RU1821355C - Манипул тор - Google Patents

Abstract

Использование: машиностроение, в конструкци х гибких манипул торов с большим числом степеней подвижности. Сущность изобретени : манипул тор содержит основание 2, нагревательные элементы 15 и установленные на основании звень . Каждое звено выполнено в виде фланца З.с закрепленным на нем приводом, При этом привод выполнен в виде цилиндрических пружин сжати  9 из материала с пам тью формы. Звень  шарнирно и последовательно соединены между собой и заключены в эластичный рукав. При подаче питани  на нагревательные элементы 15, расположенные во внутреннем пространстве пружин, происходит нагрев пружин 9 и при достижении определённой температуры они изгибаютс  соответствующим образом. Звень  манипул торег подключаютс  к источнику питани  в зависимости от требуемого перемещени  и положени  манипул тора. 2 ил. V 00 кэ со ел ел

Description

Изобретение относитс  к робототехнике, более конкретно к гибким манипул торам с ольшим числом степеней подвижности (свободы ). . ..

Целью изобретени   вл етс  упрощеие конструкции и увеличение надежности работы манипул тора.

На фиг. 1 показано устройство в проольном сечении, вдоль оси, в полностью обесточенном состо нии, т.е. без нагрева (в холодном); на фиг.2 показано устройство в продольном сечении, вдоль оси, под током (в 1-м и 3-м силовом звене, а 2-е звено - без тока), т.е. в одном из многочисленных рабочих положений.

Прин ты следующие обозначени : L - величина перемещени ; а-угол поворота между неподвижным.торцом силового элемента и подвижным торцом в рабочем состо нии; t- шаг силового элемента в свободном (холодном) состо ний.; :

Предлагаемый электротермический мани пул  тр р состоит из отдел ьных, кинемати- чески и электрически св занных между собой подвижных силовых звеньев 1, которые содержат крайнее основание 2, одинаковые промежуТоч.ньгёосновани  3 и крайнее основание 4 дл  установки схвата. Все указанные основани  2, 3 и 4 имеют одинаковые фланцы 5 со сквозными отверсти ми 6, расположенные по окружности. Основани  2 и 3 име.ют сквозные отверсти  7 дл  заделки неподвижного конца 8 силового элемента 9, которые расположены на посто нном радиусе оснований 2 и 3 в плоскости поворота шарнира 10 на оси шарнира 11. При этом сквозные отверсти  7 каждого последующего подвижного звена повернуть на одинаковый угол (на пример, 90° или др.) относительно друг друга, вокруг центральной продольной оси манипул то- р а. Неподвижный торец 12 силовбго элемента; 9 опираетс  на торец крайнего основани  2, которое .повтор ет полностью ответную часть формы неподвижного торца 12, а неподвижный конец 8 защемлен жестко в отверстии 7, при этом прРтивопблож ный подвижный торец 13 опираетс  вторёц (дно) промежуточного основани  3). На центральной части основани  2 с внутренней стороны,;а н а промежуточных основани х 3 с обеих сторон выступа ют эл емёнты шарнира 10, на которые одеты избл ци- рнныё втулки 14 с нагревательными элементами 15. .. , :: . :

Выводные концы нагревательных элементов 15, через каналы в основани х 2 и 3, выведены наружу и идут к питающему источнику тока и к управл ющему устройству.

к. примеру, к микроЭВМ. Выводные концы могут проходить и внутри манипул тора, вдоль его продольной оси, через отверсти  б во фланце 5. Нагревательные элементы 15 в

5 каждом силовом звене 1 могут, в зависимости от необходимости, соедин тьс  электрически последовательно или параллельно.

Силовой элемент 9 выполнен из материала с обратимой термической пам тью фор- 0 мы (Например, из никелево-титанового сплава или из сплава меди с цинком, алюминием , марганцем и железом) в виде обычной

. витой цилиндрической пружины сжати  (например , с витком круглого сечени ) с равно5 мерным шагом 1 в свободном состо нии (прижата и отторцована только опорна  часть витка подвижного торца 13). Снаружи, на фланцах 5, по всей длине-манипул тора может быть одета защитна  гибка  (напри0 мер, гофрированна ) оболочка 16.

Кроме защиты от попадани  пыли и посторонних предметов, можно при необходимости интенсивного охлаждени , через оболочку 16 в отверсти  6 во фланцах 5,

5 подавать охлаждающий воздух на силовые элементы 9.,

.Каждое подвижное силовое звено 1 обеспечивает одну степень перемещени  (свободы ) и в зависимости от необходимости,

0 манипул тор в каждом конкретном случае мо- жетсодержать количество п-подвижных силовых звеньев 1. ,:: Дл  установки манипул тора и креплени  схвата, в крайних основани х 2 и 4 пре5 дусмотрёны элементы креплени  (например, резьбовые гнезда или стержни).

Во врем  работы (см. фиг.2), в зависимо- , ста от требуемого перемещени  и положени  манипул тора (на фиг.2 показано/что

0 первое и Третье силовое звено наход тс  под током и повернуты, а второе (среднее) - без тбка, в:исходном положении) подаетс  - электрический ток в нужные силовые звень 

.. .Т на нагревательные Элементы 15, которые

5 нагревают внутреннюю поверхность еило- . вйх элементрв 9 и при достижений определеннойвеличины повышени  температуры, заложенной в термическую пам ть силового элемента 9, он изгибаетс  вдоль своей про0 дольной оси, в плоскости поворота шарнира 10, в сторону неподвижного конца 8. При этом участки витков, лежащие по линии заделки неподвижного конца ё, ложатс  один

на другой без зазора (допустимое нат гом),

5 а диаметрально противоположна  их часть расходитс  веером, т.е. рассто ние между витками в этой части становитс  большим, чем в свободном (холодном) состо нии. В результате этого между неподвижным тор- цом 12 и подвижным торцом 13 образуетс 

угол «(например, а - 30°), что и обуславливает поворот силового звена 1 манипул тора вокруг оси 11 шарнира 10.

Такое положение  вл етс  очень устойчивым , поскольку промежуточное основание 3 с краю опираетс  на плотно сжатые витки силового элемента 9, а в центре на .шарнир 10.

При необходимости вернутьс  в исходное положение производитс  отключение нагревательного элемента 15 (например, с помощью команды микроЭВМ), после чего будет происходить интенсивное охлаждение с поверхности силового элемента 9 и, охладившись, до исходной пониженной температуры, также заложенную в термическую пам ть формы, он вернетс  в первоначальное , исходное положение (см, фиг.1).

При необходимости возможно применение искусственного охлаждени  силовых элементов 9 за счет подачи и продувани  охлаждающего воздуха через отверсти  б фланцев 5, внутри гибкой оболочки 16.

К технико-экономическим преимуществам по сравнению с прототипом относ тс  следующие: устройство имеет бесконечное число перемещений (т.е. степеней свободы); устройство устойчиво и в нем отсутствуют паразитные вибрации (колебани ); устройство  вл етс  более мощным , Tie. может перемещать издели  большей массы; устройство не требует дл  своего управлени  никаких отдельных приводов (пневмоцилиндров , электродвигателей и пр.); энерги  тепла непосредственно преобразуетс  в механическую энергию без помощи каких- либо вспомогательных и промежуточных 5 элементов; незначительные потери на трение; простота конструкции и высока  степень применени  унифицированных деталей; высока  надежность и простота управлени .

0 Наиболее рационально использовать предлагаемое устройство в области робототехники дл  создани  гибких универсальных манипул торов роботов,

Ф о р м у л а изобретени 

5 Манипул тор, содержащий основание, нагревательные элементы и установленные на основании звень , каждое из которых выполнено в виде фланца с закрепленным на нем приводом, выполненным в виде ви0 того элемента из материала с пам тью формы , причем звень  последовательно соединены между собой и заключены в эластичный рукав, содержащий устройства ввода и вывода охлаждающей среды, отличаю5 щи и с   тем, что, с целью повышени  надежности, фланцы шарнирно соединены между собой, при этом приводные элементы выполнены в виде цилиндрических пружин сжати , а шарниры и нагревательные эле0 менты расположены во внутреннем пространстве пружин, при этом торцы пружин сдвинуты в каждом последующем звене на одинаковый угол относительно друг друга.