PL188111B1

PL188111B1 - Gripper

Info

Publication number: PL188111B1
Application number: PL99335064A
Authority: PL
Inventors: Wojciech Klimasara
Original assignee: Przemyslowy Instytut Automatyk
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2004-12-31
Also published as: PL335064A1

Abstract

Chwytak, zwłaszcza manipulatora lub mobilnego robota inspekcyjno-interwencyjnego, o kontrolowanej sile zacisku szczęk zamocowanych na obrotowej wokół swej osi podłużnej podstawie napędzanej silnikiem elektrycznym, zaopatrzony w czujnik siły, znamienny tym, że każda szczęka (11) jest zamocowana do podstawy (32) za pomocą prostowodowego układu dźwigniowego, złożonego z dźwigni (10) jednym końcem połączonej obrotowo ze szczęką (11), a drugim końcem połączonej obrotowo z podstawą (32) oraz kątowej dźwigni (9) zamocowanej obrotowo swym wierzchołkiem do podstawy (32) zaś jednym końcem połączonej ze szczęką (11) natomiast drugi jej koniec, zaopatrzony w rolki jest osadzony suwliwie w prowadnicach stanowiących integralną część suwaka (31), przy czym podstawa (32) jest połączona za pomocą przekładni zębatej (6, 7) z silnikiem elektrycznym (2) wyposażonym w umieszczone na jego wale sprzęgło przeciążeniowe (5) oraz jest wyposażony w układ przeniesienia siły do czujnika siły' (13) zamocowanego nieruchomo w obudowie (12). złożony ze śruby (26) .A gripper, especially a manipulator or a mobile one inspection and intervention robot, controlled clamping force of the jaws mounted on base rotating about its longitudinal axis powered by an electric motor, stocked with a force sensor, characterized in that each jaw (11) is secured to the base (32) by means of rectangular lever system, composed of a lever (10) connected with one end rotatably with the jaw (11) and the other end pivotally connected to the base (32) and angular the lever (9) rotatably fastened with its the tip to the base (32) and one connected to the jaw (11) with the end and the other end, provided with rollers, is seated slidably in the forming guides an integral part of the slide (31), the base (32) is connected by a gear gear (6, 7) with the electric motor (2) equipped in the clutch on its shaft overload (5) and is equipped with a system force transfer to the force sensor '(13) attached stationary in the housing (12). complex with the bolt (26).

Description

Przedmiotem wynalazku jest chwytak, zwłaszcza manipulatora lub mobilnego robota inspekcyjno-interwencyjnego, o kontrolowanej sile zacisku szczęk zamocowanych na obrotowej wokół swej osi podłużnej podstawie napędzanej silnikiem elektrycznym, zaopatrzony w czujnik siły.The subject of the invention is a gripper, in particular a manipulator or a mobile inspection and intervention robot, with a controlled clamping force of the jaws mounted on a base rotating around its longitudinal axis, driven by an electric motor, and provided with a force sensor.

Chwytaki manipulatorów', a zwłaszcza chwytaki mobilnych robotów, szczególnie robotów inspekcyjno - interwencyjnych, sterowanych zdalnie, muszą spełniać określone wymagania. Należą do nich kontrolowana siła zacisku oraz utrzymywanie uchwyconego przedmiotu w możliwie niezmiennym położeniu. Kontrolowana siła zacisku chwytaka ma szczególne znaczenie w przypadku stosowania robota do przenoszenia przedmiotów kruchych, łatwo łamliwych lub ładunków niebezpiecznych takich jak materiały wybuchowe. W tym celu chwytak jest wyposażony w czujnik siły umieszczony bezpośrednio w szczękach chwytaka. Przeniesienie sygnału z czujnika siły do nieruchomej części chwytaka, a następnie do oddalonego układu sterowania, następuje poprzez połączenie przewodowe. Ze względu na wykonywanie przez szczęki chwytaka ruchów obrotowych oraz zaciskających konieczne jest stosowanie specjalnych elektrycznych złączy obrotowych. Narażone są one, tak jak i przewód, zwykle elastyczny, łączący czujnik siły na uszkodzenia. Uszkodzenie przewodu lub złącza może spowodować na przykład niekontrolowaną, eksplozję ładunku wybuchowego.The manipulators' grippers, especially the grippers of mobile robots, especially of inspection and intervention robots, remotely controlled, must meet certain requirements. These include a controlled clamping force and keeping the gripped object as unchanged as possible. The controlled clamping force of the gripper is especially important when the robot is used to handle fragile, easily broken objects or dangerous goods such as explosives. For this purpose, the gripper is equipped with a force sensor located directly in the gripper's jaws. The signal is transferred from the force sensor to the stationary part of the gripper and then to the remote control system via a wire connection. Due to the rotational and clamping movements of the gripper's jaws, it is necessary to use special electric rotary unions. They are exposed, as is the cable, usually flexible, connecting the force sensor to damage. Damage to a cable or connector may, for example, cause an uncontrolled explosion of an explosive.

Chwytak według wynalazku charakteryzuje się tym, że każda szczęka jest zamocowana do podstawy za pomocą prostowodowego układu dźwigniowego, złożonego z dźwigni jednym końcem połączonej obrotowo ze szczęką, a drugim końcem połączonej obrotowo z podstawą oraz kątowej dźwigni zamocowanej obrotowo swym wierzchołkiem do podstawy zaś jednym końcem połączonej ze szczęką natomiast drugi jej koniec, zaopatrzony w rolki jest osadzony suwliwie w prowadnicach stanowiących integralną część suwaka, przy czym podstawa jest połączona za pomocą przekładni zębatej z silnikiem elektrycznym wyposażonymThe gripper according to the invention is characterized in that each jaw is attached to the base by means of a straight-line lever system, consisting of a lever with one end pivotally connected to the jaw, and with the other end pivotally connected to the base, and an angular lever rotatably fixed with its tip to the base and connected with one end to the base. with the jaw, its other end, equipped with rollers, is slidably mounted in the guides constituting an integral part of the slider, while the base is connected by means of a gearing to an electric motor equipped with

188 111 w umieszczone na jego wale sprzęgło przeciążeniowe oraz jest wyposażony w układ przeniesienia siły do czujnika siły zamocowanego nieruchomo w obudowie, złożony ze śruby ułożyskowanej obrotowo wewnątrz suwaka i nakrętki zamocowanej wewnątrz tulei, w której jest osadzona przesuwna tuleja napędzana przez śrubę za pomocą trzpienia połączona poprzez sprzęgło z czujnikiem siły.188 111 with a torque limiter located on its shaft and is equipped with a force transfer system to a force sensor fixed in the housing, consisting of a screw rotatably mounted inside the slider and a nut fixed inside the sleeve, in which a sliding sleeve driven by the bolt is connected by means of a pin connected through a clutch with a force sensor.

Ponadto chwytak jest wyposażony w czujnik przesunięcia napędzany przez przekładnię śrubową złożoną ze śruby i nakrętki połączonej sztywno z trzpieniem czujnika przesunięcia, przy czym śruba jest połączona kinematycznie z silnikiem elektrycznym za pomocą przekładni zębatej złożonej z kół zębatych, przy czym śruba jest zaopatrzona w koło zębate sprzężone z kołem zębatym zamocowanym na zewnętrznej powierzchni tulei.Furthermore, the gripper is provided with an offset sensor driven by a helical gear composed of a bolt and a nut rigidly connected to the pin of the displacement sensor, the bolt being kinematically connected to the electric motor by means of a gearing made up of toothed wheels, the bolt being provided with an engaged gear wheel. with a gear mounted on the outer surface of the sleeve.

Dzięki umieszczeniu czujnika siły poza szczękami wyeliminowane zostały niedogodności znanych chwytaków stosowanych w robotach inspekcyjno - interwencyjnych.Due to the placement of the force sensor outside the jaws, the disadvantages of known grippers used in inspection and intervention robots have been eliminated.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia chwytak według wynalazku, schematycznie.The subject of the invention is shown in an exemplary embodiment in the drawing which shows the gripper according to the invention schematically.

Chwytak jest wyposażony w dwie szczęki 11, z których każda jest połączona obrotowo z podstawą 32 zakończoną od strony obudowy 1 tuleją, za pomocą, tworzących prostowód, dźwigni 9 i 10, przy czym dźwignia 9 jest dźwignią kątową. Wierzchołek dźwigni 9 jest osadzony obrotowo w podstawie 32, zaś jeden jej koniec jest połączony obrotowo ze szczęką 11, natomiast jej drugi koniec, zaopatrzony w rolkę jest osadzony przesuwnie w prowadnicy, stanowiącej część suwaka 31 prostopadle do jego osi wzdłużnej. Podstawa 32 jest ułożyskowana, za pomocą, łożyska 8 w obudowie 1 i jest połączona poprzez przekładnię złożoną z koła zębatego 7 osadzonego na tulei podstawy 32 i zazębiającego się z nim koła zębatego 6 połączonego poprzez sprzęgło przeciążeniowe 5 z wałem silnika elektrycznego 2. Wewnątrz suwaka 31 jest ułożyskowaną obrotowo śruba 26, tworząca wraz z nakrętką 17 przekładnię śrubową, przenoszącą siłę zacisku szczęk 11 do czujnika siły 13. Nakrętka 17 jest połączona z wewnętrzną powierzchnią tulei 4 ułożyskowanej obrotowo, za pomocą łożyska 18 w obudowie 1. Śruba 26 jest zaopatrzona we wzdłużny rowek - nie pokazany na rysunku -, któi-y wraz z trzpieniem 21 zabezpiecza ją przed obrotem. Trzpień 21 jest osadzony wewnątrz tulei 16 ułożyskowanej za pomocą łożyska 15 wewnątrz tulei 4. Tuleja 16 jest zakończona sprzęgłem 14 zaopatrzonym w trzpień 19 sprzęgającym ją z czujnikiem siły 13 umieszczonym w obudowie 12, stanowiącej integralną część obudowy 1 chwytaka. Na zewnętrznej powierzchni tulei 4 osadzone jest koło zębate 3 zazębiające się z kołem zębatym 22, na osi którego jest umieszczona śruba 25, stanowiąca wraz z nakrętką 24 przekładnię śrubową. Na drugim końcu śruby 25 osadzone jest koło zębate 29 stanowiące wraz z kołem zębatym 28 pośrednim i kołem zębatym 27, przekładnię przenoszącą napęd od silnika elektrycznego 20. Nakrętka 24 jest połączona z czujnikiem przesunięcia 23. Czujnik ten wytwarza sygnał, przekazywany do układu sterowania, odpowiadający rozwarciu szczęk 11. Układ sterowania na podstawie sygnału ΔΧ oraz na podstawie sygnału odpowiadającego zmierzonej wartości siły F, dokonuje określenia siły zacisku N szczęk 11.The gripper is equipped with two jaws 11, each of which is pivotally connected to the base 32 terminated at the housing side 1 by a sleeve by means of levers 9 and 10 forming a straight line, the lever 9 being an angular lever. The top of the lever 9 is rotatably mounted on the base 32, and one end of it is rotatably connected to the jaw 11, while its other end, provided with a roller, is slidably mounted in a guide constituting a part of the slider 31 perpendicular to its longitudinal axis. The base 32 is mounted by means of a bearing 8 in the housing 1 and is connected by a gear consisting of a gear 7 mounted on the base sleeve 32 and a gear wheel 6 meshing therewith, connected via a safety clutch 5 to the shaft of the electric motor 2. Inside the slide 31 is a screw 26 rotatably mounted, forming together with nut 17 a helical gear transmitting the clamping force of jaws 11 to a force sensor 13. The nut 17 is connected to the inner surface of the sleeve 4 rotatably mounted by means of a bearing 18 in the housing 1. The screw 26 is provided with a longitudinal a groove - not shown - which, together with pin 21, prevents it from turning. The pin 21 is mounted inside the sleeve 16, supported by a bearing 15 inside the sleeve 4. The sleeve 16 ends with a clutch 14 provided with a pin 19 which connects it with a force sensor 13 located in the housing 12, which is an integral part of the gripper housing 1. On the outer surface of the sleeve 4 there is a gear wheel 3, which meshes with the gear wheel 22, on the axis of which is a screw 25, which together with the nut 24 is a helical gear. At the other end of the bolt 25 there is a gear wheel 29 which, together with the idler 28 and the toothed wheel 27, is a transmission transmitting the drive from the electric motor 20. The nut 24 is connected to an offset sensor 23. This sensor produces a signal that is transmitted to the control system corresponding to jaw opening 11. The control system, on the basis of the signal ΔΧ and the signal corresponding to the measured force value F, determines the clamping force N of the jaws 11.

Chwytak według wynalazku może pracować niezawodnie, nawet w przypadku gdy kąt obrotu (p = 360°. Nie wymagane jest również w takim przypadku stosowanie elektrycznego złącza obrotowego, co zwiększa niezawodność pracy chwytaka.The gripper according to the invention can work reliably even in the case of the rotation angle (p = 360 °. In this case, the use of an electric rotary joint is also not required, which increases the operational reliability of the gripper.

188 111188 111

3 43 4

8 9 10 118 9 10 11

“7- “7- -—r——- -—R ——- .. \ .. \ , , .....- .....-

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.Publishing Department of the UP RP. Mintage 60 copies. Price PLN 2.00.

Claims

Patent claim

A gripper, in particular of a manipulator or a mobile inspection and intervention robot, with a controlled clamping force of the jaws mounted on a base rotating around its longitudinal axis driven by an electric motor, provided with a force sensor, characterized in that each jaw (11) is attached to the base (32) by by means of a straight-line lever system, composed of a lever (10) pivotally connected with the jaw (11), and the other end pivotally connected with the base (32), and an angular lever (9) rotatably connected with its top to the base (32) and connected with its one end to the base (32) with the jaw (11), while its other end, provided with rollers, is slidably mounted in the guides constituting an integral part of the slider (31), while the base (32) is connected by means of a gear (6, 7) with an electric motor (2) equipped with with the overload clutch (5) located on its shaft and it is equipped with a force transmission system to the force sensor (13) attached to the handle in the housing (12). composed of a screw (26) rotatably mounted inside the slider (31) and a nut (17) mounted inside the sleeve (4), in which a sliding sleeve (16) is mounted, driven by the bolt (26) by means of a pin (21) connected by a clutch ( 14) with a force sensor (13), moreover, it is equipped with a displacement sensor (23) driven by a helical gear consisting of a bolt (25) and a nut (24) rigidly connected to the pin of the displacement sensor (23), the bolt (25) it is kinematically connected to the electric motor (20) by means of a gear train composed of gear wheels (27, 28, 29), the screw (25) being provided with a gear wheel (22) coupled to the gear wheel (3) mounted on the outer surface sleeve (4).