PL159418B1

PL159418B1 - An element of the multi-element flexible manipulator

Info

Publication number: PL159418B1
Application number: PL27887189A
Authority: PL
Priority date: 1989-04-14
Filing date: 1989-04-14
Publication date: 1992-12-31

Abstract

1. Unit of flexible manipulator's multi-segmental arm, equipped with a base and transitory element, characterised in that it has at least two first support elements (a, b, c, d, e), containing two rotation axes (x, y) of two adjacent second support elements (A, B, C, D, E, F) placed at an angle to one another not equal zero, mounted with a single degree of freedom rotational kinematic couple, while two first support elements (a, b, c, d, e) are spaced along the manipulator's arm segment, while every second one of the second support elements (A, B, C, D, E, F) form a four degrees of freedom rotational-progressive kinematic couple, while the first support elements (a, b, c, d, e) and the second support elements (A, B, C, D, E, F) are connected to form a closed kinematic chain.<IMAGE>

Description

Przedmiotem wynalazku jest segment wieloczłonowego ramienia manipulatora elastycznego, służącego do manipulacji obiektami.The present invention relates to a segment of a multi-member flexible manipulator arm for manipulating objects.

Znany segment ramienia manipulatora szwedzkiej fumy Spine Robotics AB, zawiera podstawę łączącą ramię manipulatora z napędem cięgnowym, do której umocowane są posobnie dyski sprzęgnięte cięgnem łączącym. Na obwodzie dysków są osadzone co najmniej trzy cięgna napędowe, połączone z tłoczyskiem siłownika umieszczonego w podstawie. Liczba cięgien napędowych jest uzależniona od zadanej ruchliwości mechanizmu. Na końcu ramienia osadzony jest element przejściowy, służący do połączenia kolejnych segmentów lub chwytaka manipulatora.The known segment of the manipulator arm of the Swedish Spine Robotics AB, includes a base connecting the manipulator arm with a cable drive, to which disks connected by a connecting cable are attached in a sequence. At least three drive rods are mounted on the perimeter of the discs, connected to the piston rod of the actuator located in the base. The number of drive rods depends on the desired mobility of the mechanism. At the end of the arm, there is an adapter for connecting subsequent segments or the manipulator gripper.

Wieloczłonowy segment według wynalazku wyróżnia się tym, że posiada co najmniej dwa pierwsze elementy wsporcze, w których usytuowane są dwie osie obrotu dwóch sąsiednich drugich elementów wsporczych, pod kątem względem siebie różnym od zera, osadzonych za pomocą obrotowej pary kinematycznej o jednym stopniu swobody. Sąsiednie pierwsze elementy wsporcze są rozmieszczone wzdłuż segmentu ramienia manipulatora. Natomiast co drugie z drugich elementów wsporczych tworzą ze sobą parę kinematyczną obrotowo-postępową o czterech stopniach swobody. Ponadto pierwsze i drugie elementy wsporcze są połączone tak, że tworzą zamknięty łańcuch kinematyczny.The multi-segment segment according to the invention is distinguished by the fact that it has at least two first support elements in which two axes of rotation of two adjacent second support elements are situated at an angle to each other that is different from zero, supported by a rotating kinematic pair with one degree of freedom. Adjacent first support elements are disposed along the manipulator arm segment. On the other hand, every second of the second support elements form together a kinematic rotational-translational pair with four degrees of freedom. Moreover, the first and second support elements are connected so as to form a closed kinematic chain.

159 418159 418

Korzystne jest jeśli dwa pierwsze elementy wsporcze oraz trzy drugie elementy wsporcze, tworzą zamknięty łańcuch kinematyczny o ruchliwości równej ruchliwości segmentu ramienia manipulatora oraz jeśli zmiana długości segmentu przy tej samej ruchliwości przeprowadzana jest poprzez zmniejszenie lub zwiększenie liczby pierwszych i drugich elementów wsporczych, przy czym liczba pierwszych elementów wsporczych jest równa liczbie drugich elementów wsporczych.It is advantageous if the first two support members and the three second support members form a closed kinematic chain with mobility equal to that of the manipulator arm segment and if the change in segment length with the same mobility is carried out by reducing or increasing the number of the first and second support members, the number of the first the support members equal to the number of the second support members.

Korzystne jest również, jeśli jeden z pierwszych elementów wsporczych lub drugich elementów wsporczych, stanowi podstawę, natomiast jeden z pierwszych elementów wsporczych lub drugich elementów wsporczych, stanowi element przejściowy oraz jeśli posiada dwa cięgna elastyczne wraz z prowadnicami umieszczone parami na każdym elemencie wsporczym, które służą do pomiaru przemieszczenia końcowego elementu wsporczego.It is also advantageous if one of the first support members or the second support members is the base and one of the first support members or the second support members is a transition piece and it has two elastic tendons with guides arranged in pairs on each support member that serve. for measuring the displacement of the end support.

Zgodnie z wynalazkiem segment ramienia manipulatora posiada jednakową strukturę kinematyczną. Ponadto rozwiązania według wynalazku eliminuje połączenia sprężyste i liczbowe, co zapewnia dostateczną sztywność konstrukcji oraz umożliwia zmianę długości segmentów bez zmiany jego ruchliwości.According to the invention, the manipulator arm segment has the same kinematic structure. Moreover, the solutions according to the invention eliminate elastic and numerical connections, which ensures sufficient stiffness of the structure and enables changing the length of the segments without changing its mobility.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia segment ramienia manipulatora w widoku z boku.The subject of the invention is shown in an embodiment in the drawing which shows a segment of the manipulator arm in side view.

Segment ramienia manipulatora składa się z elementów wsporczych a, b, c, d, e, w których usytuowane są dwie osie x, y obrotu dwóch sąsiednich elementów wsporczych A, B, C, D, E, F, tak, że w osi x elementu wsporczego a osadzony jest za pomocą obrotowej pary kinematycznej o jednym stopniu swobody element wsporczy A stanowiący podstawę, zaś w osi y usytuowanej pod kątem 90° względem osi x elementu wsporczego a jest osadzony za pomocą obrotowej pary kinematycznej o jednym stopniu swobody, pierwszym końcem element wsporczy B, następnie 'w osi x elementu wsporczego b osadzony jest za pomocą obrotowej pary kinematycznej o jednym stopniu swobody, drugi przeciwległy koniec elementu wsporczego B, zaś w osi y tego elementu wsporczego b osadzony jest za pomocą obrotowej pary kinematycznej o jednym stopniu swobody i pierwszym końcem element wsporczy C. Analogicznie w osi x elementów wsporczych c, d, e, osadzone są za pomocą obrotowej pary kinematycznej o jednym stopniu swobody drugie przeciwległe końce elementów wsporczych C, D, E, zaś w osi y elementów wsporczych c, d, e, osadzone są za pomocą obrotowej pary kinematycznej o jednym stopniu swobody pierwsze końce elementów wsporczych D, E, F, przy czym drugi przeciwległy koniec elementu wsporczego F, wyposażony jest w element przejściowy G, służący do połączenia kolejnych segmentów lub chwytaka manipulatora.The manipulator arm segment consists of support elements a, b, c, d, e, in which there are two x, y axes of rotation of two adjacent support elements A, B, C, D, E, F, so that in the x axis support element a is mounted by means of a rotating kinematic pair with one degree of freedom, support element A constituting the base, and in the y axis situated at an angle of 90 ° to the x axis of the support element a is mounted by means of a rotating kinematic pair with one degree of freedom, with its first end support B, then 'in the x axis of the support element b is mounted by a rotating kinematic pair with one degree of freedom, the other opposite end of the support element B, and in the y axis of this support element b is mounted by a rotating kinematic pair with one degree of freedom and the first end of the support element C. Similarly, in the x axis of the support elements c, d, e, they are mounted by means of a rotating kinematic pair with one degree of freedom, the second opposite the ends of the supporting elements C, D, E, and in the y axis of the supporting elements c, d, e, are seated by a rotating kinematic pair with one degree of freedom, the first ends of the supporting elements D, E, F, the other opposite end of the supporting element F , is equipped with an adapter G for connecting successive segments or a gripper of the manipulator.

Element wsporczy B, tworzy z elementem wsporczym C oraz element wsporczy C tworzy z elementem wsporczym D, element wsporczy D tworzy z elementem wsporczym E i element wsporczy E z elementem wsporczym F parę kinematyczną obrotowo-postępową o czterech stopniach swobody utworzoną przez sworzeń kulisty H umieszczony w cylindrycznej tulei I. Sworzeń kulisty H jest osadzony na stałe w pierwszych końcach elementów wsporczych C, D, E, F, zaś cylindryczna tuleja I jest osadzona na stałe na wspornikach A’, B’, C’, D’, E’ zamocowanych w drugich przeciwległych końcach elementów wsporczych A, B, C, D, E.Support element B forms with support element C and support element C with support element D, support element D forms with support element E and support element E with support element F a rotational-translational kinematic pair with four degrees of freedom formed by a spherical pin H placed in a cylindrical sleeve I. The spherical pin H is permanently seated in the first ends of the support elements C, D, E, F, and the cylindrical sleeve I is permanently seated on the supports A ', B', C ', D', E 'fixed at the other opposite ends of the support elements A, B, C, D, E.

Segment ramienia manipulatora jest uruchamiany za pomocą siłowników hydraulicznych dwustronnego działania, połączonymi z elementem wsporczym B przegubem kulowym K. Dwa cięgna elastyczne L wraz z prowadnicami M, umieszczonymi parami na każdym elemencie wsporczym B, C, D. E, F, służą do pomiaru przemieszczenia końcowego elementu wsporczego F.The manipulator arm segment is activated by double-acting hydraulic cylinders, connected to the support element B with a ball joint K. Two flexible cables L with guides M, placed in pairs on each support element B, C, D. E, F, are used to measure the displacement end support F.

Segment ramienia manipulatora ma tę właściwość, że zadanie określonej wartości kąta obrotu względnego dowolnej pary kolejnych elementów wsporczych a, A, b, B,c, C, d, D, e, E, F powoduje jednoznaczne określenie względnych kątów obrotów wszystkich pozostałych par kolejnych elementów wsporczych segmentu i tym samym kształt ramienia manipulatora. Właściwość taka dotyczy segmentu składającego się z dowolnej liczby elementów wsporczych większej od dwóch, tak aby była spełniona zależność: w = 6n-5p5-2p2 = 2 gdzie: w - ruchliwość segmentu odpowiadająca liczbie stopni swobody względem podstawy, n - liczba elementów wsporczych ruchomych, p5 - liczba par kinematycznych klasy piątej, p2 - liczba par kinematycznych klasy drugiej.The manipulator arm segment has the property that setting a specific value of the relative rotation angle of any pair of consecutive supporting elements a, A, b, B, c, C, d, D, e, E, F results in an unambiguous determination of the relative rotation angles of all other pairs of consecutive pairs of rotation. the segment support elements and thus the shape of the manipulator arm. This property applies to a segment consisting of any number of support elements greater than two, so that the relationship is satisfied: w = 6n-5p5-2p2 = 2 where: w - segment mobility corresponding to the number of degrees of freedom in relation to the base, n - number of movable support elements, p5 - number of fifth class kinematic pairs, p2 - number of second class kinematic pairs.

Pozwala to na zastosowanie do napędu takiego ramienia manipulatora siłowników o krótkim skoku, działających między dwoma kolejnymi elementami wsporczymi.This allows for the drive of such a manipulator arm to be used with short-stroke actuators, operating between two successive support elements.

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.Department of Publishing of the UP RP. Circulation of 90 copies

Cena 10 000 złPrice: PLN 10,000

Claims

Patent claims

1. A segment of a multi-segment flexible manipulator arm provided with a base and an adapter, characterized in that it has at least two first support elements (a, b, c, d, e) in which two rotation axes (x, y) of the two adjacent second support elements (A, B, C, D, E, F), at an angle to each other other than zero, mounted by a rotating kinematic pair with one degree of freedom, the adjacent first support elements (a, b, c, d, e), are arranged along the manipulator arm segment, while every second of the second support elements (A, B, C, D, E, F) form together a kinematic rotational-translational pair with four degrees of freedom, with the first support elements (a, b, c, d, e) and the second support elements (A, B, C, D, E, F) are connected so as to form a closed kinematic chain.

2. Segment according to claim A method according to claim 1, characterized in that the two first support elements (a, b) and the three second support elements (A, B, C) form a closed kinematic chain with mobility equal to that of the manipulator arm segment.

3. Segment according to claim 2. The method of claim 2, characterized in that the change in segment length with the same mobility is carried out by reducing or increasing the number of first support elements (a, b, c, d, e) and second support elements (A, B, C, D, E, F). ), wherein the number of the first support elements (a, b, c, d, e) is equal to the number of the second support elements (A, B, C, D, E, F).

Segment according to claim A method according to claim 1, characterized in that one of the first support elements (a, b, c, d, e) or the second support elements (A, B, C, D, E, F) forms the base (A), and one of the first support elements the support elements (a, b, c, d, e) or the second support elements (A, B, C, D, E, F), is the transition piece (F).

Segment according to claim The method of claim 1, characterized in that it has two elastic cables L with guides M, placed in pairs on each support element (B, C, D, E, F), which are used to measure the displacement of the end support element (F).