuje úhlová předlohová převodovka, propojená s rotačním motorem třetí osy, uloženým v dutině prvního dílu, kde tento první díl 33 robotického ramena je ve spodní části zakončen komorou pevně propojenou s otočným dílem převodovky 38 druhé osy, a příruba převodovky druhé osy je pevně propojena s okem točny, které je součástí točny, přičemž s přírubou převodovky druhé osy je pevně propojen rotační motor druhé osy, přičemž monolitní

- 1 CZ 307472 B6 součástí točny je zároveň příruba točny horizontální, pevně propojená s ozubeným vnitřním kroužkem otočného ložiska, jehož vnější kroužek je uložen v rámu, kde do tohoto ozubeného vnitřního kroužku otočného ložiska zabírá prostřednictvím pastorků dvojice rotačních pohonů propojených s rámem prostřednictvím vůli seřizovačích excentrů.

Výhodné zapojení je také, když na skříni je umístěna kamera pro vidění činnosti výkonného efektoru.

Dále je výhodné, když výkonný efektor s robotickým ramenem je propojen mechanizovaným interface, jehož interface nosiče zahrnuje naváděcí tmy, a propojení s protilehlým dílem pevně propojeným s výkonným efektorem je uskutečněno šrouby, kdy po jejich spojení dojde zároveň k propojení bezúkapových hydraulických průchodek a elektroprůchodky. Dále je výhodné, když interface ramena a nosič jsou integrovány do jednoho celku jako nosič s nástavbou a dále interface efektoru a příruba efektoru jsou integrovány do jednoho celku jako příruba s nástavbou, přičemž oba tyto bloky společně tvoří propojovací automatizovaný interface.

Navržené víceúčelové robotické rameno s pěti stupni volnosti, s poloautomatickým a automatickým efektorem vykazuje relativně přesné polohování koncového bodu efektoru při uvedených stupních volnosti, přičemž vykazuje vysokou nosnost převyšující možnosti člověka. Dále toto rameno umožňuje průchod energií elektro, hydrauliky a hasicího média, které prochází kanály v jednotlivých ramenech, bez využití bypassů v místech kloubů jednotlivých ramen. Univerzalita navrhovaného robotického zařízení tkví nejen v možnosti uchopování a hašení současně, ale i v možnosti výměny efektoru jako celku, a to pomocí vhodně zvoleného interface, kdy je možno alternativně zvolit automatizovaný interface ve svých alternativách, pro výměnu efektoru vlastním robotickým ramenem. Dále je možno s výhodou použít poloautomatizovaný mechanizovaný interface, kdy při propojení ramena s efektorem dojde automaticky k propojení energií a médií procházejícími robotickým ramenem, stejně tak se děje při použití automatizovaného efektoru.

Další výhodou navrhovaného řešení je možnost mobility při relativně vysoké nosnosti ramene ve srovnání s podobnými zařízeními používanými např. na montážních linkách. Zařízení umožňuje využití různých typů efektoru, což splňuje především uvedený automatizovaný interface, využívající s výhodou možnost samo výměny jakéhokoliv efektoru robotickým ramenem. Neposlední výhodou je další rozšíření univerzality využití navrhovaného robotického zařízení rozšířením alternativ využívaných efektoru, například k průnikům přes betonové stěny s následným zavedením tekutého media za tuto stěnu, k montážním pracím s využitím kontinuálního otáčivého pohybu efektoru a ke speciálním účelům v oblasti jaderné energetiky.

Objasnění výkresů

Na obrázku k anotaci je podélný řez víceúčelovým robotickým ramenem s pěti stupni volnosti a vyměnitelným efektorem prostřednictvím automatizovaného interface, ve spodní části obrázku je jeho podélný půdorysný řez.

Na obr. 1 - je podélný řez víceúčelovým robotickým ramenem s pěti stupni volnosti a vyměnitelným efektorem prostřednictvím automatizovaného interface, ve spodní části obrázku je jeho podélný půdorysný řez.

Na obr. 2 - axonometrický pohled na vyměnitelný efektor propojený s ramenem automatizovaným interface, v pravé části obrázku je axonometrický pohled na automatizovaný interface, a ve spodní části jsou zobrazeny detaily interface v poloze rozpojeno.

-2CZ 307472 B6

Na obr. 3-je podélný řez víceúčelovým robotickým ramenem s pěti stupni volnosti a vyměnitelným efektorem prostřednictvím mechanického interface, ve spodní části obrázku je jeho podélný půdorysný řez.

Na obr. 4 - axonometrický pohled na vyměnitelný efektor propojený s ramenem mechanickým interface, a ve spodní části jsou zobrazeny detaily interface v poloze rozpojeno.

Na obr. 5 - axonometrický pohled na propojovací automatizovaný interface s ramenem, ve spodní části jsou zobrazeny detaily propojovacího automatizovaného interface v poloze rozpojeno.

Příklady uskutečnění vynálezu

Víceúčelové robotické rameno s pěti stupni volnosti s poloautomatickým a automatickým efektorem může být s ohledem na jeho relativně nízkou hmotnost součástí mobilního zařízení. Efektor dále může sloužit k přemisťování předmětů značné hmotnosti různého tvaru a navíc převyšuje možnosti člověka v přesnosti polohování, odolnosti proti teplotě, zvláště pak sálavému teplu.

Víceúčelové robotické rameno s pěti stupni volnosti a vyměnitelným efektorem obsahující jako základní pohybový prvek víceúčelové robotické rameno 5 a jako základní funkční výkonový prvek vyměnitelný výkonný efektor i, přičemž výkonný efektor i je unášen pětiosým víceúčelovým robotickým ramenem 5 s pěti stupni volnosti prostřednictvím automatizovaného interface 6, kde výkonný efektor 1 zahrnuje seřiditelnou proudnici 2 hasicího nebo jiného média chráněnou vpředu předsazeným krytem 3, který je zároveň opěrkou, a dále výkonný efektor 1 zahrnuje přestavitelnou sekci 4 uchopovacích kleštin, přičemž automatizovaný interface 6, skládající se ze dvou rozpojitelných částí, kterými jsou interface 7 ramena, zahrnující vnitřní kontaktní kužel 8 propojení a dále v opozici to je interface 9 efektoru, zahrnující vnější kontaktní kužel 10, na kterém je první dvojice _U polohovacích ploch a druhá dvojice 12 samosvomých ploch, přičemž do první dvojice 11 polohovacích ploch je kontaktně zapolohována paralelní dvojice kontaktních desek 13 a do druhé dvojice samosvomých ploch 12 je zapolohována dvojice excentrických válců 14, které jsou součástí interface 7 ramena, přičemž v ose automatizovaného interface 6 je dutina 1_5 pro průchod hasicího média a dále na obvodu interface 7 ramene a interface 9 efektoru jsou umístěny dvojice propojovacích bezúkapových hydraulických průchodek 16 a elektroprůchodka 17, přičemž interface 7 ramena je pevně propojen s koncovou součástí robotického ramena 5, kterou je nosič 18 automatizovaného interface 6, přičemž tento nosič J_8 se otáčí kolem páté osy ovládané rotačním motorem J_9 páté osy uloženým v jedné ze dvou komor druhého dílu 20 robotického ramena 5 přes propojovací hřídel 21 a přes úhlovou předlohu 22 a nakonec přes převodovku 23 páté osy, přičemž tento nosič 18 je otočně uložen v radiaxiálním ložisku 24 páté osy, přičemž druhý díl 20 robotického ramena 5 je otočný kolem čtvrté osy reprezentované radiaxiálním ložiskem 25 čtvrté osy vloženým do skříně 26, a je s ním pevně spojena ozubená řemenice 27, která je dále propojena pružným elementem 28 s pastorkem 29 napojeným na pohon složený z rotačního motoru 30 čtvrté osy a převodovky 31 čtvrté osy, přičemž ve stejné skříni 26, kde jsou uloženy součásti čtvrté osy, je uložena i třetí osa robotického ramena 5, která je na čtvrtou osu kolmá a je reprezentovaná radiaxiálním ložiskem 32 třetí osy, uloženém v přírubě prvního dílu 33 robotického ramene 5, kde je uložena i převodovka 34 třetí osy, na kterou navazuje úhlová předlohová převodovka 35, propojená s rotačním motorem 36 třetí osy, uloženým v dutině prvního dílu 33, kde tento první díl 33 robotického ramena 5 je ve spodní části zakončen komorou 37 pevně propojenou s otočným dílem převodovky 38 druhé osy, a příruba 39 převodovky 38 druhé osy je pevně propojena s okem 40 točny, které je součástí točny 41, přičemž s přírubou 39 převodovky 38 druhé osy je pevně propojen rotační motor 42 druhé osy, přičemž monolitní součástí točny 41 je zároveň příruba 43 točny horizontální, pevně propojená s ozubeným vnitřním kroužkem 44 otočného ložiska 45, jehož vnější kroužek 46 je uložen v rámu 47, kde do tohoto ozubeného vnitřního

-3 CZ 307472 B6 kroužku 44 otočného ložiska 45 zabírá prostřednictvím pastorků 48 dvojice rotačních pohonů 49 propojených s rámem 47 prostřednictvím vůli seřizovačích excentrů 50.

Na skříni 26 je umístěna kamera 51 pro vidění činnosti výkonného efektoru 1. Výkonný efektor 1 s robotickým ramenem 5 lze také alternativně propojit pomocí mechanizovaného interface 52, skládající se z unášecí části interface 53 nosiče, které zahrnuje naváděcí tmy 54, a propojení s protilehlým dílem 55 pevně propojeným s výkonným efektorem 1 je uskutečněno šrouby 56, kdy po jejich spojení dojde zároveň k propojení bezúkapových hydraulických průchodek 16 a elektroprůchodky 17.

Ve specializovaných případech je alternativně možné řešit hlavní části automatizovaného interface 6 tak, že interface 7 ramena a nosič 18 jsou integrovány do jednoho celku jako nosič 58 s nástavbou a dále interface 9 efektoru a příruba 57 efektoru jsou integrovány do jednoho celku jako příruba 59 s nástavbou, přičemž oba tyto prvky 58, 59 společně tvoří propojovací automatizovaný interface 60.

Funkce

Víceúčelové robotické rameno s pěti stupni volnosti a vyměnitelným efektorem obsahující jako základní pohybový prvek víceúčelové robotické rameno 5 a jako základní funkční výkonový prvek vyměnitelný výkonný efektor 1 má dvě hlavní funkce.

Funkci hasicí zajišťuje seřiditelná proudnice 2 s možností nastavení jak velikosti průtoku, tak velikosti rozstřikového kužele. Před proudnicí 2 je předsazen kryt 3 sloužící nejen jako ochrana proudnice, ale zároveň i jako opěrka při uchopování různých předmětů sekcí uchopovacích kleštin 4.

Funkci uchopovací zajišťuje sekce uchopovacích kleštin 4 je přestavitelná z centrálního uspořádání do polohy, kdy jsou kleštiny v protilehlém postavení, podle toho, jaký tvar předmětu je nutno uchopit.

Pohyb výkonného efektoru i v prostoru zajišťuje pětiosé víceúčelové robotické rameno 5 s pěti stupni volnosti umožňující průchod potřebných médií uvnitř uvedeného zařízení prostřednictvím průchodek různého typu.

S výkonným efektorem I je víceúčelové robotické rameno 5 propojeno automatizovaným interface 6, přičemž jedna jeho podsestava - interface 7 ramena je pevně propojena s koncovým prvkem víceúčelového robotického ramena 5 - nosičem 18 a druhá podsestava - interface 9 efektoru je pevně propojen se zadní přírubou výkonného efektoru 1. Interface 9 efektoru zahrnuje vnější kontaktní kužel 10, který se při propojení zasune do vnitřního kontaktního kužele 8, přičemž jejich vzájemné zapolohování vytvářejí první dvojice 11 polohovacích ploch, na které dosedne dvojice 13 kontaktních desek interface 7 ramena a zajištění propojení se uskuteční prostřednictvím druhé dvojice 12 samosvorných ploch, na kterou dosedne dvojice excentrických válců J_4 interface 7 ramena. Uvnitř automatizovaného interface 6 je centrální dutina 15 umožňující průchod různého média, v našem případě je to médium hasicí. Na obou podsestavách - interface 7 ramena a interface 9 efektoru automatizovaného interface 6 jsou uloženy protikusy bezúkapových hydraulických průchodek 16 a protikusy elektroprůchodek 17, které zaručují automatické propojení uvedených médií při mechanickém propojení automatizovaného interface 6.

Potřebný pohyb efektoru 1 v prostoru je možný díky pětiosému víceúčelovému robotickému rameni 5 s pěti stupni volnosti:

Pátý stupeň volnosti - kývání výkonným efektorem k

-4CZ 307472 B6

V jedné ze dvou komor druhého dílu 20 robotického ramena 5 je uložen rotační motor 19 páté osy, který z důvodu zlepšující polohy těžiště ramene je napojen na úhlovou předlohu 22 přes propojovací hřídel 21 a výstupem pohonu je silová převodovka 23 páté osy uložená do konce druhého dílu 20 robotického ramena 5 a její rotační výstup je propojen s nosičem 18, přičemž síly od nosiče 18 jsou zachyceny v radiaxiálním ložisku 24 páté osy, které je uloženo v koncové přírubě druhého dílu 20 robotického ramena 5.

Čtvrtý stupeň volnosti - otáčení druhého dílu 20 robotického ramena 5 s výkonným efektorem 1 ve skříni 26:

Na konci skříně 26, paralelně s osou druhého dílu 20 robotického ramena 5 je uložen rotační motor 30 čtvrté osy s převodovkou 31 čtvrté osy, na jejichž výstupu je pastorek 29, který přes pružný element 28 pohánějící ozubenou řemenici 27, přičemž druhý díl 20 robotického ramena 5 je uložen valivě v radiaxiálním ložisku 25 čtvrté osy.

Třetí stupeň volnosti - otáčení skříně 26 s druhým dílem 20 robotického ramena 5 a automatizovaným interface 6:

Na konci prvního dílu 33 robotického ramena 5 je ve vybrání uložen rotační motor 36 třetí osy, na který navazuje úhlová předlohová převodovka 35, na níž navazuje převodovka 34 třetí osy jejíž výstup je pevně propojen se skříní 26 s tím, že všechny síly působící na skříň 26 se promítnou do radiaxiálního ložiska 32 třetí osy, uloženého v přírubě prvního dílu 33 robotického ramena 5.

Druhý stupeň volnosti - kývání prvního dílu 33:

Točna 41 má v přírubě oka 40 točny pevně vloženou přírubu 39 převodovky druhé osy, na níž navazuje rotační motor 42 druhé osy a způsobuje pohyb otočného dílu převodovky 38 druhé osy, který je vložen a pevně propojen s komorou 37 prvního dílu 33 robotického ramena 5 vykonávajícího kyvný pohyb.

První stupeň volnosti - otáčení točny 44:

Základním nosným prvkem víceúčelového robotického ramena s pěti stupni volnosti a vyměnitelným efektorem je točna 41, jejíž příruba 43 točny horizontální je propojena s ozubeným vnitřním kroužkem 44 otočného ložiska 45, jehož vnější kroužek 46 je uložen v rámu 47. Do ozubeného vnitřního kroužku 44 zapadají pastorky 48 dvojice rotačních pohonů 49 a vůli ozubení je možno seřizovat pomocí excentrů 50 vložených mezi každý z rotačních pohonů 49 a rám 47.

Alternativně, v méně náročných případech je možno použít mechanizovaný interface 52, skládající se z unášející části - interface 53 nosiče, využívající pro navedení a zapolohování naváděcí trny 54 a unášené části protilehlého dílu 55 zahrnujícího otvory pro tyto naváděcí tmy 54. Při dotahování propojovacích šroubů 56 dochází postupně k propojování polovin bezúkapových hydraulických průchodek 16 a elektroprůchodek 17.

Ve specializovaných případech je alternativně možné řešit hlavní části automatizovaného interface 6 tak, že interface 7 ramena a nosič 18 jsou integrovány do jednoho celku jako nosič 58 s nástavbou a dále interface 9 efektoru a příruba 57 efektoru jsou integrovány do jednoho celku jako příruba 59 s nástavbou, přičemž oba tyto prvky 58, 59 společně tvoří propojovací automatizovaný interface 60. Toto seskupení se pak vyznačuje tím, že má kratší zástavbovou délku než propojovací řetězec automatizovaného interface 6 ze dvou autonomních rozpojitelných částí.

Průmyslová využitelnost

Zařízení je koncipováno tak, aby jeho uplatnitelnost byla co nejširší. To je umožněno především tím, že koncovou podsestavu — efektor, sloužící k uchopování předmětů různých tvarů a velikostí je možno automatizovaným způsobem zaměňovat pomocí robotizovaného ramena. Nasazování

-5 CZ 307472 B6 efektoru se uskutečňuje po dílčím zapolohování zapadnutím excentrických válců pomocí pružin, naopak k rozpojení je třeba dodat určitou energii.

V našem případě je zařízení uplatnitelné především v oblasti záchranářské činnosti, kdy efektor má funkci uchopovací a hasicí.

Robotické rameno vykazuje navíc vysokou nosnost a tuhost. Může zvedat břemena do hmotnosti cca 300 kg a řízené s ním manipulovat v prostoru i s možností dálkového ovládání. Je navrženo tak, aby jeho hmotnost byla co nejmenší, proto jsou jeho aplikace vhodné i do mobilních podvozků, v případech kdy je možno využít průchod potřebného média do efektoru centrální částí robotického ramena.