RU203719U1 - Звено манипулятора - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области робототехники, а именно к конструкции манипуляторов, и может быть использована в различных областях техники.Звено манипулятора содержит каркас, соосно расположенные приводной и компенсирующий шкивы, приводной двигатель и две пружины растяжения. Ремень двигателя сопряжен с основным шкивом. Концы пружин с одной стороны закреплены к каркасу, а с другой сопряжены с компенсирующим шкивом. Достигается повышение надежности и долговечности манипулятора за счет минимизации нагрузки на приводы в момент начала работы и в период работы манипулятора. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к области робототехники, а именно к конструкции манипуляторов, и может быть использована в различных областях техники.

Известен манипулятор, предназначенный для использования в дистанционно управляемых роботах (WO 2009035490 A1, опубл. 19.03.2009). Манипулятор включает шарнирно соединенные плечо, предплечье и рабочий орган.

Известен манипулятор, содержащий шарнирно соединенные плечо, предплечье и рабочий орган (CN 207983376 U, опубл. 19.10.2018). При этом предплечье и рабочий орган соединены с помощью шарового шарнира, а плечо и предплечье - с помощью шарнира, обеспечивающего их вращение вокруг общей оси. Рабочий орган манипулятора снабжен датчиком давления. В процессе работы указанный датчик позволяет определить вес захватываемого предмета и отрегулировать усилие захвата.

Известен манипулятор, содержащий плечо, предплечье и рабочий орган (RU 2616317, опубл. 14.04.2017). Места сочленения плечо-предплечье и предплечье-рабочий орган выполнены в виде рычажных механизмов с возможностью поворота вверх и вниз плеча, предплечья и рабочего органа. При этом плечо и предплечье снабжены индивидуальными управляемыми приводами на основе планетарно-цевочных редукторов.

Недостатком известных манипуляторов является низкая надежность конструкции. Это обусловлено наличием люфтов в редукторах приводов, приводящих к резкому увеличению импульсной нагрузки на приводы в момент начала работы и в период работы манипулятора, что еще больше проявляется, например, при захвате рабочим органом тяжелых предметов, в результате чего приводы выходят из строя. Кроме того, «мертвая зона» привода приводит к снижению точности позиционирования рабочего органа при выполнении сложных, требующих высокой точности работ.

Наиболее близким по технической сущности является манипулятор, содержащий каркас, на котором установлены приводной шкив и приводной двигатель, ремень которого сопряжен с приводным шкивом (RU 170656, опубл. 03.05.2017).

Недостатком известных аналогов-манипуляторов и манипулятора, выбранного в качестве прототипа (RU 170656), является низкая надежность конструкции. Это обусловлено наличием люфтов в редукторах приводов, приводящих к резкому увеличению импульсной нагрузки на приводы в момент начала работы и в период работы манипулятора, что еще больше проявляется, например, при захвате рабочим органом тяжелых предметов, в результате чего приводы выходят из строя. Кроме того, «мертвая зона» привода приводит к снижению точности позиционирования рабочего органа при выполнении сложных, требующих высокой точности работ.

Технической проблемой является создание надежного и долговечного манипулятора.

Технический результат заключается в минимизации нагрузки на приводы в момент начала работы и в период работы манипулятора.

Технический результат достигается за счет того, что звено манипулятора, содержащее каркас, установленные на каркасе приводной шкив и приводной двигатель, ремень которого сопряжен с приводным шкивом, согласно полезной модели снабжено компенсирующим шкивом, расположенным на каркасе соосно с приводным шкивом, и двумя упругими элементами, одним концом закрепленными к каркасу, а другим концом соединенными с концами ремня, сопряженного с компенсирующим шкивом

В частных вариантах реализации полезной модели упругие элементы выполнены в виде пружин растяжения, спиральных пружин кручения или пневматических упругих элементов.

Авторами экспериментально установлено, что заявленные конструктивные особенности выполнения звена манипулятора позволяют снизить нагрузки на приводы в момент начала работы и в период работы манипулятора. Для этого авторами были проведены испытания манипулятора-аналога, конструктивно выполненного как в документе RU 2616317, и манипулятора, в котором звенья выполнены в соответствии с заявленной полезной моделью. Манипуляторами осуществлялся захват предметов с различным весом (100 г, 500 г, 750 г, 1200 г) и их перемещение (при достижении звеньями своих крайних, ненулевых, положений). С помощью муарового датчика момента измерялись импульсный момент нагрузки на привод при переходном процессе в момент остановки двигателя звена (M_имп), статический момент нагрузки после остановки звена (M_ст) и момент нагрузки на привод в процессе движения (M_дв). Кроме того, производилось измерение электрической мощности двигателя и механической мощности двигателя (с помощью датчика углового положения и датчика момента). В результате испытаний было установлено, что момент нагрузки на привод при переходном процессе в момент остановки двигателя звена (M_имп), статический момент нагрузки после остановки звена (M_ст) и момент нагрузки на привод в процессе движения (M_дв) при захвате и перемещении предметов различной массы у заявленного звена манипулятора меньше, чем у манипулятора-аналога RU 2616317. Это обеспечивает надежную работу заявленного устройства в течение длительного времени.

Заявленная полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено звено манипулятора, на фиг. 2 - вариант манипулятора в сборе (шарнирно соединенные два звена и рабочий орган).

Звено манипулятора содержит каркас 1 и соосно расположенные приводной 2 и компенсирующий 3 шкивы, установленные на каркасе 1. Шкивы 2, 3 выполнены зубчатыми для обеспечения лучшего зацепления с ремнями двигателей. Ремни могут быть заменены на цепи или различные механизмы безлюфтовой передачи момента в напряженном состоянии.

Шкивы звена являются осью вращения следующего звена.

На каркасе установлен приводной двигатель 4, ремень 5 которого находится в зацеплении с приводным шкивом 2, передающим вращательное движение следующему звену манипулятора.

Звено содержит также упругие элементы, выполненные, например, в виде пружин растяжения 6, 7, каждая из которых одним концом закреплена к каркасу 1, а другим концом соединена с концами ремня натяжения 8. При этом указанный ремень 8 сопряжен с компенсирующим шкивом 3. Подбор пружин осуществляется с учетом момента силы тяжести, действующей на ненагруженное звено.

Рабочий орган 9 предназначен для выполнения различных манипуляций, например, захвата различных предметов.

Заявленное звено может быть использовано в манипуляторах, применяемых в различных областях техники, например, в детских роботах-конструкторах для обучения конструированию, моделированию и программированию. При этом звено может быть единственным в составе манипулятора (звено и рабочий орган) или может быть использовано несколько одинаковых звеньев (например, звено-предплечье, звено-плечо и рабочий орган).

В процессе работы манипулятора его звенья меняют свое пространственное положение. В качестве отправного (начального) положения принято вертикальное (нулевое) положение звеньев (например, как на фиг. 2). Крайние положения звеньев (соответствующие 0° или 180°) обозначаются как ненулевые. При перемещении, например, второго звена (звена, находящегося между первым звеном и рабочим органом) относительно первого звена из ненулевого положения в нулевое положение пружины 6, 7 растягиваются и сжимаются; при этом разность сил, приложенных к шкивам 2 и 3, создает крутящий момент, частично или полностью компенсирующий момент, который создается силой тяжести второго звена, рабочего органа и предмета, захваченного рабочим органом, снимая часть нагрузки с приводного двигателя 4. Кроме того, обеспечивается нивелирование броска момента и компенсация импульсного момента на первом звене при изменении положения второго звена, которое образуется за счет некоторого растяжения ремня 5 и наличия люфта в редукторе двигателя 4. Дополнительным техническим результатом является повышение точности позиционирования рабочего органа за счет устранения влияния люфта редуктора двигателя, а также устранение «мертвой» зоны манипулятора в районе нулевого положения звена.

В случае если манипулятор содержит одно звено с рабочим органом принцип работы аналогичен описанному выше.

Таким образом, заявленная полезная модель обеспечивает создание надежного и долговечного манипулятора за счет минимизации нагрузки на приводы в момент начала работы и в период работы манипулятора.

Claims (4)

1. Звено манипулятора, содержащее каркас, установленные на каркасе приводной шкив и приводной двигатель, ремень которого сопряжен с приводным шкивом, отличающееся тем, что оно снабжено компенсирующим шкивом, расположенным на каркасе соосно с приводным шкивом, и двумя упругими элементами, одним концом закрепленными к каркасу, а другим концом соединенными с концами ремня, сопряженного с компенсирующим шкивом.

2. Звено по п. 1, отличающееся тем, что упругие элементы выполнены в виде пружин растяжения.

3. Звено по п. 1, отличающееся тем, что упругие элементы выполнены в виде спиральных пружин кручения.

4. Звено по п. 1, отличающееся тем, что упругие элементы выполнены в виде пневматических упругих элементов.

Images