PL187551B1

PL187551B1 - Robot's manipulator

Info

Publication number: PL187551B1
Application number: PL98329709A
Authority: PL
Inventors: Wojciech Klimasara
Original assignee: Przemyslowy Instytut Automatyk
Priority date: 1998-11-16
Filing date: 1998-11-16
Publication date: 2004-07-30
Also published as: PL329709A1

Abstract

1. Manipulator robota, zwłaszcza robota F interwencyjno-inspekcyjnego wyposażonego w ruchome podwozie, na którymjest osadzona obrotowo podstawa manipulatora, złożonego z ramienia dolnego i połączonego obrotowo z tymramieniemramieniagórnego zakończonego połączonym z nim obrotowo nadgarstkiem zaopatrzonym w moduł mocujący chwytak lub inne narzędzie, znamienny tym, że wkorpusie (7) manipulatora zamocowanym obrotowo do ruchomego podwozia (32) za pomocą podstawy (31) umieszczone są ślimakowe przekładnie napędowe ramienia dolnego (14), ramienia górnego (15) i nadgarstka (19) z którym połączonyjestmoduł mocujący (41), przy czym koła ślimakowe (8,9,10) tych przekładni są osadzone na współosiowychtulejach (11,12,13) i są z nimi połączone za pomocą sprzęgieł przeciążeniowych (26, 27, 28).1. Robot manipulator, especially a robot F intervention and inspection equipped into the movable undercarriage on which it is mounted rotating manipulator base, composed of a lower and linked arm rotationally with this arm of the upper arm ending pivotally connected to it wrist with a mounting module gripper or other tool, characterized by in the manipulator body (7) pivotally attached to the movable the chassis (32) with the base (31) there are worm drive gears the lower arm (14), the upper arm (15) and the wrist (19) to which the module is connected mounting (41), the wheels worm (8,9,10) of these gears are mounted on coaxial sleeves (11, 12, 13) and are connected to them by means of couplings overload stressors (26, 27, 28).

Description

Przedmiotem wynalazku jest manipulator robota, zwłaszcza robota interwencyjno-inspekcyjnego, przeznaczonego do pracy w terenie.The subject of the invention is a robot manipulator, in particular an intervention and inspection robot intended for field work.

Roboty te są wyposażone w ruchome podwozie, na którym osadzony jest manipulator, a ponadto są zaopatrzone w układ zdalnego sterowania umożliwiający zdalne manipulowanie przez operatora przedmiotem uchwyconym przez chwytak manipulatora. W pracy robota interwencyjno-inspekcyjnego istotnym jest utrzymanie stałej orientacji przestrzennej przedmiotu, którym może być ładunek wybuchowy lub też niebezpieczna ciecz w otwartym naczyniu. W celu zachowania tego warunku manipulatory są wyposażone w czujniki położenia jego elementów i/lub rezolwery lub kodery mocowane na wałach elektrycznych silników napędowych oraz w komputerowe układy sterowania. Rozwiązania takie, charakteryzujące się dużą dokładnością manipulowania przedmiotem są z powodzeniem stosowane w robotach przemysłowych. Są to jednak rozwiązania skomplikowane konstrukcyjnie i kosztowne. W przypadku robotów interwencyjno-inspekcyjnych narażonych na uszkodzenia lub często na zniszczenie, stosowanie takich rozwiązań jest niecelowe, zwłaszcza że wymagana dokładność manipulowania przedmiotem jest znacznie niższa niż w przypadku robotów przemysłowych.These robots are equipped with a movable chassis on which the manipulator is mounted, and they are also equipped with a remote control system that allows the operator to remotely manipulate the object caught by the manipulator's gripper. In the operation of an intervention and inspection robot, it is important to maintain a constant spatial orientation of the object, which may be an explosive charge or a dangerous liquid in an open vessel. In order to meet this condition, manipulators are equipped with sensors of the position of its elements and / or resolvers or encoders mounted on the shafts of electric drive motors and with computer control systems. Such solutions, characterized by high accuracy of object manipulation, are successfully used in industrial robots. However, these are constructively complicated and expensive solutions. In the case of intervention and inspection robots exposed to damage or often destruction, the use of such solutions is pointless, especially since the required accuracy of object manipulation is much lower than in the case of industrial robots.

Celem wynalazku jest opracowanie manipulatora robota, zwłaszcza robota interwencyjno-inspekcyjnego o prostej budowie i stosunkowo niskich kosztach wytwarzania zapewniającego jednak utrzymanie stałej orientacji przestrzennej przedmiotu podczas jego przemieszczania.The aim of the invention is to develop a robot manipulator, in particular an intervention and inspection robot with a simple structure and relatively low production costs, which, however, maintains a constant spatial orientation of the object during its movement.

187 551187 551

Manipulator robota, zwłaszcza robota interwencyjno-inspekcyjnego wyposażonego w ruchome podwozie, na którym jest osadzona obrotowo podstawa manipulatora, złożonego z ramienia dolnego i połączonego obrotowo z tym ramieniem ramienia górnego zakończonego połączonym z nim obrotowo nadgarstkiem zaopatrzonym w moduł mocujący chwytak lub inne narzędzie, charakteryzuje się tym, że w korpusie manipulatora zamocowanym obrotowo do ruchomego podwozia za pomocą podstawy umieszczone są ślimakowe przekładnie napędowe ramienia dolnego, ramienia górnego i nadgarstka z którym połączony jest moduł mocujący, przy czym koła ślimakowe tych przekładni są osadzone na współosiowych tulejach) i są z nimi połączone za pomocą sprzęgieł przeciążeniowych.A robot manipulator, especially an intervention and inspection robot equipped with a movable chassis, on which the manipulator base is rotatably mounted, consisting of a lower arm and pivotally connected with this upper arm ending with a rotatably connected wrist provided with a gripper fixing module or other tool, is characterized by in the manipulator body, rotatably mounted to the moving chassis by means of the base, there are worm gears for the lower arm, upper arm and wrist with which the mounting module is connected, and the worm wheels of these gears are mounted on coaxial sleeves) and are connected to them with overload couplings.

Tuleja napędowa ramienia dolnego ułożyskowanego w korpusie jest z nim połączona bezpośrednio, natomiast tuleja napędowa ramienia górnego jest zaopatrzona w koło połączone za pomocą cięgna z kołem połączonym z tuleją za pomocą której ramie górne jest ułożyskowane w ramieniu dolnym. Tuleja napędowa nadgarstka jest zaopatrzona w koło połączone za pomocą cięgna z kołem osadzonym na tulei zaopatrzonej również w koło połączone za pomocą cięgna z kołem osadzonym na tulei łożyskowej nadgarstka.The driving sleeve of the lower arm mounted in the body is directly connected to it, while the driving sleeve of the upper arm is provided with a wheel connected by means of a tie with the wheel connected to the sleeve by means of which the upper arm is mounted in the lower arm. The wrist drive bushing is provided with a wheel connected by a cable to a wheel mounted on a sleeve also provided with a wheel connected by a cable to a wheel mounted on a wrist bearing bushing.

Moduł mocujący jest zaopatrzony w wałek wielowypustowy do osadzania w otworze nadgarstka oraz w element walcowy z rozmieszczonymi wokół niego otworami, przy czym oś tego elementu walcowego jest prostopadła do osi wałka wielowypustowego.The clamping module is provided with a spline shaft for insertion into the wrist opening and a cylindrical body with holes arranged therein, the axis of the cylindrical body being perpendicular to the axis of the spline shaft.

Tak rozwiązany układ napędowy poszczególnych ramion manipulatora, a także nadgarstka, wykorzystujący zasadę działania prostowodu pozwala na utrzymanie stałej orientacji przestrzennej uchwyconego przedmiotu niezależnie od położenia ramion manipulatora i chwytaka. Zapatrzenie natomiast modułu mocującego w walcowy element z rozmieszczonymi wokół jego osi otworami pozwala na mocowanie chwytaka lub innych narzędzi w różnych położeniach.The so-designed drive system of individual manipulator arms, as well as the wrist, using the straight-line principle of operation allows to maintain a constant spatial orientation of the gripped object, regardless of the position of the manipulator and gripper arms. On the other hand, the fixing of the clamping module with a cylindrical element with holes arranged around its axis allows for fixing the gripper or other tools in various positions.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia manipulator robota zamontowany na ruchomym podwoziu, w widoku perspektywicznym, fig. - 2 schemat kinematyczny manipulatora, fig. 3 - moduł mocujący z chwytakiem, w widoku perspektywicznym, fig. 3a -chwytak w innym położeniu, w widoku perspektywicznym, fig. 3b - inne narzędzie zamocowane w module mocującym, w widoku perspektywicznym, fig. 4 - położenie ramion manipulatora i przedmiotu w przypadku przenoszenia przedmiotu za osłonę, schematycznie, a fig. 5 - położenie uchwyconego przedmiotu w różnych położeniach ramion manipulatora, schematycznie.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows the robot manipulator mounted on a mobile chassis, in perspective view, fig. 2 kinematic diagram of the manipulator, fig. 3 - clamping module with a gripper, in perspective view, fig. 3a - a gripper in a different position, in perspective view, fig. 3b - another tool mounted in the clamping module, in perspective view, fig. 4 - position of the manipulator and object arms when carrying an object behind the cover, diagrammatically, fig. 5 - position of the gripped object in different positions of the manipulator arms, schematically.

Fig. 1 przedstawia robot interwncyjno-inspekcyjny złożony z ruchomego podwozia 32, do którego za pomocą podstawy 31 zamocowany jest obrotowo korpus 7 manipulatora. Tak zbudowany robot charakteryzuje się sześcioma stopniami swobody oznaczonymi strzałkami ”1”, ”2”, ”3”; ”4”, ”5” i ”6”.Fig. 1 shows an inspection and intervention robot composed of a movable chassis 32, to which the manipulator body 7 is rotatably attached by means of a base 31. A robot constructed in this way is characterized by six degrees of freedom marked with arrows "1", "2", "3"; "4", "5" and "6".

Wewnątrz korpusu 7 manipulatora umieszczone są ślimakowe przekładnie napędowe ramienia dolnego 14, ramienia górnego 15 oraz nadgarstka 19. Koła ślimakowe 8, 9, 10 są osadzone za pomocą sprzęgieł przeciążeniowych 26, 27, 28 odpowiednio na współosiowych tulejach 11, 12, 13. Tuleja napędowa 12 ramienia dolnego 14 jest z nim połączona bezpośrednio. Tuleja napędowa 11 ramienia górnego 15 jest zaopatrzona w koło 16 połączone za pomocą cięgna 17 z kołem 18 osadzony na tulei 43 łożyskującej ramie górne 15. Tuleja napędowa 13 chwytaka 19 jest zaopatrzona w koło 20 połączone z kołem 22 osadzonym na tulei 42 za pomocą cięgna 21 zaopatrzonej również w koło 23 połączone za pomocą cięgna 24 z kołem 25 osadzonej na osi obrotu nadgarstka 19, ułożyskowanej za pomocą łożysk 29 i 30 w ramieniu górnym 15. Nadgarstek 19 jest zaopatrzony w moduł mocujący 41, mający otwór wielowypustowy, w którym za pomocą nakrętki 34 mocowany jest wałek wielowypustowy 33 zespołu mocującego. Zespół ten jest wyposażony w kołnierz mocujący 38 zaopatrzony w walcowy element 37 z rozmieszczonymi wokół jego osi otworami 45 o osiach równoległych do osi tego elementu. Ponadto zespół ten zaopatrzony jest w płaszczyzny 35, 36 umożliwiające mocowanie chwytaka 39, a także innych narzędzi.Inside the manipulator's body 7 there are placed worm drive gears of the lower arm 14, upper arm 15 and wrist 19. Worm wheels 8, 9, 10 are mounted by means of overload couplings 26, 27, 28, respectively, on coaxial bushings 11, 12, 13. Drive sleeve 12 of the lower arm 14 is directly connected thereto. The driving sleeve 11 of the upper arm 15 is provided with a wheel 16 connected by a tie 17 to a wheel 18 mounted on the sleeve 43 supporting the upper frame 15. The driving sleeve 13 of the gripper 19 is provided with a wheel 20 connected to the wheel 22 mounted on the sleeve 42 by a cable 21 also provided with a wheel 23 connected by means of a link 24 to a wheel 25 mounted on the axis of rotation of the wrist 19, supported by bearings 29 and 30 in the upper arm 15. The wrist 19 is provided with a mounting module 41 having a spline hole in which, by means of a nut 34, the spline shaft 33 of the fixture is mounted. This unit is equipped with a clamping flange 38 provided with a cylindrical element 37 with holes 45 arranged around its axis with axes parallel to the axis of this element. In addition, the assembly is provided with planes 35, 36 for mounting the gripper 39 and other tools.

187 551187 551

Na fig. 4 przedstawiono schematycznie położenie ramiona manipulatora oraz nadgarstka i przedmiotu podczas układania tego ostatniego za osłonią 42. Na fig. 5 przedstawiono przestrzenne położenie przedmiotu w różnych położeniach ramiona manipulatora. Jak widać z tego schematu, przedmiot, w różnych położeniach ramiona manipulatora nie zmienia swej orientacji przestrzennej. Stanowi to bardzo istotną zaletę manipulatora według wynalazku, zwłaszcza w przypadkach wykorzystywania robota do prac rozbrojeniowych lub też do przenoszenia niebezpiecznych cieczy, zwłaszcza w otwartych naczyniach. Uzyskanie tej cechy jest możliwe dzięki temu, że układ kinematyczny manipulatora pozwala na wykorzystanie zasady prostowodu.Fig. 4 shows schematically the position of the manipulator arm and the wrist and an object while the latter is placed behind the cover 42. Fig. 5 shows the spatial position of the object in different positions of the manipulator arm. As can be seen from this diagram, the object, in different positions of the manipulator's arms, does not change its spatial orientation. This is a very significant advantage of the manipulator according to the invention, especially when the robot is used for disarming works or for conveying hazardous liquids, especially in open vessels. This feature is possible due to the fact that the manipulator's kinematic system allows the use of the straight-line principle.

Fig-2Fig-2

187 551187 551

Fig. 3bFig. 3b

187 551187 551

Fig-1Fig-1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Circulation of 50 copies. Price PLN 2.00.

Claims

Patent claims

1. A robot manipulator, in particular an intervention and inspection robot equipped with a movable chassis, on which a manipulator base is rotatably mounted, consisting of a lower arm and pivotally connected with this upper arm, ending with a rotatably connected wrist equipped with a gripper fixing module or other tool, characterized in that in the manipulator body (7) pivotally mounted to the mobile chassis (32) by means of the base (31) there are placed worm drive gears for the lower arm (14), the upper arm (15) and the wrist (19) to which the module is connected fixing (41), and the worm wheels (8, 9, 10) of these gears are mounted on coaxial bushings (11, 12, 13) and connected to them by means of overload couplings (26, 27, 28).

2. Manipulator according to claim Device according to claim 1, characterized in that the drive sleeve (12) of the lower arm (14) mounted in the body (7) is directly connected thereto.

3. Manipulator according to claim 4. The method of claim 1, characterized in that the drive sleeve (11) of the upper arm (15) is provided with a wheel (16) connected by means of a link (17) to a wheel (18) connected to a sleeve (43) by means of which the upper arm (15) is mounted on the lower arm (14).

4. The manipulator according to claim A wheel as claimed in claim 1, characterized in that the drive sleeve (13) is provided with a wheel (20) connected by a cable (21) to a wheel (22) mounted on a sleeve (42) also provided with a wheel (23) connected by a cable (24) with the wheel (25) seated on the wrist bearing bushing (19).

5. Manipulator according to claims The method of claim 1, characterized in that the securing module (41) is provided with a spline shaft (33) for insertion in a wrist opening (19) and a cylindrical body (37) with holes (45) arranged around it, the axis of this cylindrical body ( 37) is perpendicular to the axis of the spline shaft (33).