RU177339U1

RU177339U1 - ROBOT MANIPULATOR

Info

Publication number: RU177339U1
Application number: RU2017106326U
Authority: RU
Inventors: Иван Дмитриевич Золотаренко; Роман Алексеевич Жуков; Максим Андреевич Орлов; Алексей Александрович Калачев; Дмитрий Викторович Афанасьев
Original assignee: Максим Андреевич Орлов
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-02-16

Abstract

Заявленная полезная модель относится к области промышленной робототехники, а именно к конструкции промышленного робота-манипулятора, предназначенного для установки на горизонтальную или вертикальную поверхность (пол, стену, потолок, иные несущие конструкции), или для установки робота-манипулятора на передвижных платформах для работы в труднодоступных и опасных для присутствия человека местах в дистанционном режиме. Заявленный робот-манипулятор содержит последовательно соединенные между собой: опорно-поворотное устройство (ОПУ) с первым фланцем, плечо, уголковый кронштейн, предплечье и второй фланец. Причем ОПУ, плечо, уголковый кронштейн и предплечье снабжены индивидуальными управляемыми приводами, выполненными в виде сервоприводов переменного тока с мотор-редукторами и системой обратной связи. Первый фланец имеет круглую форму с монтажными отверстиями для его закрепления на опорной поверхности. ОПУ выполнено в виде цилиндра с проушинами, расположенными в его верхней части, в которых устанавливаются металлические подшипники, обеспечивающие жесткость шарнира между ОПУ и плечом. Плечо выполнено в виде усеченного конуса, имеющего две концевые зоны и место под сервопривод уголкового кронштейна, при этом в концевой зоне, расположенной вблизи ОПУ, устанавливается первый вал, приводящий во вращение плечо, а в концевой зоне, расположенной вблизи уголкового кронштейна, устанавливается передний конец второго вала, приводящего в движение уголковый кронштейн. Вращающий момент с сервопривода уголкового кронштейна на указанный второй вал передается посредством ременной передачи с зубчатым ремнем. Уголковый кронштейн имеет первую концевую зону, в которой закреплен задний конец второго вала, приводящий в движение уголковый кронштейн, и вторую концевую зону, в которой закреплен сервопривод предплечья. Предплечье выполнено в виде двух концентрических цилиндрических валов, а именно внешнего и внутреннего. Причем в верхней части внутреннего цилиндрического вала установлен второй фланец, имеющий монтажные отверстия для закрепления схвата или иного рабочего инструмента робота-манипулятора. Сервоприводы плеча, уголкового кронштейна и предплечья закрыты обтекателями, которые как и корпусы последовательно соединенных между собой ОПУ, первого фланца, плеча, уголкового кронштейна и предплечья выполнены из термопласта или композиционного материала. Технический результат - упрощение конструкции, что, в свою очередь, увеличивает массу полезной нагрузки (КПД)) при уменьшении общей массы конструкции.The claimed utility model relates to the field of industrial robotics, namely, to the design of an industrial robotic arm designed for installation on a horizontal or vertical surface (floor, wall, ceiling, other supporting structures), or for mounting a robotic arm on mobile platforms for work in remote and dangerous places for human presence in the remote mode. The claimed robot manipulator contains sequentially interconnected: a support-rotary device (OPU) with a first flange, a shoulder, an angle bracket, a forearm and a second flange. Moreover, the control gear, the shoulder, the angle bracket and the forearm are equipped with individually controlled drives made in the form of AC servo drives with gear motors and a feedback system. The first flange has a round shape with mounting holes for fixing it to a supporting surface. The control gear is made in the form of a cylinder with eyes located in its upper part, in which metal bearings are installed, which ensure the rigidity of the hinge between the control gear and the shoulder. The shoulder is made in the form of a truncated cone having two end zones and a place for the servo bracket of the angle bracket, while the first shaft is installed in the end zone located near the control gear, which rotates the shoulder, and the front end is installed in the end zone located near the corner bracket the second shaft driving the corner bracket. The torque from the servo bracket of the angle bracket to the specified second shaft is transmitted by a belt drive with a timing belt. The corner bracket has a first end zone in which the rear end of the second shaft is fixed, which drives the corner bracket, and a second end zone in which the forearm servo is fixed. The forearm is made in the form of two concentric cylindrical shafts, namely, external and internal. Moreover, in the upper part of the inner cylindrical shaft, a second flange is installed, having mounting holes for fixing the tong or other working tool of the robot manipulator. Servos of the shoulder, angle bracket and forearm are closed by fairings, which, like the shells of the OPU, the first flange, shoulder, angle bracket and forearm are connected in series, made of thermoplastic or composite material. The technical result is a simplification of the design, which, in turn, increases the mass of the payload (COP)) while reducing the total mass of the structure.

Description

Полезная модель относится к области промышленной робототехники, а именно к конструкции промышленного робота-манипулятора, предназначенного для установки на горизонтальную или вертикальную поверхность (пол, стену, потолок, иные несущие конструкции), или для установки робота-манипулятора на передвижных платформах для работы в труднодоступных и опасных для присутствия человека местах в дистанционном режиме.The utility model relates to the field of industrial robotics, namely, to the design of an industrial robotic arm designed for installation on a horizontal or vertical surface (floor, wall, ceiling, other supporting structures), or for installing a robotic arm on mobile platforms for working in hard-to-reach and dangerous places for human presence in the remote mode.

Известен промышленный робот-манипулятор (Патент РФ №2205745, опубл. 10.06.2003, бюл. №16, МПК B25J 11/00, 13/00), содержащий основание, на основании установлен первый привод поворота, с ним последовательно соединены с помощью валов второй привод поворота, первый привод крена, второй привод крена, первый привод подъема, второй привод подъема и платформа.A well-known industrial robot manipulator (RF Patent No. 2205745, publ. 06/10/2003, bull. No. 16, IPC B25J 11/00, 13/00) containing the base, the first rotation drive is installed on the base, connected to it in series with shafts a second swing drive, a first roll drive, a second roll drive, a first lift drive, a second lift drive and a platform.

Недостатком данного промышленного робота, манипулирующим с платформой, является низкое быстродействие, обусловленное большим значением присоединенных масс, особенно магнитных систем двигателей.The disadvantage of this industrial robot that manipulates the platform is its low speed, due to the large value of the attached masses, especially the magnetic systems of the engines.

Известен робот-манипулятор (Авторское свидетельство СССР №1556898, опубл. 1990 г., бюл. №14, МПК B25J), содержащий руку с рабочим органом, установленную на колонне с возможностью вращательного и поступательного движения посредством приводов, и устройство компенсации деформации элементов манипулятора с базирующим узлом и фиксатором для повышения точности позиционирования рабочего органа.Known robot manipulator (USSR Author's Certificate No. 1556898, publ. 1990, bull. No. 14, IPC B25J), containing a hand with a working body mounted on the column with the possibility of rotational and translational movement by means of drives, and a device for compensating the deformation of manipulator elements with a base unit and a clamp to improve the accuracy of positioning of the working body.

Недостатком данного робота-манипулятора состоит в том, что он обеспечивает позиционирование рабочего органа только в одной плоскости, а также в его громоздкости.The disadvantage of this robot manipulator is that it provides the positioning of the working body in only one plane, as well as in its bulkiness.

Известен робот-манипулятор (Авторское свидетельство СССР №1342723, опубл. 07.10.87, бюл. №37), содержит внешнюю магнитную систему с обмотками, выполненную в виде индуктора с цилиндрическим зазором, в котором перемещаются закрепленные на вращающемся основании якори, соединенные с редукторами и далее со звеньями робота. Имеется поворотное основание (колонна с приводом поворота), рука со схватом, цилиндрический кольцевой зазор образован полюсными наконечниками, имеется также привод поворота плеча, на плече установлен блок приводов поворота локтя, поворота схвата, ротации схвата.Known robot manipulator (USSR Author's Certificate No. 1342723, publ. 07.10.87, bull. No. 37), contains an external magnetic system with windings, made in the form of an inductor with a cylindrical gap, in which the anchors are mounted on a rotating base, connected to gearboxes and further with the links of the robot. There is a rotary base (a column with a rotary drive), a hand with a tong, a cylindrical annular gap formed by pole pieces, there is also a shoulder rotary drive, a block of elbow rotary drives, a gripper rotation, a gripper rotation are mounted on the shoulder.

Недостатком данного робота-манипулятора являются низкие функциональные возможности и относительно низкая надежность, обусловленная малой маневренностью кинематической цепи.The disadvantage of this robot manipulator is its low functionality and relatively low reliability, due to the low maneuverability of the kinematic chain.

Наиболее близким аналогом данного робота-манипулятора является промышленный робот (Патент РФ №2248270, опубл. 20.03.2005, МПК B25J 11/00), содержащий поворотное основание, на котором установлена колонна с приводом поворота плеча, на плече установлен блок приводов поворота локтя, поворота схвата и ротации схвата, при этом робот снабжен дополнительным приводом вращательного действия, выходное звено дополнительного привода установлено соосно с осью вращения блока приводов, на выходном звене закреплен рычаг, на конце которого размещена магнитная система с зазором, причем якори двигателей блока приводов установлены с возможностью размещения в воздушном зазоре магнитной системы при позиционировании.The closest analogue of this robot manipulator is an industrial robot (RF Patent No. 2248270, publ. March 20, 2005, IPC B25J 11/00) containing a rotary base on which a column with a shoulder rotation drive is mounted, an elbow rotation drive block is mounted on the shoulder, the rotation of the gripper and the rotation of the gripper, while the robot is equipped with an additional drive of rotational action, the output link of the additional drive is installed coaxially with the axis of rotation of the drive unit, a lever is fixed to the output link, at the end of which there is a magnetic system and with a gap, the armature motors drive unit mounted with possibility of placing the air gap of the magnetic system for positioning.

Недостатком данного робота-манипулятора является низкое быстродействие, обусловленное большим значением присоединенных масс, особенно магнитных систем двигателей, т.е. громоздкость.The disadvantage of this robot manipulator is the low speed due to the large value of the attached masses, especially the magnetic systems of the engines, i.e. bulkiness.

Технический результат полезной модели заключается в упрощении конструкции, что, в свою очередь, увеличивает массу полезной нагрузки (КПД)) при уменьшении общей массы конструкции.The technical result of the utility model is to simplify the design, which, in turn, increases the mass of the payload (COP)) while reducing the total mass of the structure.

Технический результат достигается тем, что заявленный робот-манипулятор содержит последовательно соединенные между собой: опорно-поворотное устройство (ОПУ) с фланцем, плечо и предплечье, снабженные индивидуальными управляемыми приводами каждого из них, при этом заявленный робот-манипулятор дополнительно содержит: уголковый кронштейн, расположенный между плечом и предплечьем и снабженный индивидуальным управляемым приводом; приводы выполнены в виде сервоприводов переменного тока с мотор-редукторами и системой обратной связи, обеспечивающей позиционирование ОПУ, плеча и предплечья робота-манипулятора; указанный первый фланец имеет круглую форму с монтажными отверстиями для его закрепления на опорной поверхности; ОПУ выполнено в виде цилиндра с проушинами, расположенными в его верхней части, причем ось отверстий проушин перпендикулярна оси цилиндра, а в проушинах устанавливаются металлические подшипники, обеспечивающие жесткость шарнира между ОПУ и плечом; плечо выполнено в виде усеченного конуса, имеющего две концевые зоны и место под сервопривод уголкового кронштейна, при этом в концевой зоне, расположенной вблизи ОПУ, устанавливается первый вал, приводящий во вращение плечо при помощи сервопривода плеча, а в концевой зоне, расположенной вблизи уголкового кронштейна, имеются места под подшипники, в которые устанавливается передний конец второго вала, приводящего в движение уголковый кронштейн, причем вращающий момент с сервопривода уголкового кронштейна на указанный второй вал передается посредством ременной передачи с зубчатым ремнем; уголковый кронштейн имеет первую концевую зону, в которой закреплен задний конец второго вала, приводящий в движение уголковый кронштейн, и вторую концевую зону, в которой закреплен сервопривод предплечья, причем ось вращения привода предплечья перпендикулярна оси вращения уголкового кронштейна; предплечье выполнено в виде двух концентрических цилиндрических валов, выполненных из композиционного материала, в крайних зонах которых установлены подшипники, обеспечивающие жесткость робота-манипулятора и разгрузку вала сервопривода предплечья; причем в верхней части внутреннего цилиндрического вала установлен второй фланец, имеющий монтажные отверстия для закрепления схвата или другого рабочего инструмента робота-манипулятора; сервоприводы плеча, уголкового кронштейна и предплечья, закрыты обтекателями, представляющие собой тонкостенные оболочки; причем эти обтекатели и корпусы последовательно соединенных между собой ОПУ, первого фланца, плеча, уголкового кронштейна и предплечья выполнены из термопласта или композиционного материала, выполненного в виде стеклопластика и/или углепластика.The technical result is achieved by the fact that the claimed robot manipulator contains serially connected to each other: a rotary support device (OPU) with a flange, a shoulder and a forearm provided with individually controlled drives of each of them, while the claimed robot manipulator further comprises: an angle bracket, located between the shoulder and forearm and equipped with an individually controlled drive; the drives are made in the form of AC servo drives with gear motors and a feedback system that provides positioning of the control gear, the shoulder and forearm of the robot arm; said first flange has a circular shape with mounting holes for fixing it to a supporting surface; OPU is made in the form of a cylinder with eyes located in its upper part, and the axis of the holes of the eyes is perpendicular to the axis of the cylinder, and metal bearings are installed in the eyes, ensuring the rigidity of the hinge between the OPU and the shoulder; the shoulder is made in the form of a truncated cone having two end zones and a place for the servo bracket of the angle bracket, while in the end zone located near the control gear, the first shaft is installed, which rotates the shoulder using the servo of the shoulder, and in the end zone located near the corner bracket , there are places for bearings in which the front end of the second shaft is installed, which drives the corner bracket, and the torque from the servo bracket of the corner bracket to the specified second shaft is transmitted Xia via a belt drive with a toothed belt; the corner bracket has a first end zone in which the rear end of the second shaft is fixed, which drives the corner bracket, and a second end zone in which the forearm servo is fixed, and the axis of rotation of the forearm drive is perpendicular to the axis of rotation of the corner bracket; the forearm is made in the form of two concentric cylindrical shafts made of composite material, in the extreme zones of which bearings are installed that provide rigidity to the robotic arm and unload the shaft of the servo forearm; moreover, in the upper part of the inner cylindrical shaft, a second flange is installed having mounting holes for securing a tong or other working tool of the robot manipulator; servos of the shoulder, angle bracket and forearm, closed by fairings, which are thin-walled shells; moreover, these fairings and casings of the OPU, the first flange, the shoulder, the angle bracket and the forearm are connected in series, made of thermoplastic or composite material made in the form of fiberglass and / or carbon fiber reinforced plastic.

В предпочтительном варианте указанный первый фланец выполнен с возможностью крепления робота-манипулятора на горизонтальную или вертикальную опорную поверхность.In a preferred embodiment, said first flange is adapted to fasten a robotic arm to a horizontal or vertical supporting surface.

В предпочтительном варианте указанный первый фланец выполнен с возможностью крепления робота-манипулятора на передвижных тележках, подъемниках и других транспортных средствах.In a preferred embodiment, said first flange is adapted to fasten a robotic arm on mobile carts, hoists and other vehicles.

В предпочтительном варианте сервопривод ОПУ расположен внутри опорно-поворотного устройства.In a preferred embodiment, the actuator servo is located inside the slewing ring.

В предпочтительном варианте первый концентрический цилиндрический вал является внутренним и выполняет функцию упругой муфты и торсионного вала, а второй концентрический цилиндрический вал является внешним и выполняет функцию корпуса.In a preferred embodiment, the first concentric cylindrical shaft is internal and acts as an elastic sleeve and a torsion shaft, and the second concentric cylindrical shaft is external and serves as a housing.

В предпочтительном варианте диаметр цилиндрической части ОПУ превышает диаметр большего основания плеча, а диаметр меньшего основания плеча превышает диаметр внешнего цилиндра предплечья.In a preferred embodiment, the diameter of the cylindrical part of the OPA exceeds the diameter of the larger base of the shoulder, and the diameter of the smaller base of the shoulder exceeds the diameter of the outer cylinder of the forearm.

Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию «новизна». В то же время, заявляемое техническое решение применимо в различных отраслях промышленности, строительства, транспорта, в коммунальном и сельском хозяйствах, поэтому оно соответствует условию «промышленная применимость».The above set of features in comparison with the prior art allows us to conclude that the claimed technical solution meets the condition of "novelty." At the same time, the claimed technical solution is applicable in various industries, construction, transport, utilities and agriculture, therefore, it meets the condition of "industrial applicability".

Заявляемое техническое решение поясняется фигурой 1, на которой изображен робот-манипулятор.The claimed technical solution is illustrated by figure 1, which depicts a robotic arm.

Робот-манипулятор (1) предназначен для захвата, перемещения и позиционирования произвольной полезной нагрузки в границах своей рабочей области. Робот-манипулятор (1) может применяться в операциях сборки, сортировки, перемещения и аналогичных.The robotic arm (1) is designed to capture, move and position an arbitrary payload within its work area. The robotic arm (1) can be used in operations of assembly, sorting, moving, and the like.

Робот-манипулятор (1) закрепляется на несущем основании (вертикальном или горизонтальном) посредством первого фланца (3). В первом фланце (3) имеются отверстия, через которые он может быть закреплен с помощью крепежных соединений относительно основания.The robotic arm (1) is fixed to the supporting base (vertical or horizontal) by means of the first flange (3). In the first flange (3) there are holes through which it can be fixed with fasteners relative to the base.

Заявленный робот-манипулятор (1) содержит последовательно соединенные между собой: опорно-поворотное устройство (ОПУ) (2) с первым фланцем (3), плечо (4) и предплечье (5), снабженные индивидуальными управляемыми приводами (2а, 4а, 5а) каждого из них. Заявленный робот-манипулятор (1) дополнительно содержит уголковый кронштейн (6), расположенный между плечом (4) и предплечьем (5) и снабженный индивидуальным управляемым приводом (6а).The declared robot manipulator (1) contains in series connected to each other: a rotary support device (OPU) (2) with a first flange (3), a shoulder (4) and a forearm (5) equipped with individually controlled drives (2a, 4a, 5a ) of each of them. The declared robot manipulator (1) further comprises an angle bracket (6) located between the shoulder (4) and the forearm (5) and equipped with an individually controlled drive (6a).

Все приводы (2а, 4а, 5а, 6а) заявленного робота-манипулятора (1) выполнены в виде сервоприводов переменного тока с мотор-редукторами и системой обратной связи, обеспечивающей позиционирование ОПУ (2), плеча (4) и предплечья (5) робота-манипулятора (1). Мощность сервоприводов (2а, 4а, 5а, 6а) и передаточное отношение мотор-редукторов определяются потребными моментами, и изменяются от ОПУ (2) с первым фланцем (3) до предплечья (5). Сервопривод ОПУ (2)конструктивно расположен внутри конструкции, а остальные сервоприводы (4а-6а) устанавливаются непосредственно в ответные детали через согласующие упругие муфты, например разрезные, или сильфонные, или звездчатые с полиуретановым упругим элементом. Сервоприводы (4а-6а) закрыты обтекателями, представляющими собой тонкостенные оболочки, выполненные из легкого материала, например термопласта или композиционного материала, например стеклопластика, или углепластика, или их композиции.All drives (2a, 4a, 5a, 6a) of the declared robot manipulator (1) are made in the form of AC servos with gear motors and a feedback system that provides positioning of the control gear (2), shoulder (4) and forearm (5) of the robot -manipulator (1). The power of the servos (2a, 4a, 5a, 6a) and the gear ratio of the gearmotors are determined by the required moments, and vary from the control gear (2) with the first flange (3) to the forearm (5). The OPU servomotor (2) is structurally located inside the structure, and the remaining servos (4a-6a) are installed directly in the mating parts through matching elastic couplings, for example split, or bellows, or star ones with a polyurethane elastic element. Servo drives (4a-6a) are covered with fairings, which are thin-walled shells made of light material, such as thermoplastic or composite material, such as fiberglass, or carbon fiber, or their composition.

Первый фланец (3), соединенный с ОПУ (2), имеет круглую форму с монтажными отверстиями для его закрепления на опорной поверхности. В заявленном роботе-манипуляторе (1) опорно-поворотное устройство (2) является наиболее нагруженным и имеет максимальный диаметр и толщину стенки. Оно представляет собой короткий цилиндр с проушинами, расположенными в его верхней части, причем ось отверстий проушин перпендикулярна оси цилиндра, т.е. оси опорно-поворотного устройства. В проушинах устанавливаются металлические подшипники, обеспечивающие жесткость шарнира между ОПУ (2) и плечом (4), и обеспечивающие разгрузку сервопривода (4а) от всех сил, кроме вращающего момента. Корпус опорно-поворотного устройства выполнен из композиционного материала, например углепластика, или нескольких материалов, в том числе углепластика, или металла, например алюминиевого сплава.The first flange (3) connected to the control panel (2) has a circular shape with mounting holes for fixing it on the supporting surface. In the claimed robot manipulator (1), the slewing ring (2) is the most loaded and has a maximum diameter and wall thickness. It is a short cylinder with eyes located in its upper part, and the axis of the holes of the eyes is perpendicular to the axis of the cylinder, i.e. axis of the slewing gear. Metallic bearings are installed in the eyes, providing the stiffness of the hinge between the control gear (2) and the shoulder (4), and providing unloading of the servo drive (4a) from all forces except the torque. The housing of the rotary support device is made of composite material, for example carbon fiber, or several materials, including carbon fiber, or metal, for example aluminum alloy.

Плечо (4) расположено в центральной зоне робота-манипулятора (1) и представляет собой усеченный конус. Кроме того, оно имеет две концевые зоны и посадочное место под сервопривод (6а) уголкового кронштейна (6). В концевой зоне, расположенной вблизи ОПУ (2), устанавливается первый вал (7), приводящий во вращение плечо (4) при помощи сервопривода (4а) плеча (4). В концевой зоне, расположенной вблизи уголкового кронштейна (6), имеются места под подшипники. В этих подшипниках устанавливается передний конец второго вала (8), приводящего в движение уголковый кронштейн (6). Вращающий момент с сервопривода (6а) на передний конец второго вала (8) передается посредством ременной передачи с зубчатым ремнем, при этом данная передача имеет понижающее передаточное отношение со значением отношения от 1,5 до 2. Диаметр плеча (4) уменьшается от нижней к верхней концевой зоне. Причем диаметр цилиндрической части ОПУ (2) превышает диаметр большего основания плеча (4), а диаметр меньшего основания плеча (4) превышает диаметр внешнего цилиндра предплечья (5). Основная часть корпуса плеча (4) выполняется из композиционного материала, например углепластика.The shoulder (4) is located in the central zone of the robotic arm (1) and is a truncated cone. In addition, it has two end zones and a seat for the servo-drive (6a) of the angle bracket (6). In the end zone located near the control panel (2), the first shaft (7) is installed, which rotates the shoulder (4) by means of a servo-drive (4a) of the shoulder (4). In the end zone, located near the corner bracket (6), there are places for the bearings. In these bearings, the front end of the second shaft (8) is installed, which drives the corner bracket (6). The torque from the servo drive (6a) to the front end of the second shaft (8) is transmitted via a belt drive with a toothed belt, while this transmission has a reduction gear ratio with a ratio value from 1.5 to 2. The diameter of the shoulder (4) decreases from lower to upper end zone. Moreover, the diameter of the cylindrical part of the OPU (2) exceeds the diameter of the larger base of the shoulder (4), and the diameter of the smaller base of the shoulder (4) exceeds the diameter of the outer cylinder of the forearm (5). The main part of the shoulder housing (4) is made of composite material, for example carbon fiber.

Уголковый кронштейн (6) также как и плечо (4) имеет две концевых зоны. В первой концевой зоне закреплен задний конец второго вала (8), приводящий в движение уголковый кронштейн (6). Во второй концевой зоне уголкового кронштейна (6) закреплен сервопривод (5а) предплечья (5). Причем ось вращения сервопривода (5а) предплечья (5) перпендикулярна оси вращения уголкового кронштейна (6).The corner bracket (6) as well as the shoulder (4) has two end zones. In the first end zone, the rear end of the second shaft (8) is fixed, which drives the corner bracket (6). In the second end zone of the angle bracket (6), a servo-driver (5a) of the forearm (5) is fixed. Moreover, the axis of rotation of the servo-drive (5a) of the forearm (5) is perpendicular to the axis of rotation of the angle bracket (6).

Предплечье (5) представляет собой два концентрических цилиндрических вала (9-внутренний вал и 10-внешний вал), выполненных из композиционного материала, например углепластика. В крайних зонах концентрических цилиндрических валов (9, 10) установлены подшипники, обеспечивающие жесткость робота-манипулятора, а также разгрузку сервопривода (5а) предплечья (5) от всех нагрузок, кроме вращающего момента. При этом внутренний вал (9) выполняет функцию упругой муфты и торсионного вала, за счет того, что подобранная специальным образом укладка армирующих слоев композиционного материала обеспечивает высокую жесткость на кручение и низкую жесткость на изгиб. Внешний вал (10) выполняет функцию корпуса и за счет другой схемы укладки армирующих слоев композиционного материала обеспечивает высокую жесткость на изгиб. Внешний вал (10) неподвижно закреплен на уголковом кронштейне (6), а внутренний вал (9) закреплен непосредственно на выходном валу мотор-редуктора (5а) предплечья (5). Причем в верхней части внутреннего цилиндрического вала (9) установлен второй фланец (11), имеющий монтажные отверстия для закрепления схвата или рабочего инструмента робота-манипулятора.The forearm (5) consists of two concentric cylindrical shafts (9-inner shaft and 10-outer shaft) made of composite material, such as carbon fiber. In the extreme zones of concentric cylindrical shafts (9, 10), bearings are installed that ensure the rigidity of the robotic arm, as well as unloading the servo drive (5a) of the forearm (5) from all loads, except for torque. In this case, the inner shaft (9) performs the function of an elastic coupling and a torsion shaft, due to the fact that a specially selected laying of the reinforcing layers of the composite material provides high torsional rigidity and low bending stiffness. The external shaft (10) performs the function of the housing and, due to another layout scheme of the reinforcing layers of the composite material, provides high bending stiffness. The outer shaft (10) is fixedly mounted on the corner bracket (6), and the inner shaft (9) is fixed directly on the output shaft of the forearm gear motor (5a) (5). Moreover, in the upper part of the inner cylindrical shaft (9), a second flange (11) is installed, having mounting holes for securing the grip or working tool of the robot manipulator.

Исполнительным устройством робота-манипулятора (1) является схват, закрепляемый на втором фланце (11). Конструкция схвата выбирается исходя из типа выполняемых операций и особенностей полезной нагрузки. Помимо схвата, на втором фланце (11) может быть закреплено иное исполнительное устройство, например координатно-измерительная головка, устройство неразрушающего контроля и т.п., что расширяет диапазон возможных применений робота-манипулятора (1).The actuator of the robot manipulator (1) is a grip fixed on the second flange (11). The grip design is selected based on the type of operations performed and the characteristics of the payload. In addition to the grip, another actuating device, for example, a coordinate measuring head, a non-destructive testing device, etc., can be fixed on the second flange (11), which extends the range of possible applications of the robotic arm (1).

Робот-манипулятор (1) выполнен с возможностью подключения к программно-аппаратному интерфейсу пользователя (не указан на фиг. 1). Исходные команды для управления роботом-манипулятором (1) задаются в ручном или автоматическом режиме с помощью указанного программно-аппаратного интерфейса пользователя. На основе этих команд блоки управления сервоприводами (2а, 4а, 5а, 6а) формируют конкретные управляющие сигналы, приводящие в движения нужные сервоприводы (2а, 4а, 5а, 6а), что обеспечивает соответствующее команде управления положение звеньев (ОПУ, первый фланец, плечо, уголковый кронштейн, предплечье, второй фланец) робота-манипулятора (1). Каждое кинематическое звено робота-манипулятора (1) может приводиться в движение независимо от остальных.The robotic arm (1) is configured to connect to a software and hardware user interface (not shown in Fig. 1). The initial commands for controlling the robot manipulator (1) are set in manual or automatic mode using the specified hardware-software user interface. Based on these commands, servo control units (2a, 4a, 5a, 6a) generate specific control signals that drive the required servos (2a, 4a, 5a, 6a), which ensures the position of the links corresponding to the control command (control gear, first flange, shoulder , angle bracket, forearm, second flange) of the robotic arm (1). Each kinematic link of the robot manipulator (1) can be driven independently of the others.

Сигналы обратной связи, получаемые от сервоприводов (2а, 4а, 5а, 6а), обрабатываются в блоках управления, и в установленном формате передаются в программно-аппаратный интерфейс, где они могут быть использованы для уточнения положения робота-манипулятора (1) и коррекции команд управления.Feedback signals received from servo drives (2a, 4a, 5a, 6a) are processed in control units, and in the established format are transmitted to the hardware-software interface, where they can be used to clarify the position of the robot manipulator (1) and correct commands management.

Для того чтобы привести в движение одно из звеньев, необходимо подать управляющий сигнал в виде импульсов переменного тока на соответствующий сервопривод (2а, 4а, 5а, 6а) робота-манипулятора (1), что приведет к вращению вала сервопривода (2а, 4а, 5а, 6а). Вращательное движение передается через мотор-редуктор кинематическому звену, и это звено начинает совершать вращательное движение относительно звена, на котором оно закреплено (ОПУ (2) может вращаться относительно первого фланца (3), плечо (4) - относительно ОПУ (2), уголковый кронштейн (6) - относительно плеча (4), внутренний вал (9) предплечья (5) - относительно уголкового кронштейна (6). Когда вал сервопривода (2а, 4а, 5а, 6а) вращается, на блок управления подаются сигналы обратной связи, которые позволяют определить как взаимное относительное перемещение всех звеньев робота-манипулятора (1), так и пространственное положение второго фланца (11) в рабочей области робота-манипулятора (1).In order to drive one of the links, it is necessary to apply a control signal in the form of alternating current pulses to the corresponding servo drive (2a, 4a, 5a, 6a) of the robotic arm (1), which will lead to rotation of the servo shaft (2a, 4a, 5a 6a). The rotational movement is transmitted through the geared motor to the kinematic link, and this link begins to rotate relative to the link on which it is attached (the control gear (2) can rotate relative to the first flange (3), the shoulder (4) - relative to the control gear (2), angled the bracket (6) is relative to the shoulder (4), the inner shaft (9) of the forearm (5) is relative to the angle bracket (6) .When the servo shaft (2a, 4a, 5a, 6a) rotates, feedback signals are sent to the control unit, which allow you to define how mutual relative displacement of all units of the robot manipulator (1) and the spatial position of the second flange (11) in the workspace of the robot manipulator (1).

Благодаря использованию описанной выше простой и несложной в изготовлении и сборке конструкции робота-манипулятора, а также отсутствию громоздких магнитных систем двигателей, значительно упрощает конструкции заявленного робота-манипулятора.Thanks to the use of the above simple and uncomplicated in the manufacture and assembly of the design of the robotic arm, as well as the absence of bulky magnetic motor systems, greatly simplifies the design of the claimed robot manipulator.

Кроме того, за счет того, что сервоприводы плеча, уголкового кронштейна и предплечья, закрыты обтекателями, которые, как и корпусы ОПУ, первого фланца, плеча, уголкового кронштейна и предплечья выполнены из термопласта или композиционного материала, выполненного в виде стеклопластика и/или углепластика, увеличивается масса полезной нагрузки, что, в свою очередь, позволяет существенно снизить массу робота-манипулятора, т.е. упростить конструкцию.In addition, due to the fact that the servos of the shoulder, corner bracket and forearm are covered with fairings, which, like the casings of the control gear, the first flange, shoulder, corner bracket and forearm are made of thermoplastic or composite material made in the form of fiberglass and / or carbon fiber , the mass of the payload increases, which, in turn, can significantly reduce the mass of the robotic arm, i.e. simplify the design.

В качестве основного материала подвижных звеньев (ОПУ, первый фланец, плечо, уголковый кронштейн, предплечье, второй фланец) робота-манипулятора (1) выбран композиционный материал, в частности направленно армированный углепластик или стеклопластик. Это обусловлено следующими особенностями конструкции и применения изделия, для реализации которых оказываются хорошо применимы характерные особенности данного класса материалов.Composite material, in particular directionally reinforced carbon fiber reinforced plastic or fiberglass plastic, is selected as the main material of the moving links (OPU, first flange, shoulder, angle bracket, forearm, second flange) of the robotic arm (1). This is due to the following features of the design and use of the product, for the implementation of which the characteristic features of this class of materials are well applicable.

Во-первых, материалы с направленным армированием имеют анизотропию свойств, т.е. их поведение зависит от характера и направления приложения нагрузки. Звенья робота-манипулятора (1) имеют четко определенный набор действующих силовых факторов (в первую очередь изгиб и кручение), что позволяет спроектировать материал с укладкой, наиболее подходящих именно для этих нагрузок. При этом, по сравнению с аналогичными конструкциями, выполненными из традиционных (изотропных) материалов снижается вес конструкции.Firstly, materials with directional reinforcement have anisotropy of properties, i.e. their behavior depends on the nature and direction of the load application. The links of the robot manipulator (1) have a clearly defined set of acting force factors (primarily bending and torsion), which allows you to design material with styling that is most suitable specifically for these loads. At the same time, compared with similar structures made of traditional (isotropic) materials, the weight of the structure is reduced.

Во-вторых, робот-манипулятор (1) имеет ограничение по жесткости конструкции, что обусловлено требованиям к точности позиционирования схвата или иного исполнительного устройства. Вместе с тем, звеня робота-манипулятора (1) в процессе эксплуатации испытывают значительные ускорения, что приводит к возникновению инерционных сил, которые тем больше влияют на конструкцию, чем она тяжелее. Направленно армированные композиционные материалы, по сравнению с традиционно применяемыми анизотропными материалами (металлами, пластиками), обладают более высокими показателями удельной прочности и удельной жесткости, т.е. они одновременно легче и жестче, по сравнению с аналогичными, по функции конструкциями из традиционных материалов, что также приводит к снижению веса и более точному позиционированию звеньев конструкции.Secondly, the robotic arm (1) has a restriction on the rigidity of the structure, which is due to the requirements for the accuracy of positioning of the grip or other actuating device. At the same time, during the operation, the links of the robot manipulator (1) experience significant accelerations, which leads to the appearance of inertial forces, which affect the structure the more, the heavier it is. Directionally reinforced composite materials, in comparison with traditionally used anisotropic materials (metals, plastics), have higher specific strength and specific stiffness, i.e. they are both lighter and stiffer, in comparison with similar functionally constructed structures of traditional materials, which also leads to weight reduction and more accurate positioning of structural links.

В-третьих, углепластик, в отличие от термопластов, обладает электропроводными и радиоэкранирующими свойствами, что способствует более высоким показателям по электромагнитной совместимости и расширяет диапазон возможных применений робота-манипулятора (1). Кроме того, снижение веса конструкции робота-манипулятора (1), помимо преимуществ по п. 1 формулы, упрощает его эксплуатацию, транспортировку, обуславливает возможности мобильного применения изделия (закрепление на колесном шасси различных типов).Thirdly, carbon fiber, unlike thermoplastics, has electrically conductive and radio-shielding properties, which contributes to higher electromagnetic compatibility and expands the range of possible applications of the robotic arm (1). In addition, reducing the weight of the design of the robotic arm (1), in addition to the advantages of claim 1 of the formula, simplifies its operation, transportation, and determines the possibility of mobile use of the product (mounting on a wheeled chassis of various types).

Звенья робота-манипулятора (1) представляют собой несущие оболочки различной формы (тела вращения, поверхности сложной формы). Изделия такого рода при изготовлении из традиционных материалов требуют сложной оснастки, дорогостоящего оборудования и заготовок, которые могут быть произведены только на узкоспециализированных предприятиях. Производство такого класса изделий из композиционных материалов требует менее сложной оснастки, процесс переработки данных материалов оказывается менее затратным, коэффициент использования материала выше, при создании изделия с сопоставимыми показателями качества. Это дополнительно позволяет снизить рыночную стоимость изделия и ускорить сроки постановки на производство.The links of the robot manipulator (1) are load-bearing shells of various shapes (bodies of revolution, surfaces of complex shape). Products of this kind in the manufacture of traditional materials require complex equipment, expensive equipment and blanks that can only be produced in highly specialized enterprises. The production of this class of products from composite materials requires less complex equipment, the process of processing these materials is less expensive, the utilization of the material is higher when creating products with comparable quality indicators. This additionally allows you to reduce the market value of the product and speed up the terms of production.

Внешний вид композиционных материалов имеет узнаваемые характерные особенности, в силу традиционных областей применения (аэрокосмическая, военная отрасли, высокотехнологичный и спортивный сегменты автомобилестроения, спорт высоких достижений) вызывает от изделия ощущения высокого качества, прорывных технологических решений, визуально высокой стоимости. Изделие, преимущественно выполненное из углепластика, не нуждается в нанесении декоративных лакокрасочных покрытий и отлично вписывается в облик высокотехнологичных производств, что является также дополнительным преимуществом, повышающим привлекательность изделия для конечного пользователя.The appearance of composite materials has recognizable characteristic features, due to traditional fields of application (aerospace, military industries, high-tech and sports segments of the automotive industry, high-performance sports), the product creates a feeling of high quality, breakthrough technological solutions, and visually high cost. The product, mainly made of carbon fiber, does not need to be applied with decorative coatings and fits perfectly into the look of high-tech industries, which is also an additional advantage that increases the attractiveness of the product for the end user.

Claims

1. Robot-manipulator, containing sequentially interconnected support and rotary device (OPU) with a flange, a shoulder and a forearm, equipped with individually controlled drives of each of them, characterized in that it is equipped with an angular bracket located between the shoulder and the forearm and equipped with an individual controlled drive, while the above-mentioned individual drives are made in the form of AC servo drives with gear motors and a feedback system to ensure positioning of the control gear, arm and the shoulders and are covered with fairings in the form of thin-walled shells, the flange has a round shape and is made with mounting holes for fixing it on the supporting surface, the control gear is made in the form of a cylinder with eyes located in its upper part, and the axis of the holes of the eyes is perpendicular to the axis of the cylinder, and in the eyes metal bearings are installed to ensure the rigidity of the hinge, by means of which the control gear and the shoulder are connected, the shoulder is made in the form of a truncated cone having a lower and upper end zone and a place for servos an ode to the angle bracket, wherein a first shaft is installed in the lower end region of the shoulder, which rotates the shoulder by means of a servo drive, and the upper end region of the shoulder is made with seats for bearings in which the front end of the second shaft that drives the said angle bracket is mounted, the servo of the angle bracket is made with the possibility of transmitting torque to the second shaft by means of a belt drive with a gear belt, the angle bracket is made with the first end zone, in which the rear end of the second shaft driving the angle bracket and the second end zone in which the servo drive of the forearm is fixed, the axis of rotation of the drive of the forearm perpendicular to the axis of rotation of the angle bracket, the forearm is made in the form of two concentric cylindrical shafts made of composite material in extreme the areas of which bearings are installed to ensure rigidity of the robotic arm and unloading the shaft of the servo drive of the forearm, while in the upper part of the inner cylindrical second shaft has a second flange having a mounting hole for fixing the gripper of the robot manipulator, and said fairings and housings sequentially interconnected OPU, the flange shoulder, the angle bracket and the forearm are made of thermoplastic.

2. The robotic arm according to claim 1, characterized in that the said flange is made with the possibility of fixing it on a horizontal or vertical supporting surface.

3. The robotic arm according to claim 1, characterized in that the flange is made with the possibility of its mounting on the supporting surface of the mobile trolley.

4. The robotic arm according to claim 1, characterized in that the servo drive OPU is located inside the OPU.

5. The robotic arm according to claim 1, characterized in that the inner cylindrical shaft of the forearm is designed to provide the function of an elastic coupling, and the outer cylindrical shaft of the forearm is a function of the body.

6. The robotic arm according to claim 1, characterized in that the diameter of the cylinder OPU exceeds the diameter of the larger base of the shoulder cone, and the diameter of the smaller base of the shoulder cone exceeds the diameter of the outer cylindrical shaft of the forearm.