RU125508U1

RU125508U1 - REMOTE MANIPULATOR

Info

Publication number: RU125508U1
Application number: RU2011147642/02U
Authority: RU
Inventors: Алексей Анатольевич Богданов; Александр Фаритович Пермяков; Дмитрий Владимирович Кияткин
Original assignee: Александр Фаритович Пермяков; Дмитрий Владимирович Кияткин
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2013-03-10

Abstract

Дистанционный манипулятор, содержащий управляющую часть и исполнительную часть, образованную звеньями, соединенными вращательными парами с индивидуальными приводами по каждой степени подвижности, при этом управляющая часть крепится на руке оператора и выполнена с возможностью формирования сигналов индивидуальным приводам, отличающийся тем, что управляющая и исполнительная части имеют идентичные звенья, равные аналогичным частям руки оператора, при этом управляющая часть связана с рукой с совпадением положения осей степеней подвижности, и в каждой кинематической паре управляющей части установлены энкодеры для формирования управляющих сигналов индивидуальным приводам.A remote manipulator comprising a control part and an executive part formed by links connected by rotational pairs with individual drives for each degree of mobility, while the control part is mounted on the operator’s hand and is configured to generate signals to individual drives, characterized in that the control and executive parts have identical links equal to similar parts of the operator’s hand, while the control part is connected with the hand with the coincidence of the position of the axes of degrees of movement spine and each of the kinematic pair control part installed encoders for generating control signals to individual actuators.

Description

Полезная модель относится к робототехнике и может быть использовано при создании манипуляторов с дистанционным управлением.The utility model relates to robotics and can be used to create manipulators with remote control.

Известен задающий орган манипулятора, содержащий основание, ложемент под локоть оператора и рукоятку для кисти, при этом ложемент и рукоятка между собой и основанием кинематически связаны рычажно-шарнирным механизмом с возвратными пружинами, а каждый механизм представляет собой рычаг с двумя взаимно перпендикулярными шарнирами. Ложемент кроме того, дополнительно соединен с основанием шарнирным параллелограммом (см. а.с. СССР №1546248, B25J 3/04).A manipulator control arm is known that contains a base, a lodgement under the operator’s elbow and a handle for the brush, while the lodgement and the handle are kinematically connected to each other and the base by a lever-hinge mechanism with return springs, and each mechanism is a lever with two mutually perpendicular hinges. In addition, the lodgement is additionally connected to the base by a hinged parallelogram (see AS USSR No. 1546248, B25J 3/04).

Недостатком такого известного решения является сложность конструкции в силу избыточного количества звеньев - элементов шарнирно-рычажных механизмов, и кинематических пар.The disadvantage of this known solution is the design complexity due to the excessive number of links - elements of articulated link mechanisms, and kinematic pairs.

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является двухкомпонентный дистанционный манипулятор (см. а.с. СССР №2363570, B25J 3/04). В соответствии с известным решением манипулятор содержит управляющую руку, связанную с оператором и исполнительную руку. Последняя состоит из трубчатого звена проходящего через стенку и последовательно соединенных звеньев с рабочим органом. При этом указанные звенья образуют шарнирную последовательность. Управляющая и исполнительная руки не связаны прямой механической трансмиссией, оборудованы интерфейсной системой. Каждая рука, содержит механизмы приводов, которые объединены через интерфейсную систему согласовывающую движения выдаваемые управляющей рукой и выполняемые исполнительной. При этом приводная часть содержит стационарный кожух, барабан, установленный с возможностью вращения в кожухе и закрепленный на трубчатом звене, стационарный двигатель и трансмиссию, содержащую зубчатое колесо вокруг барабана и орган зацепления с зубчатым колесом и соединяющую барабан со стационарным двигателем.The closest analogue to the claimed utility model is a two-component remote manipulator (see AS USSR No. 2363570, B25J 3/04). In accordance with a known solution, the manipulator contains a control arm associated with the operator and an executive arm. The latter consists of a tubular link passing through the wall and series-connected links with the working body. Moreover, these links form a hinge sequence. The control and executive hands are not connected by a direct mechanical transmission, equipped with an interface system. Each hand contains drive mechanisms that are combined through an interface system coordinating movements issued by the control arm and executed by the executive. In this case, the drive part comprises a stationary casing, a drum mounted rotatably in the casing and mounted on a tubular link, a stationary engine and a transmission comprising a gear around the drum and an engaging member with a gear and connecting the drum to the stationary engine.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и управления исполнительной частью манипулятора.A disadvantage of the known device is the complexity of the design and control of the Executive part of the manipulator.

Значительное число подвижных элементов в управляющей руке, существенно превышающих число степеней подвижности манипулятора, увеличивает массу, усложняет конструкцию и создаю дискомфорт в работе оператора. Несовпадающие кинематические схемы управляющей и исполнительной руки затрудняют действия оператора и усложняют управление исполнительной частью манипулятора.A significant number of moving elements in the control arm, significantly exceeding the number of degrees of mobility of the manipulator, increases the mass, complicates the design and creates discomfort in the work of the operator. Mismatching kinematic schemes of the control and executive hands complicate the operator’s actions and complicate the management of the executive part of the manipulator.

Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в упрощении конструкции и повышении эффективности управления.The technical problem to which the utility model is aimed is to simplify the design and increase the efficiency of management.

Техническая задача решается тем, что в известном дистанционном манипуляторе, содержащем без соединения механической связью, исполнительную часть, образованную звеньями соединенными вращательными парами с индивидуальными приводами по каждой степени подвижности, управляющую часть, управляемую оператором и формирующую сигналы индивидуальным приводам, отличающийся тем, что управляющая часть выполнена идентично руке оператора, связана с рукой с совпадением положения осей степеней подвижности, а исполнительная часть выполнена аналогично управляющей.The technical problem is solved in that in the known remote manipulator, containing without mechanical connection, an executive part formed by links connected by rotational pairs with individual drives for each degree of mobility, a control part controlled by an operator and generating signals to individual drives, characterized in that the control part made identically to the operator’s hand, connected to the hand with the coincidence of the position of the axes of the degrees of mobility, and the executive part is similar of control.

На фиг.1 представлена кинематическая схема дистанционного манипулятора.Figure 1 presents the kinematic diagram of a remote manipulator.

Дистанционный манипулятор содержит исполнительную часть 1 (фиг.1), и управляющую часть 2, связанную с рукой оператора 3. Исполнительная часть 1 образованна шестью подвижными звеньями 4, 5, 6, 7, 8, 9. Звенья 4 и 5, 6 и 7, 8 и 9 соединены между собой вращательными парами соответственно: 10, 11 и 12, с осями вращения перпендикулярными продольным осям звеньев. Стойка 13 и звено 4, звенья 5 и 6, 7 и 8, соединены вращательными парами с продольными осями вращения 14, 15, 16. Каждая кинематическая пара обеспечивает соответствующую степень подвижности исполнительной части 1. Общее число степеней подвижности равно шести.The remote manipulator contains an actuating part 1 (Fig. 1), and a controlling part 2, connected with the hand of the operator 3. The actuating part 1 is formed by six movable links 4, 5, 6, 7, 8, 9. Links 4 and 5, 6 and 7 , 8 and 9 are interconnected by rotational pairs, respectively: 10, 11 and 12, with the axes of rotation perpendicular to the longitudinal axes of the links. Rack 13 and link 4, links 5 and 6, 7 and 8, are connected by rotational pairs with longitudinal axes of rotation 14, 15, 16. Each kinematic pair provides a corresponding degree of mobility of the actuating part 1. The total number of degrees of mobility is six.

Управляющая часть 2 образованна шестью подвижными звеньями: 17, 18, 19, 20, 21, 22, и неподвижным звеном 23. Звенья 17 и 18, 19 и 20, 21 и 22 соединены между собой вращательными парами соответственно: 24, 25 и 26, с осями вращения перпендикулярными продольным осям звеньев. Неподвижное звено 23 и звено 17, звенья 18 и 19, 20 и 21, соединены вращательными парами с продольными осями вращения, соответственно: 27, 28, 29. Шесть кинематических пар: 24, 25, 26, 27, 28, и 29 обеспечивают шесть степеней подвижности управляющей части 2.The control part 2 is formed by six movable links: 17, 18, 19, 20, 21, 22, and a fixed link 23. Links 17 and 18, 19, 20, 21 and 22 are interconnected by rotational pairs, respectively: 24, 25 and 26, with rotation axes perpendicular to the longitudinal axis of the links. Fixed link 23 and link 17, links 18 and 19, 20 and 21, are connected by rotational pairs with longitudinal axes of rotation, respectively: 27, 28, 29. Six kinematic pairs: 24, 25, 26, 27, 28, and 29 provide six degrees of mobility of the control part 2.

В силу совпадения числа звеньев, видов вращательных кинематических пар их соединяющих, управляющая часть 2 и исполнительная часть 1 дистанционного манипулятора аналогичны.Due to the coincidence of the number of links, types of rotational kinematic pairs connecting them, the control part 2 and the executive part 1 of the remote manipulator are similar.

Управляющая часть 2 управляется рукой оператора 30 и крепится на его руке 30. При этом управляющая часть 2 идентична руке, т.е. расстояния между вращательными парами 24 и 25 равны расстоянию между суставами 31 и 32. Расстояние между вращательными парами 25 и 26 равно соответственно расстоянию между суставами 32 и 33. Это обеспечивает совпадение в пространстве осей степеней подвижности управляющей части 2 и руки оператора. Вращательные пары с продольной осью вращения: 27, 28, 29 размещаются над подвижностями типа ротации руки человека, соответственно: 34, 35 и 36. Крепление управляющей части 2 к оператору осуществляется к корпусу 37 и кисти 38 и подвижными соединениями: 39 - к предплечью 40, 41 - к локтю 42. Дистанционный манипулятор, с шестью степенями подвижности обеспечиваемых шестью вращательными парами, в исполнительной части 1, в управляющей части 2, имеет наименьшее из возможных, из условия независимости формируемых управляющих сигналов для индивидуальных приводов, число кинематических пар - шесть. Это обеспечивает выполнение дистанционного манипулятора с наименьшим совокупным число звеньев и кинематических пар, т.е. обеспечивает упрощение его конструкции.The control part 2 is controlled by the hand of the operator 30 and is mounted on his hand 30. In this case, the control part 2 is identical to the hand, i.e. the distances between the rotational pairs 24 and 25 are equal to the distance between the joints 31 and 32. The distance between the rotational pairs 25 and 26 is equal to the distance between the joints 32 and 33, respectively. This ensures that the degrees of mobility of the control part 2 and the operator's hand coincide in space. Rotational pairs with a longitudinal axis of rotation: 27, 28, 29 are placed above the movements of the type of rotation of the human hand, respectively: 34, 35 and 36. The control part 2 is attached to the operator to the body 37 and hand 38 and movable joints: 39 to the forearm 40 41 to the elbow 42. The remote manipulator, with six degrees of mobility provided by six rotational pairs, in the executive part 1, in the control part 2, has the smallest possible, from the condition of independence of the generated control signals for individual drives, h layer of kinematic pairs - six. This ensures that the remote manipulator with the smallest total number of links and kinematic pairs, i.e. simplifies its design.

Дистанционный манипулятор работает следующим образом.Remote manipulator operates as follows.

В исходном положении управляющая часть 2, закрепленная через неподвижные соединения на корпусе оператора - 37, на кисти - 38, занимает пространственное положение, согласованное с рукой оператора. Обеспечивается совпадение относительных углов поворота звеньев в кинематических парах 27, 24, 28, 25, 29, 26 и соответствующими подвижностях в суставах: 34, 31, 35, 32, 36, 33.In the initial position, the control part 2, fixed through fixed connections on the operator’s body - 37, on the hand - 38, occupies a spatial position, coordinated with the operator’s hand. The coincidence of the relative rotation angles of the links in the kinematic pairs 27, 24, 28, 25, 29, 26 and the corresponding mobility in the joints: 34, 31, 35, 32, 36, 33.

Углы начальной установки звеньев в кинематических парах: 14, 10, 15, 11, 16, 12 исполнительной части 1 устанавливаются совпадающими с аналогичными углами в кинематических парах управляющей части 2: 27, 24, 28, 25, 29, 26.The angles of the initial installation of the links in the kinematic pairs: 14, 10, 15, 11, 16, 12 of the executive part 1 are set to coincide with the same angles in the kinematic pairs of the control part 2: 27, 24, 28, 25, 29, 26.

Движения в суставах оператора 34, 31, 35, 32, 36, 33 обеспечивают, за счет неподвижных и подвижных соединений управляющей части 2 и руки оператора, движения звеньев в идентичных кинематических парах: 27, 24, 28, 25, 29, 26 соответственно. При этом, формируются управляющие сигналы, например через энкодеры (на фиг.1 - кинематической схеме, условно не показаны), установленные в каждой из кинематических пар управляющей части 2. Управляющие сигналы передаются на управляющие приводы, обеспечивающие движения в аналогичных кинематических парах исполнительной части 1. Например, поворот в суставе 32 локтя 42 относительно предплечья 40 на угол 27,5° обеспечивает, за счет их связи через подвижные соединения 39 и 41 со звеньями 19 и 20, управляющей части 2, идентичный поворот в кинематической паре 25 так же на 27,5°. При этом, энкодер, установленный в кинематической паре 25 формирует управляющий сигнал, передаваемый на систему управления двигателем поворота звена 7 относительно звена 6 (кинематическая пара 11 аналогичная кинематической паре 25).The movements in the joints of the operator 34, 31, 35, 32, 36, 33 provide, due to the fixed and movable joints of the control part 2 and the operator’s hand, the movements of the links in identical kinematic pairs: 27, 24, 28, 25, 29, 26, respectively. At the same time, control signals are generated, for example, through encoders (in Fig. 1, the kinematic diagram is not shown conventionally) installed in each of the kinematic pairs of the control part 2. The control signals are transmitted to control drives that provide movements in similar kinematic pairs of the executive part 1 For example, the rotation in the joint 32 of the elbow 42 relative to the forearm 40 by an angle of 27.5 ° ensures, due to their connection through the movable joints 39 and 41 with the links 19 and 20 of the control part 2, an identical rotation in the kinematic pair 25 also at 27.5 °. At the same time, the encoder installed in the kinematic pair 25 generates a control signal transmitted to the engine control system of the rotation of link 7 relative to link 6 (kinematic pair 11 similar to kinematic pair 25).

Таким же образом обеспечиваются движения во всех остальных кинематических парах исполнительной части 1 дистанционного манипулятора.In the same way, movements in all other kinematic pairs of the executive part 1 of the remote manipulator are provided.

Дистанционный манипулятор в исполнительной части 1 содержит шесть подвижных звеньев: 4, 5, 6, 7, 8, 9 и шесть степеней подвижности обеспечиваемых шестью кинематическими парами: 10, 11, 12, 14, 15, 16. Управляющая часть 2 состоит из шести подвижных звеньев: 17, 18, 19, 20, 21 и шести кинематических пар: 27, 24, 28, 25, 29, 26. В силу идентичности и совпадения положения осей подвижностей управляющей части и руки оператора обеспечивается формирование полного объема управляющих команд индивидуальными приводами исполнительной части. Таким образом, функционирование исполнительной части 2 с шестью степенями подвижности обеспечивается шестью кинематическими парами в управляющей части 1. Достигается минимально возможное число подвижных звеньев и кинематических пар, что обеспечивает упрощение конструкции дистанционного манипулятора. Идентичность выполнения управляющей части 1 с рукой оператора, не ограничивает его движений обеспечивая их полную свободу, а в силу аналогичности с исполнительной частью 1, отсутствует необходимость в преобразовании движений. Образующаяся прямая аналогия движений руки оператора и движений идентичных звеньев исполнительной части обеспечивает простое и эффективное управления.The remote manipulator in the executive part 1 contains six movable links: 4, 5, 6, 7, 8, 9 and six degrees of mobility provided by six kinematic pairs: 10, 11, 12, 14, 15, 16. The control part 2 consists of six movable links: 17, 18, 19, 20, 21 and six kinematic pairs: 27, 24, 28, 25, 29, 26. Due to the identity and coincidence of the position of the axes of mobility of the control part and the operator’s hand, the formation of the full volume of control commands by individual executive drives is ensured parts. Thus, the functioning of the actuating part 2 with six degrees of mobility is provided by six kinematic pairs in the control part 1. The minimum possible number of movable links and kinematic pairs is achieved, which simplifies the design of the remote manipulator. The identity of the execution of the control part 1 with the operator’s hand does not limit its movements ensuring their complete freedom, and due to the similarity with the executive part 1, there is no need to transform the movements. The resulting direct analogy of the movements of the operator’s hand and the movements of identical parts of the executive part provides simple and effective control.

Таким образом, заявляемый дистанционный манипулятор, обладает более простой конструкцией и упрощает управление исполнительной частью манипулятора.Thus, the claimed remote manipulator, has a simpler design and simplifies the management of the Executive part of the manipulator.

Claims

A remote manipulator containing a control part and an executive part formed by links connected by rotational pairs with individual drives for each degree of mobility, while the control part is mounted on the operator’s hand and is configured to generate signals for individual drives, characterized in that the control and executive parts have identical links equal to similar parts of the operator’s hand, while the control part is connected with the hand with the coincidence of the position of the axes of degrees of movement spine and each of the kinematic pair control part installed encoders for generating control signals to individual actuators.