RU206072U1

RU206072U1 - Two-handed manipulator

Info

Publication number: RU206072U1
Application number: RU2021105191U
Authority: RU
Inventors: Родион Рафаильевич Сулейманов; Александр Дмитриевич Суслов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Импрувити"
Priority date: 2021-03-01
Filing date: 2021-03-01
Publication date: 2021-08-18

Abstract

Полезная относится к машиностроению и может найти широкое применение в роботизированных комплексах сортировки, монтажа, сборки и 3-мерной печати на постовых и конвейерных системах, где требуется последовательное циклическое перемещение манипулятора по кругу в одном направлении, согласованная последовательная или совместная работа двух рук манипулятора в единой рабочей зоне.Технической задачей заявляемого технического решения является расширение эксплуатационных возможностей, обусловленное: обеспечением возможности неограниченного вращения двух рук по первой оси, расположенных соосно и работающих в единой рабочей зоне; увеличение радиуса рабочей зоны при относительно малой массе устройства; упрощение схемы привода, отсутствие внешнего размещения кабелей питания и управления, ограничивающих перемещение звеньев; освобождение внутреннего пространства звеньев от присутствия в схеме привода элементов трансмиссий, таких как понижающие редукторы, ременные и цепные передачи (это пространство может быть использовано для применения в несущей системе внутренних конструктивных элементов замкнутого многоконтурного и многокамерного сечения с уменьшением габаритов поперечного сечения звеньев); обеспечение независимости кинематики привода линейной оси и горизонтальной оси поворота кисти.Манипулятор с двумя руками содержит внизу устройства основание с колонной, блок управления, две многозвенные руки, установленные соосно на единой первой оси, работающие в единой рабочей зоне, содержащие третье звено с линейным перемещением по вертикальной оси, двигатели, кабели питания и управления, внешний габаритный диаметр колонны-опоры не превышает ширину первого звена руки, две многозвенные идентичные руки выполнены с пятью звеньями и пятью осями, приводы реализованы моментными двигателями, без понижающих редукторов, напрямую, при этом первый моментный двигатель установлен на первой оси, статор первого моментного двигателя закреплен на первой ступице, жестко связанной с колонной-опорой, ротор первого моментного двигателя закреплен на первом валу, жестко связанным с первым звеном, второй моментный двигатель установлен на второй оси, статор второго моментного двигателя закреплен на второй ступице, жестко связанной с первым звеном, ротор второго моментного двигателя закреплен на втором валу, жестко связанным со вторым звеном, третье звено с линейным перемещением по вертикальной оси приводится в движение третьим моментным двигателем через реечную передачу, при этом статор третьего моментного двигателя закреплен на третьей ступице, жестко связанной со вторым звеном, ротор третьего моментного двигателя закреплен на третьем валу, жестко связанным с внешним зубчатым венцом реечной передачи, несущий элемент третьего звена выполнен тонкостенным профилем из алюминиевого сплава, в опорах третьего звена установлены легкие подшипники скольжения из полимерно-композиционных материалов, четвертый моментный двигатель установлен на четвертой оси, статор четвертого моментного двигателя закреплен на четвертой ступице, жестко связанной с третьим звеном, ротор четвертого моментного двигателя закреплен на четвертом валу, жестко связанным с четвертым звеном, пятый моментный двигатель установлен на пятой оси, статор пятого моментного двигателя закреплен на пятой ступице, жестко связанной с четвертым звеном, ротор пятого моментного двигателя закреплен на пятом валу, жестко связанным с пятым звеном, образующие кисть четвертое и пятое звенья обеспечивают возможность вращения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом направление вращения кисти в горизонтальной плоскости при одновременном перемещении линейного звена может меняться в любом направлении, все кабельные линии выполнены внутренним размещением, на первой оси каждой руки установлено по одному вращающемуся контактному устройству, при этом статор вращающегося контактного устройства закреплен на первой ступице, ротор вращающегося контактного устройства закреплен на первом валу, жестко связанным с первым звеном, система намотки кабеля катушкой расположена на единой оси привода реечной передачи и жестко связана с валом, при этом диаметр петли намотки равен делительному диаметру внешнего зубчатого венца. 8 ил.Useful refers to mechanical engineering and can be widely used in robotic complexes for sorting, assembly, assembly and 3D printing on guard and conveyor systems, where sequential cyclic movement of the manipulator in a circle in one direction is required, consistent sequential or joint work of two manipulator arms in a single working area. The technical task of the proposed technical solution is to expand the operational capabilities due to: ensuring the possibility of unlimited rotation of two arms along the first axis, located coaxially and working in a single working area; increasing the radius of the working area with a relatively low mass of the device; simplification of the drive circuit, lack of external placement of power and control cables limiting the movement of the links; freeing the internal space of the links from the presence of transmission elements in the drive circuit, such as reduction gears, belt and chain drives (this space can be used to use internal structural elements of a closed multi-circuit and multi-chamber section in the supporting system with a decrease in the dimensions of the cross-section of the links); ensuring the independence of the kinematics of the drive of the linear axis and the horizontal axis of rotation of the hand. The manipulator with two arms contains at the bottom of the device a base with a column, a control unit, two multi-link arms mounted coaxially on a single first axis, working in a single working area, containing a third link with linear movement along vertical axis, motors, power and control cables, the outer overall diameter of the support column does not exceed the width of the first link of the arm, two multi-link identical arms are made with five links and five axes, drives are realized by torque motors, without reduction gearboxes, directly, with the first torque the motor is installed on the first axis, the stator of the first torque motor is fixed on the first hub rigidly connected to the column-support, the rotor of the first torque motor is fixed on the first shaft rigidly connected to the first link, the second torque motor is mounted on the second axis, the stator of the second torque motor is fixed for the second from stupid, rigidly connected to the first link, the rotor of the second torque motor is fixed on the second shaft, rigidly connected to the second link, the third link with linear movement along the vertical axis is driven by the third torque motor through the rack and pinion, while the stator of the third torque motor is fixed to the third the hub, rigidly connected to the second link, the rotor of the third torque motor is fixed on the third shaft, rigidly connected to the outer gear rim of the rack and pinion, the bearing element of the third link is made of a thin-walled profile of aluminum alloy, lightweight plain bearings made of polymer-composite materials are installed in the supports of the third link , the fourth torque motor is installed on the fourth axis, the stator of the fourth torque motor is fixed on the fourth hub rigidly connected to the third link, the rotor of the fourth torque motor is fixed on the fourth shaft rigidly connected to the fourth link, the fifth torque motor is installed n on the fifth axis, the stator of the fifth torque motor is fixed on the fifth hub, rigidly connected to the fourth link, the rotor of the fifth torque motor is fixed on the fifth shaft, rigidly connected to the fifth link, the fourth and fifth links forming the brush provide the possibility of rotation in the horizontal and vertical planes, in this case, the direction of rotation of the hand in the horizontal plane with the simultaneous movement of the linear link can change in any direction, all cable lines are made internally, one rotating contact device is installed on the first axis of each hand, while the stator of the rotating contact device is fixed on the first hub, the rotor the rotating contact device is fixed on the first shaft rigidly connected to the first link, the cable winding system with a coil is located on a single axis of the rack and pinion drive and is rigidly connected to the shaft, the diameter of the winding loop being equal to the pitch diameter of the outer gear rim. 8 ill.

Description

Полезная модель относится к машиностроению и может найти широкое применение в роботизированных комплексах сортировки, монтажа, сборки и 3-мерной печати на постовых и конвейерных системах, где требуется последовательное циклическое перемещение манипулятора по кругу в одном направлении, согласованная последовательная или совместная работа двух рук манипулятора в единой рабочей зоне.The utility model relates to mechanical engineering and can be widely used in robotic systems for sorting, assembling, assembling and 3D printing on guard and conveyor systems, where sequential cyclic movement of the manipulator in a circle in one direction is required, coordinated sequential or joint work of two manipulator arms in a single work area.

Известен китайский патент №208084334, опубликованный 13.11.2018 г., в котором описан однорукий манипулятор SCARA, состоящий из основания, шарико-шлицевого винта, первого звена, первого привода с первым двигателем с ведущей шестерней, с блоком первого привода с монтажной колодкой и с зубчатой передачей, второго звена, второго привода с вторым двигателем с ведущей шестерней, с блоком второго привода с монтажной колодкой и с ременной передачей, третьего привода с третьим двигателем с зубчатой передачей и двумя электромагнитными муфтами, с кабелем, подающим питание на три двигателя и две электромагнитные муфты. Первый двигатель, второй двигатель, блок привода первого звена, блок привода второго звена смонтированы в основании. Первое звено и второе звено приводятся во вращение блоком первого привода и блоком второго привода соответственно. Третий двигатель установлен на втором звене. Шарико-шлицевой винт (третье звено) приводится в движение третьим двигателем через блок третьего привода.Known Chinese patent No. 208084334, published on 11/13/2018, which describes a one-armed SCARA manipulator, consisting of a base, a ball-spline screw, a first link, a first drive with a first motor with a driving gear, with a first drive unit with a mounting block and with a gear drive, a second link, a second drive with a second motor with a pinion gear, with a second drive unit with a mounting block and with a belt drive, a third drive with a third motor with a gear drive and two electromagnetic clutches, with a cable supplying power to three motors and two electromagnetic clutches. The first engine, the second engine, the first link drive unit, and the second link drive unit are mounted in the base. The first link and the second link are rotated by the first drive unit and the second drive unit, respectively. The third engine is installed on the second link. The ball screw (third link) is driven by the third motor through the third drive unit.

Недостатками данного устройства являются сложная конструкция приводов, с наличием зубчатых передач, ременных передач, электромагнитных муфт, которые добавляют дополнительную погрешность позиционирования и добавляют вес массой ремня, зубчатых передач, валов и шкивов, шлицевого винта с толстой стенкой поперечного сечения, а в опорах такого винта используются тяжелые шарико-винтовые подшипники. При увеличении длины плеч горизонтальных звеньев и рабочего хода линейной оси по такой схеме эти недостатки становятся существенными, так как увеличивают массу и инерцию подвижных частей устройства.The disadvantages of this device are the complex design of drives, with the presence of gears, belt drives, electromagnetic clutches, which add additional positioning error and add weight by the mass of the belt, gear drives, shafts and pulleys, a slotted screw with a thick cross-sectional wall, and in the supports of such a screw heavy ball screw bearings are used. With an increase in the length of the arms of the horizontal links and the working stroke of the linear axis according to this scheme, these disadvantages become significant, since they increase the mass and inertia of the moving parts of the device.

Кроме того, при такой кинематической схеме совместное вращение и линейное перемещение можно осуществлять только в одном направлении. Смена направления управляется реверсом двигателя, а обе приводные схемы установлены на едином валу, соответственно смена направления отдельно на одной из осей вращения или перемещения невозможна. Для смены направления одной из осей потребуется остановка другой. Это увеличит время выполнения операции манипулятором, при необходимости поворота кисти.In addition, with such a kinematic scheme, joint rotation and linear movement can only be carried out in one direction. The direction change is controlled by the reversing of the motor, and both drive circuits are mounted on a single shaft, respectively, a change of direction separately on one of the axes of rotation or movement is not possible. To change the direction of one of the axes, you will need to stop the other. This will increase the time it takes for the manipulator to perform the operation, if you need to rotate the brush.

Известен китайский патент №108994821, опубликованный 14.12.2018 г., в котором описан манипулятор SCARA с двумя руками, состоящий из блока управления и узла плечевого звена, в свою очередь содержащий плечевое первое звено первой руки и плечевое первое звено второй руки, передние концы которых соединены с возможностью вращения по первой оси, узла основного звена, в свою очередь содержащий основное звено первой руки и основное звено второй руки, концы которых также соединенные с возможностью вращения, при этом плечевое звено первой руки расположено над плечевым звеном второй руки и снабжено первым редуктором, соединенным с первым поворотным цилиндром, который жестко соединен с блоком управления, вторым редуктором, установленным между плечевым звеном первой руки и плечевым звеном второй руки для вращающегося соединения, кроме того содержит два блока управления - плечевым звеном первой руки и плечевым звеном второй руки, два блока управления - основным звеном первой руки и основным звеном второй руки, два поворотных цилиндра, установленные соответственно на основных звеньях первой и второй руки связанные со своими блоками управления через подшипники с образованием вращающего сочленения.Known Chinese patent No. 108994821, published on 12/14/2018, which describes a SCARA manipulator with two hands, consisting of a control unit and a shoulder link assembly, in turn containing the first shoulder link of the first hand and the first shoulder link of the second hand, the front ends of which connected with the possibility of rotation along the first axis, the main link assembly, in turn containing the main link of the first hand and the main link of the second hand, the ends of which are also rotatably connected, while the shoulder link of the first hand is located above the shoulder link of the second hand and is equipped with a first gearbox connected to the first rotary cylinder, which is rigidly connected to the control unit, the second gearbox installed between the shoulder link of the first hand and the shoulder link of the second hand for a rotating connection, in addition, it contains two control units - the shoulder link of the first hand and the shoulder link of the second hand, two control unit - the main link of the first hand and the main link in the second hand, two pivoting cylinders installed respectively on the main links of the first and second arms are connected with their control units through bearings to form a rotating joint.

Недостатками данного устройства являются, то что блок управления (основание) расположено сверху, к нему снизу крепятся руки. Такая компоновка манипулятора может являться преимуществом в некоторых условиях рабочего использования манипулятора. Однако она усложняет процесс монтажа, обслуживания и ограничивает мобильность манипулятора. Если расположить основание такого робота снизу, а руки закрепить сверху, то большая часть рабочего пространства робота будет занята таким блоком-основанием. Привод с редуктором имеет увеличенные габариты по высоте и массу по сравнению с безредукторным приводом, что увеличивает общие габариты и массу. Внешний кабель-менеджмент от блоков управления увеличивает объем занимающий частями манипулятора. Повышает риск повреждения кабельных соединений. По описанию и прилагаемым чертежам видно, что кабель ограничивает диапазон вращающегося соединения первой оси, так как при работе происходит его скручивание. Тем самым манипулятор должен возвращаться в исходную позицию в обратном направлении, чтобы устранить скручивание кабеля. Это исключает возможность последовательной работы двух рук манипулятора в единой рабочей зоне по кругу в одном направлении.The disadvantages of this device are that the control unit (base) is located on top, hands are attached to it from below. This arrangement of the manipulator can be advantageous in some operating conditions of the manipulator. However, it complicates the process of installation, maintenance and limits the mobility of the manipulator. If you place the base of such a robot from below, and fix the arms from above, then most of the working space of the robot will be occupied by such a base block. The drive with the gearbox has increased dimensions in height and weight compared to the gearless drive, which increases the overall dimensions and weight. External cable management from the control units increases the volume of the manipulator parts. Increases the risk of damage to cable connections. From the description and the attached drawings, it can be seen that the cable limits the range of the rotary joint of the first axis, since it twists during operation. Thus, the manipulator must return to its original position in the opposite direction in order to eliminate the twisting of the cable. This excludes the possibility of sequential operation of two arms of the manipulator in a single working area in a circle in one direction.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа является двурукий SCSRA манипулятор Kawasaki «DuAro» от Kawasaki Robotics опубликованное на сайте в сети Internet по адресу: https://robotics.kawasaki.com/en1/products/robots/dual-arm-scara/duAro1/. Робот состоит из блока управления, основания, закрепленных на основании двух рук, каждая из которых имеет по два поворотных звена, две оси, обеспечивающие вращение в горизонтальной плоскости, вертикальное линейное звено с возможностью перемещения вверх - вниз, звено кисти обеспечивающие вращение в горизонтальной плоскости. Внешний гибкий кабель-канал с запасом по длине в форме петли, для обеспечения диапазона перемещения линейного звена.The closest analogue chosen as a prototype is the two-handed SCSRA manipulator Kawasaki "DuAro" from Kawasaki Robotics published on the Internet site at: https://robotics.kawasaki.com/en1/products/robots/dual-arm-scara/ duAro1 /. The robot consists of a control unit, a base, fixed on the base of two arms, each of which has two rotary links, two axes providing rotation in the horizontal plane, a vertical linear link with the ability to move up and down, a hand link providing rotation in the horizontal plane. External flexible cable channel with a loop-shaped headroom to ensure the range of movement of the linear link.

Недостатками данного двурукого манипулятора являются малый радиус рабочей зоны манипулятора, отсутствие непрерывной круговой последовательной работы двух рук, ограниченная степень свободы звена кисти. Линейное звено имеет малый диапазон перемещения - 150 мм. При увеличении радиуса рабочей зоны по такой схеме приведет к увеличению собственной массы манипулятора.The disadvantages of this two-handed manipulator are the small radius of the manipulator's working area, the absence of continuous circular sequential work of two hands, and the limited degree of freedom of the hand link. The linear link has a small travel range of 150 mm. With an increase in the radius of the working area according to this scheme, it will lead to an increase in the own weight of the manipulator.

Технической задачей заявляемого технического решения является расширение эксплуатационных возможностей, обусловленное: обеспечением возможности неограниченного вращения двух рук по первой оси, расположенных соосно и работающих в единой рабочей зоне; увеличение радиуса рабочей зоны при относительно малой массе устройства; упрощение схемы привода, отсутствие внешнего размещения кабелей питания и управления, ограничивающих перемещение звеньев; освобождение внутреннего пространства звеньев от присутствия в схеме привода элементов трансмиссий, таких как понижающие редукторы, ременные и цепные передачи (это пространство может быть использовано для применения в несущей системе внутренних конструктивных элементов замкнутого многоконтурного и многокамерного сечения с уменьшением габаритов поперечного сечения звеньев); обеспечение независимости кинематики привода линейной оси и горизонтальной оси поворота кисти.The technical task of the proposed technical solution is to expand the operational capabilities due to: ensuring the possibility of unlimited rotation of two arms along the first axis, located coaxially and working in a single working area; increasing the radius of the working area with a relatively low mass of the device; simplification of the drive circuit, lack of external placement of power and control cables limiting the movement of the links; freeing the internal space of the links from the presence of transmission elements in the drive circuit, such as reduction gears, belt and chain drives (this space can be used to use internal structural elements of a closed multi-circuit and multi-chamber section in the supporting system with a decrease in the dimensions of the cross-section of the links); ensuring the independence of the drive kinematics of the linear axis and the horizontal axis of rotation of the hand.

Указанный технический результат достигается тем, что манипулятор с двумя руками, содержащий внизу устройства основание с колонной, блок управления, две многозвенные руки, установленные соосно на единой первой оси, работающие в единой рабочей зоне, содержащие третье звено с линейным перемещением по вертикальной оси, двигатели, кабели питания и управления, согласно полезной модели, внешний габаритный диаметр колонны-опоры не превышает ширину первого звена руки, две многозвенные идентичные руки выполнены с пятью звеньями и пятью осями, приводы реализованы моментными двигателями, без понижающих редукторов, напрямую, при этом первый моментный двигатель установлен на первой оси, статор первого моментного двигателя закреплен на первой ступице, жестко связанной с колонной-опорой, ротор первого моментного двигателя закреплен на первом валу, жестко связанным с первым звеном, второй моментный двигатель установлен на второй оси, статор второго моментного двигателя закреплен на второй ступице, жестко связанной с первым звеном, ротор второго моментного двигателя закреплен на втором валу, жестко связанным со вторым звеном, третье звено с линейным перемещением по вертикальной оси приводится в движение третьим моментным двигателем через реечную передачу, при этом статор третьего моментного двигателя закреплен на третьей ступице, жестко связанной со вторым звеном, ротор третьего моментного двигателя закреплен на третьем валу, жестко связанным с внешним зубчатым венцом реечной передачи, несущий элемент третьего звена выполнен тонкостенным профилем из алюминиевого сплава, в опорах третьего звена установлены легкие подшипники скольжения из полимерно-композиционных материалов, четвертый моментный двигатель установлен на четвертой оси, статор четвертого моментного двигателя закреплен на четвертой ступице, жестко связанной с третьим звеном, ротор четвертого моментного двигателя закреплен на четвертом валу жестко связанным с четвертым звеном, пятый моментный двигатель установлен на пятой оси, статор пятого моментного двигателя закреплен на пятой ступице, жестко связанной с четвертым звеном, ротор пятого моментного двигателя закреплен на пятом валу, жестко связанным с пятым звеном, образующие кисть четвертое и пятое звенья обеспечивают возможность вращения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом направление вращения кисти в горизонтальной плоскости при одновременном перемещении линейного звена может меняться в любом направлении, все кабельные линии выполнены внутренним размещением, на первой оси каждой руки установлено по одному вращающемуся контактному устройству, при этом статор вращающегося контактного устройства закреплен на первой ступице, ротор вращающегося контактного устройства закреплен на первом валу, жестко связанным с первым звеном, система намотки кабеля катушкой расположена на единой оси привода реечной передачи и жестко связана с валом, при этом диаметр петли намотки равен делительному диаметру внешнего зубчатого венца.The specified technical result is achieved by the fact that a manipulator with two hands, containing at the bottom of the device a base with a column, a control unit, two multi-link arms mounted coaxially on a single first axis, operating in a single working area, containing a third link with linear movement along the vertical axis, motors , power and control cables, according to the utility model, the outer overall diameter of the support column does not exceed the width of the first link of the arm, two multi-link identical arms are made with five links and five axes, drives are realized by torque motors, without reduction gearboxes, directly, with the first torque the motor is installed on the first axis, the stator of the first torque motor is fixed on the first hub rigidly connected to the column-support, the rotor of the first torque motor is fixed on the first shaft rigidly connected to the first link, the second torque motor is mounted on the second axis, the stator of the second torque motor is fixed on the second hub, gesture connected to the first link, the rotor of the second torque motor is fixed on the second shaft rigidly connected to the second link, the third link with linear movement along the vertical axis is driven by the third torque motor through the rack and pinion, while the stator of the third torque motor is fixed on the third hub, rigidly connected to the second link, the rotor of the third torque motor is fixed on the third shaft, rigidly connected to the outer gear rim of the rack and pinion, the bearing element of the third link is made of a thin-walled profile of aluminum alloy, light plain bearings made of polymer-composite materials are installed in the supports of the third link, the fourth the torque motor is installed on the fourth axis, the stator of the fourth torque motor is fixed on the fourth hub rigidly connected to the third link, the rotor of the fourth torque motor is fixed on the fourth shaft rigidly connected to the fourth link, the fifth torque motor is mounted on the fifth axis and, the stator of the fifth torque motor is fixed on the fifth hub rigidly connected to the fourth link, the rotor of the fifth torque motor is fixed on the fifth shaft rigidly connected to the fifth link, the fourth and fifth links forming the brush provide the possibility of rotation in the horizontal and vertical planes, while the direction rotation of the hand in the horizontal plane with the simultaneous movement of the linear link can change in any direction, all cable lines are made internally, one rotating contact device is installed on the first axis of each hand, while the stator of the rotating contact device is fixed on the first hub, the rotor of the rotating contact device is fixed on the first shaft, rigidly connected to the first link, the cable winding system with a coil is located on a single axis of the rack and pinion drive and is rigidly connected to the shaft, while the diameter of the winding loop is equal to the pitch diameter of the outer gear rim.

За счет того, что внешний габаритный диаметр колонны-опоры не превышает ширину первого звена руки, две многозвенные идентичные руки выполнены с пятью звеньями и пятью осями, приводы реализованы моментными двигателями, без понижающих редукторов, напрямую, при этом первый моментный двигатель установлен на первой оси, статор первого моментного двигателя закреплен на первой ступице, жестко связанной с колонной-опорой, ротор первого моментного двигателя закреплен на первом валу, жестко связанным с первым звеном, второй моментный двигатель установлен на второй оси, статор второго моментного двигателя закреплен на второй ступице, жестко связанной с первым звеном, ротор второго моментного двигателя закреплен на втором валу, жестко связанным со вторым звеном, третье звено с линейным перемещением по вертикальной оси приводится в движение третьим моментным двигателем через реечную передачу, при этом статор третьего моментного двигателя закреплен на третьей ступице, жестко связанной со вторым звеном, ротор третьего моментного двигателя закреплен на третьем валу, жестко связанным с внешним зубчатым венцом реечной передачи, несущий элемент третьего звена выполнен тонкостенным профилем из алюминиевого сплава, в опорах третьего звена установлены легкие подшипники скольжения из полимерно-композиционных материалов, четвертый моментный двигатель установлен на четвертой оси, статор четвертого моментного двигателя закреплен на четвертой ступице, жестко связанной с третьим звеном, ротор четвертого моментного двигателя закреплен на четвертом валу жестко связанным с четвертым звеном, пятый моментный двигатель установлен на пятой оси, статор пятого моментного двигателя закреплен на пятой ступице, жестко связанной с четвертым звеном, ротор пятого моментного двигателя закреплен на пятом валу, жестко связанным с пятым звеном, образующие кисть четвертое и пятое звенья обеспечивают возможность вращения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом направление вращения кисти в горизонтальной плоскости при одновременном перемещении линейного звена может меняться в любом направлении, все кабельные линии выполнены внутренним размещением, на первой оси каждой руки установлено по одному вращающемуся контактному устройству, при этом статор вращающегося контактного устройства закреплен на первой ступице, ротор вращающегося контактного устройства закреплен на первом валу, жестко связанным с первым звеном, система намотки кабеля катушкой расположена на единой оси привода реечной передачи и жестко связана с валом, при этом диаметр петли намотки равен делительному диаметру внешнего зубчатого венца, расширяются эксплуатационные возможности, обусловленные: обеспечением возможности неограниченного вращения двух рук по первой оси, расположенных соосно и работающих в единой рабочей зоне; увеличение радиуса рабочей зоны при относительно малой массе устройства; упрощение схемы привода, отсутствие внешнего размещения кабелей питания и управления, ограничивающих перемещение звеньев; освобождение внутреннего пространства звеньев от присутствия в схеме привода элементов трансмиссий, таких как понижающие редукторы, ременные и цепные передачи (это пространство может быть использовано для применения в несущей системе внутренних конструктивных элементов замкнутого многоконтурного и многокамерного сечения с уменьшением габаритов поперечного сечения звеньев); обеспечение независимости кинематики привода линейной оси и горизонтальной оси поворота кисти.Due to the fact that the outer overall diameter of the support column does not exceed the width of the first link of the arm, two multi-link identical arms are made with five links and five axles, the drives are realized by torque motors, without reduction gears, directly, while the first torque motor is installed on the first axle , the stator of the first torque motor is fixed on the first hub rigidly connected to the column-support, the rotor of the first torque motor is fixed on the first shaft rigidly connected to the first link, the second torque motor is mounted on the second axis, the stator of the second torque motor is fixed on the second hub, rigidly connected with the first link, the rotor of the second torque motor is fixed on the second shaft, rigidly connected with the second link, the third link with linear movement along the vertical axis is driven by the third torque motor through the rack and pinion, while the stator of the third torque motor is fixed on the third hub, rigidly associated with the second link ohm, the rotor of the third torque motor is fixed on the third shaft, rigidly connected to the outer gear rim of the rack and pinion, the bearing element of the third link is made of a thin-walled profile of aluminum alloy, lightweight plain bearings made of polymer-composite materials are installed in the supports of the third link, the fourth torque motor is mounted on the fourth axis, the stator of the fourth torque motor is fixed on the fourth hub rigidly connected to the third link, the rotor of the fourth torque motor is fixed on the fourth shaft rigidly connected to the fourth link, the fifth torque motor is mounted on the fifth axis, the stator of the fifth torque motor is fixed on the fifth hub, rigidly connected with the fourth link, the rotor of the fifth torque motor is fixed on the fifth shaft, rigidly connected to the fifth link, the fourth and fifth links forming the brush provide the possibility of rotation in the horizontal and vertical planes, while the direction of rotation of the brush is horizontal th plane with the simultaneous movement of the linear link can change in any direction, all cable lines are made internally, one rotating contact device is installed on the first axis of each arm, while the stator of the rotating contact device is fixed on the first hub, the rotor of the rotating contact device is fixed on the first to the shaft rigidly connected to the first link, the cable winding system with a coil is located on a single axis of the rack and pinion drive and is rigidly connected to the shaft, while the winding loop diameter is equal to the pitch diameter of the outer ring gear, the operational capabilities are expanded due to: ensuring the possibility of unlimited rotation of two hands along the first axis, located coaxially and working in a single working area; increasing the radius of the working area with a relatively low mass of the device; simplification of the drive circuit, lack of external placement of power and control cables limiting the movement of the links; freeing the internal space of the links from the presence of transmission elements in the drive circuit, such as reduction gears, belt and chain drives (this space can be used to use internal structural elements of a closed multi-circuit and multi-chamber section in the supporting system with a decrease in the dimensions of the cross-section of the links); ensuring the independence of the drive kinematics of the linear axis and the horizontal axis of rotation of the hand.

Манипулятор SCARA с двумя руками обладает новизной, отличаясь от прототипа перечисленными выше признаками, и обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата.The SCARA manipulator with two hands possesses novelty, differing from the prototype by the features listed above, and ensures the achievement of the technical result seen by the applicant.

Сущность предлагаемого манипулятора SCARA с двумя руками поясняется чертежами, где представлены:The essence of the proposed SCARA manipulator with two arms is illustrated by drawings, which show:

на фиг. 1 - общий вид манипулятора SCARA с двумя руками;in fig. 1 is a general view of a SCARA manipulator with two arms;

на фиг. 2 - то же, вид сверху манипулятора SCARA с двумя руками;in fig. 2 is the same, top view of the SCARA manipulator with two arms;

на фиг. 3 - то же сечение А-А манипулятора SCARA с двумя руками;in fig. 3 - the same section A-A of the SCARA manipulator with two arms;

на фиг. 4 - то же, манипулятора SCARA с двумя руками вид Б (узел первой оси);in fig. 4 - the same, of the SCARA manipulator with two arms, view B (node of the first axis);

на фиг. 5 - то же, манипулятора SCARA с двумя руками вид В (узел второй оси);in fig. 5 - the same, SCARA manipulator with two arms, view B (node of the second axis);

на фиг. 6 - то же, манипулятора SCARA с двумя руками вид Г (узел третьей оси);in fig. 6 - the same, of the SCARA manipulator with two arms, view G (node of the third axis);

на фиг. 7 - то же, манипулятора SCARA с двумя руками сечение Д-Д (узел привода реечной передачи и системы намотки кабеля);in fig. 7 - the same, SCARA manipulator with two arms, section D-D (rack and pinion drive unit and cable winding system);

на фиг. 8 - то же, манипулятора SCARA с двумя руками вид Е (узел четвертой и пятой осей (кисть).in fig. 8 - the same, of the SCARA manipulator with two arms, view E (node of the fourth and fifth axes (hand).

Манипулятор с двумя руками, содержащий основание 1, блок управления 2, две идентичные многозвенные руки 3, установленные соосно на единой первой оси 4, работающие в единой рабочей зоне 5, содержащие третье звено 6 с линейным перемещением по вертикальной оси 7, двигатели 8, 9, 10, 11, 12, кабели питания и управления 13, основание 1 расположено внизу устройства, на котором установлена колонна-опора 14, внешний габаритный диаметр которой не превышает ширину первого звена 16 руки 3, две многозвенные руки 3 выполнены с пятью звеньями 16, 17, 6, 18, 19 и пятью осями 4, 20, 7, 21, 22, руки по своему устройству идентичны, приводы реализованы моментными двигателями, без понижающих редукторов, напрямую, при этом первый моментный двигатель 8 установлен на первой оси 4, статор 23 первого моментного двигателя 8 закреплен на первой ступице 24, жестко связанной с колонной-опорой 14, ротор 25 первого моментного двигателя 8 закреплен на первом валу 26, жестко связанным с первым звеном 16, второй моментный двигатель 9 установлен на второй оси 20, статор 27 второго моментного двигателя 9 закреплен на второй ступице 28, жестко связанной с первым звеном 16, ротор 29 второго моментного двигателя 9 закреплен на втором валу 30, жестко связанным со вторым звеном 17, третье звено 6 с линейным перемещением по вертикальной оси 7 приводится в движение третьим моментным двигателем 10 через реечную передачу 31, при этом статор третьего моментного двигателя 32 закреплен на третьей ступице 33, жестко связанной со вторым звеном 17, ротор 34 третьего моментного двигателя 10 закреплен на третьем валу 35, жестко связанным с внешним зубчатым венцом 36 реечной передачи 31, несущий элемент 37 третьего звена 6 выполнен тонкостенным профилем из алюминиевого сплава, в опорах третьего звена 6 установлены легкие подшипники скольжения 38 из полимерно-композиционных материалов, четвертый моментный двигатель И установлен на четвертой оси 21, статор 39 четвертого моментного двигателя 11 закреплен на четвертой ступице 40, жестко связанной с третьим звеном 6, ротор четвертого моментного двигателя 41 закреплен на четвертом валу 42, жестко связанным с четвертым звеном 18, пятый моментный двигатель 12 установлен на пятой оси 22, статор 43 пятого моментного двигателя 12 закреплен на пятой ступице 44, жестко связанной с четвертым звеном 18, ротор 45 пятого моментного двигателя 12 закреплен на пятом валу 46, жестко связанным с пятым звеном 19, образующие кисть 47 четвертое 18 и пятое 19 звенья обеспечивают возможность вращения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом вращение кисти 47 в горизонтальной плоскости при одновременном перемещении линейного звена 6 может меняться в любом направлении, все кабели питания и управления 13 выполнены внутренним размещением, на первой оси 4 каждой руки 3 установлено по одному вращающемуся контактному устройству 48, при этом, статор 49 вращающегося контактного устройства 48 закреплен на первой ступице 24, ротор 50 вращающегося контактного устройства 48 закреплен на первом валу 26, жестко связанным с первым звеном 16, вращающееся контактное устройство 48 исключает скручивание кабелей питания и управления 13 при прохождении через первую ось 4, система намотки кабеля катушкой 51 расположена на оси привода 52 реечной передачи 31 и жестко связанна с валом 35, при этом диаметр петли намотки равен делительному диаметру внешнего зубчатого венца 36.A manipulator with two arms, containing a base 1, a control unit 2, two identical multi-link arms 3, mounted coaxially on a single first axis 4, operating in a single working area 5, containing a third link 6 with linear movement along a vertical axis 7, motors 8, 9 , 10, 11, 12, power and control cables 13, the base 1 is located at the bottom of the device, on which a support column 14 is installed, the outer overall diameter of which does not exceed the width of the first link 16 of the arm 3, two multi-link arms 3 are made with five links 16, 17, 6, 18, 19 and five axes 4, 20, 7, 21, 22, the arms are identical in design, the drives are implemented by torque motors, without reduction gears, directly, while the first torque motor 8 is installed on the first axis 4, the stator 23 of the first torque motor 8 is fixed on the first hub 24 rigidly connected to the column-support 14, the rotor 25 of the first torque motor 8 is fixed on the first shaft 26 rigidly connected to the first link 16, the second moment the second motor 9 is mounted on the second axis 20, the stator 27 of the second torque motor 9 is fixed on the second hub 28 rigidly connected to the first link 16, the rotor 29 of the second torque motor 9 is fixed on the second shaft 30 rigidly connected to the second link 17, the third link 6 with linear movement along the vertical axis 7 is driven by the third torque motor 10 through the rack and pinion gear 31, while the stator of the third torque motor 32 is fixed on the third hub 33 rigidly connected to the second link 17, the rotor 34 of the third torque motor 10 is fixed on the third shaft 35 rigidly connected with the external gear rim 36 of the rack and pinion 31, the bearing element 37 of the third link 6 is made of a thin-walled profile of aluminum alloy, light plain bearings 38 made of polymer-composite materials are installed in the supports of the third link 6, the fourth torque motor And is installed on the fourth axis 21 , the stator 39 of the fourth torque motor 11 is fixed on the fourth stup the body 40, rigidly connected to the third link 6, the rotor of the fourth torque motor 41 is fixed on the fourth shaft 42, rigidly connected to the fourth link 18, the fifth torque motor 12 is mounted on the fifth axis 22, the stator 43 of the fifth torque motor 12 is fixed on the fifth hub 44, rigidly connected to the fourth link 18, the rotor 45 of the fifth torque motor 12 is fixed on the fifth shaft 46, rigidly connected to the fifth link 19, the fourth 18 and fifth links 19 forming the brush 47 provide the possibility of rotation in the horizontal and vertical planes, while the rotation of the brush 47 in the horizontal plane with the simultaneous movement of the linear link 6 can change in any direction, all power and control cables 13 are made internally, one rotating contact device 48 is installed on the first axis 4 of each arm 3, while the stator 49 of the rotating contact device 48 is fixed on the first hub 24, the rotor 50 of the rotating contact device 48 for is attached to the first shaft 26, rigidly connected to the first link 16, the rotating contact device 48 prevents twisting of the power and control cables 13 when passing through the first axis 4, the cable winding system with a coil 51 is located on the axis of the drive 52 of the rack and pinion 31 and is rigidly connected to the shaft 35 , while the diameter of the winding loop is equal to the pitch diameter of the outer gear rim 36.

Работа манипулятора SCARA с двумя руками осуществляется следующим образом.The operation of the SCARA manipulator with two hands is as follows.

Блок управления 2 по кабелям питания и управления 13 управляет согласованным перемещением звеньев 16, 17, 6, 18, 19 по осям 4, 20, 7, 21, 22 двух многозвенных рук 3, последовательно или совместно, в единой рабочей зоне 5. Первый моментный двигатель 8, приводит в движение первое звено 16, вращением по первой оси 4. При этом, вращающееся контактное устройство 48 исключает скручивание кабелей питания и управления 13 при прохождении через первую ось 4 и обеспечивает неограниченный диапазон вращения по первой оси. Второй моментный двигатель 9 приводит в движение второе звено 17 вращением по второй оси 20. Третье звено 6 с линейным перемещением по вертикальной оси 7 приводится в движение третьим моментным двигателем 10 через реечную передачу 31. При этом, система намотки кабеля катушкой 51 обеспечивает единый размер по длине кабеля питания и управления 13 во всем диапазоне перемещения третьего звена 6 по вертикальной оси 7. Четвертый моментный двигатель 11 приводит в движение четвертое звено 18 вращением по четвертой оси 21. Пятый моментный двигатель 12, приводит в движение пятое звено 19 вращением по пятой оси 22.The control unit 2 through the power and control cables 13 controls the coordinated movement of links 16, 17, 6, 18, 19 along the axes 4, 20, 7, 21, 22 of two multi-link arms 3, sequentially or jointly, in a single working area 5. The first moment motor 8 drives the first link 16 by rotating along the first axis 4. At the same time, the rotating contact device 48 excludes twisting of the power and control cables 13 when passing through the first axis 4 and provides an unlimited range of rotation along the first axis. The second torque motor 9 drives the second link 17 by rotation along the second axis 20. The third link 6 with linear movement along the vertical axis 7 is driven by the third torque motor 10 through the rack and pinion gear 31. At the same time, the cable winding system with the coil 51 provides a uniform size along the the length of the power and control cable 13 over the entire range of movement of the third link 6 along the vertical axis 7. The fourth torque motor 11 drives the fourth link 18 by rotation along the fourth axis 21. The fifth torque motor 12 drives the fifth link 19 by rotation along the fifth axis 22 ...

В заявляемой полезной модели расширяются эксплуатационные возможности, обусловленные: обеспечением возможности неограниченного вращения двух рук по первой оси, расположенных соосно и работающих в единой рабочей зоне; увеличение радиуса рабочей зоны при относительно малой массе устройства; упрощение схемы привода, отсутствие внешнего размещения кабелей питания и управления, ограничивающих перемещение звеньев; освобождение внутреннего пространства звеньев от присутствия в схеме привода элементов трансмиссий, таких как понижающие редукторы, ременные и цепные передачи (это пространство может быть использовано для применения в несущей системе внутренних конструктивных элементов замкнутого многоконтурного и многокамерного сечения с уменьшением габаритов поперечного сечения звеньев); обеспечение независимости кинематики привода линейной оси и горизонтальной оси поворота кисти, за счет того, что у манипулятора с двумя руками внешний габаритный диаметр колонны-опоры не превышает ширину первого звена руки, две многозвенные идентичные руки выполнены с пятью звеньями и пятью осями, приводы реализованы моментными двигателями, без понижающих редукторов, напрямую, при этом первый моментный двигатель установлен на первой оси, статор первого моментного двигателя закреплен на первой ступице, жестко связанной с колонной-опорой, ротор первого моментного двигателя закреплен на первом валу, жестко связанным с первым звеном, второй моментный двигатель установлен на второй оси, статор второго моментного двигателя закреплен на второй ступице, жестко связанной с первым звеном, ротор второго моментного двигателя закреплен на втором валу, жестко связанным со вторым звеном, третье звено с линейным перемещением по вертикальной оси приводится в движение третьим моментным двигателем через реечную передачу, при этом статор третьего моментного двигателя закреплен на третьей ступице, жестко связанной со вторым звеном, ротор третьего моментного двигателя закреплен на третьем валу, жестко связанным с внешним зубчатым венцом реечной передачи, несущий элемент третьего звена выполнен тонкостенным профилем из алюминиевого сплава, в опорах третьего звена установлены легкие подшипники скольжения из полимерно-композиционных материалов, четвертый моментный двигатель установлен на четвертой оси, статор четвертого моментного двигателя закреплен на четвертой ступице, жестко связанной с третьим звеном, ротор четвертого моментного двигателя закреплен на четвертом валу, жестко связанным с четвертым звеном, пятый моментный двигатель установлен на пятой оси, статор пятого моментного двигателя закреплен на пятой ступице, жестко связанной с четвертым звеном, ротор пятого моментного двигателя закреплен на пятом валу, жестко связанным с пятым звеном, образующие кисть четвертое и пятое звенья обеспечивают возможность вращения в горизонтальной и вертикальной плоскостях, при этом направление вращения кисти в горизонтальной плоскости при одновременном перемещении линейного звена может меняться в любом направлении, все кабельные линии выполнены внутренним размещением, на первой оси каждой руки установлено по одному вращающемуся контактному устройству, при этом статор вращающегося контактного устройства закреплен на первой ступице, ротор вращающегося контактного устройства закреплен на первом валу, жестко связанным с первым звеном, вращающееся контактное устройство исключает скручивание кабелей питания и управления при прохождении через первую ось, система намотки кабеля катушкой расположена на единой оси привода реечной передачи и жестко связана с валом, при этом диаметр петли намотки равен делительному диаметру внешнего зубчатого венца.In the claimed utility model, the operational capabilities are expanded, due to: ensuring the possibility of unlimited rotation of two arms along the first axis, located coaxially and working in a single working area; increasing the radius of the working area with a relatively low mass of the device; simplification of the drive circuit, lack of external placement of power and control cables limiting the movement of the links; freeing the internal space of the links from the presence of transmission elements in the drive circuit, such as reduction gears, belt and chain drives (this space can be used to use internal structural elements of a closed multi-circuit and multi-chamber section in the supporting system with a decrease in the dimensions of the cross-section of the links); ensuring the independence of the kinematics of the drive of the linear axis and the horizontal axis of rotation of the hand, due to the fact that the external overall diameter of the support column for a manipulator with two arms does not exceed the width of the first link of the arm, two multi-link identical arms are made with five links and five axes, the drives are implemented with torque motors, without reduction gears, directly, while the first torque motor is installed on the first axis, the stator of the first torque motor is fixed on the first hub rigidly connected to the column-support, the rotor of the first torque motor is fixed on the first shaft rigidly connected to the first link, the second the torque motor is installed on the second axis, the stator of the second torque motor is fixed on the second hub rigidly connected to the first link, the rotor of the second torque motor is fixed on the second shaft rigidly connected to the second link, the third link with linear movement along the vertical axis is set in motion by the third moment engine through rack and pinion, while the stator of the third torque motor is fixed on the third hub, rigidly connected to the second link, the rotor of the third torque motor is fixed on the third shaft, rigidly connected to the outer gear rim of the rack and pinion, the bearing element of the third link is made of a thin-walled profile of aluminum alloy, in the supports of the third link are equipped with lightweight plain bearings made of polymer-composite materials, the fourth torque motor is mounted on the fourth axis, the stator of the fourth torque motor is fixed on the fourth hub, rigidly connected to the third link, the rotor of the fourth torque motor is fixed on the fourth shaft, rigidly connected to the fourth link , the fifth torque motor is installed on the fifth axis, the stator of the fifth torque motor is fixed on the fifth hub, rigidly connected to the fourth link, the rotor of the fifth torque motor is fixed on the fifth shaft, rigidly connected to the fifth link, the fourth and fifth links form the brush Provide the possibility of rotation in the horizontal and vertical planes, while the direction of rotation of the hand in the horizontal plane with the simultaneous movement of the linear link can change in any direction, all cable lines are made internally, one rotating contact device is installed on the first axis of each arm, while the stator the rotating contact device is fixed on the first hub, the rotor of the rotating contact device is fixed on the first shaft rigidly connected to the first link, the rotating contact device excludes twisting of the power and control cables when passing through the first axis, the cable winding system with a coil is located on a single axis of the rack and pinion drive and rigidly connected to the shaft, while the diameter of the winding loop is equal to the pitch diameter of the outer gear rim.

Claims

A manipulator with two arms, containing a base with a column-support at the bottom of the device, a control unit, two multi-link arms installed coaxially on a single first axis, working in a single working area, containing a third link with linear movement along the vertical axis, motors, power and control cables , characterized in that the outer overall diameter of the support column does not exceed the width of the first link of the arm, two multi-link identical arms are made with five links and five axles, the drives are implemented by torque motors, without reduction gears, directly, while the first torque motor is installed on the first axle , the stator of the first torque motor is fixed on the first hub rigidly connected to the column-support, the rotor of the first torque motor is fixed on the first shaft rigidly connected to the first link, the second torque motor is mounted on the second axis, the stator of the second torque motor is fixed on the second hub, rigidly connected with the first link, the rotor of the second moment motor is fixed on the second shaft rigidly connected with the second link, the third link with linear movement along the vertical axis is driven by the third torque motor through the rack and pinion, while the stator of the third torque motor is fixed on the third hub rigidly connected to the second link, the rotor of the third of the torque motor is fixed on the third shaft, rigidly connected with the outer gear rim of the rack and pinion, the bearing element of the third link is made of a thin-walled profile of aluminum alloy, lightweight sliding bearings made of polymer-composite materials are installed in the supports of the third link, the fourth torque motor is mounted on the fourth axis, the stator of the fourth torque motor is fixed on the fourth hub rigidly connected to the third link, the rotor of the fourth torque motor is fixed on the fourth shaft rigidly connected to the fourth link, the fifth torque motor is mounted on the fifth axis, the stator of the fifth torque motor is fixed on in the fifth hub, rigidly connected to the fourth link, the rotor of the fifth torque motor is fixed on the fifth shaft, rigidly connected to the fifth link, the fourth and fifth links forming the brush provide the possibility of rotation in the horizontal and vertical planes, while the direction of rotation of the brush in the horizontal plane while the movement of the linear link can change in any direction, all cable lines are made internally, one rotating contact device is installed on the first axis of each arm, while the stator of the rotating contact device is fixed on the first hub, the rotor of the rotating contact device is fixed on the first shaft, rigidly connected with the first link, the rotating contact device excludes twisting of the power and control cables when passing through the first axis, the cable winding system with a coil is located on a single axis of the rack and pinion drive and is rigidly connected to the shaft, while the diameter of the winding loop is equal to de the casting diameter of the outer gear rim.