RU2133188C1

RU2133188C1 - Straight guide precise mechanism of manipulator

Info

Publication number: RU2133188C1
Application number: RU98110098A
Authority: RU
Inventors: И.В. Дарда; В.А. Ткаченко; Д.А. Дровников
Original assignee: Шахтинский институт Новочеркасского государственного технического университета
Priority date: 1998-05-21
Filing date: 1998-05-21
Publication date: 1999-07-20

Abstract

FIELD: robotics, namely manipulators of robotized complexes for applying different coats onto flat surfaces. SUBSTANCE: slide is movably mounted in housing and it is jointly connected with one end of rocker arm. Roller is mounted in mean portion of rocker arm and it moves along guiding surface of stationary cam. Said surface is bent towards treated surface and it has radius R=a-d/2, where a is half-length of rocker arm, d is diameter of roller. Cam may have additional circular guiding surface for roller. End portions of said surface may be bent by the same radius as roller radius to side opposite relative to treated surface. EFFECT: simplified design of mechanism, increased range of rectilinear motion of point of terminal module of manipulator, possibility of manipulator motion along straight line passing through point outside of mechanism. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано в качестве манипулятора роботизированного комплекса для нанесения различных покрытий на плоские поверхности, в частности при нанесении штукатурных, малярных покрытий, а также при производстве монолитных полов в строительстве. The invention relates to robotics and can be used as a manipulator of a robotic complex for applying various coatings to flat surfaces, in particular when applying plaster, paint coatings, as well as in the production of monolithic floors in construction.

В последнее время в связи и роботизацией практически всех сфер деятельности человека с целью устранения наиболее сложных и трудоемких операций большое внимание уделяется автоматизации операций манипулирования, в частности операций воспроизведения точных прямолинейных движений выходного звена манипулятора (схватов, рабочего инструмента). В зависимости от выполняемых манипулятором технологических процессов к точности движения предъявляют различные требования. Так, для нанесения различных покрытий на плоские поверхности необходимо осуществлять точное прямолинейной движение рабочего органа манипулятора для получения ровного и гладкого покрытия. Recently, in connection with the robotization of almost all spheres of human activity in order to eliminate the most complex and labor-intensive operations, much attention has been paid to automation of manipulation operations, in particular, operations of reproducing the exact rectilinear movements of the manipulator's output link (grips, working tool). Depending on the technological processes performed by the manipulator, different requirements are imposed on the accuracy of the movement. So, for applying various coatings on flat surfaces, it is necessary to carry out an exact rectilinear movement of the manipulator's working body to obtain a smooth and even coating.

Для воспроизведения точной прямолинейной траектории точки конечного модуля манипулятора применяют прямолинейно-направляющие точные механизмы различных конструкций. Кинематические схемы этих механизмов разработаны таким образом, что воспроизводимая ими точная прямая проходит через точку, принадлежащую механизму, что, в свою очередь, ограничивает область их применения. To reproduce the exact rectilinear trajectory of the point of the final module of the manipulator, rectilinear-guiding precise mechanisms of various designs are used. The kinematic schemes of these mechanisms are designed in such a way that the exact straight line reproduced by them passes through a point belonging to the mechanism, which, in turn, limits the scope of their application.

Конструкции прямолинейно-направляющих точных механизмов манипулятора исчерпывающе представлены в [1]. The designs of the straight-guide precise mechanisms of the manipulator are exhaustively presented in [1].

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является прямолинейно-направляющий точный механизм, кинематическая схема которого приведена на рис. d, с.212 [1]. Данный механизм содержит ползун, размещенный в корпусе с возможностью перемещения, шарнирно связанное одним концом с ползуном коромысло и ролик, установленный с возможностью перемещения по направляющей поверхности кулачка. Closest to the claimed technical solution is a rectilinear-directing exact mechanism, the kinematic diagram of which is shown in Fig. d, p. 212 [1]. This mechanism comprises a slider located in the housing with the possibility of movement, pivotally connected at one end to the slider rocker and a roller mounted to move along the guide surface of the cam.

Данной конструкции, также как и другим используемым в манипуляторах прямолинейно-направляющим точным механизмам, присущ указанный выше недостаток, состоящий в том, что точная прямая траектория точки конечного модуля манипулятора проходит через точку, принадлежащую механизму манипулятора, что влечет за собой ограниченность диапазона прямолинейного движения. This design, as well as other rectilinear-directing exact mechanisms used in manipulators, has the above-mentioned drawback, namely, that the exact direct path of a point of the final module of the manipulator passes through a point belonging to the manipulator mechanism, which entails a limited range of rectilinear motion.

Задачами настоящего изобретения являются упрощение конструкции прямолинейно-направляющего точного механизма, увеличение диапазона прямолинейного движения точки конечного модуля манипулятора, а также осуществление возможности воспроизведения им точной прямой через точку, не принадлежащую собственно механизму. The objectives of the present invention are to simplify the design of the rectilinear guide exact mechanism, increase the range of rectilinear movement of the point of the final module of the manipulator, as well as making it possible to reproduce the exact line through a point that does not belong to the mechanism itself.

Указанные задачи достигаются тем, что в конструкцию устройства вводится кулачковый механизм с качающимся коромыслом. При этом один конец коромысла, на котором находится конечный модуль, продлен, а другой конец шарнирно закреплен на ползуне. Тем самым, точка соприкосновения манипулятора и обрабатываемой поверхности выносится за пределы механизма, а профиль кулачка, выполненный в виде криволинейной поверхности, изогнутой в сторону обрабатываемой поверхности, позволяет увеличить диапазон прямолинейного движения точки конечного модуля. Т.к. при достижении мертвой точки механизма, т.е. положения, когда коромысло находится на одной прямой с осью ползуна, под действием сил инерции коромысло продолжит свое движение. These tasks are achieved by the fact that a cam mechanism with a rocking beam is introduced into the design of the device. In this case, one end of the rocker arm, on which the final module is located, is extended, and the other end is pivotally mounted on the slider. Thus, the contact point of the manipulator and the work surface is moved outside the mechanism, and the cam profile, made in the form of a curved surface, curved towards the work surface, allows you to increase the range of rectilinear movement of the point of the final module. Because upon reaching the dead center of the mechanism, i.e. positions when the beam is on a straight line with the axis of the slider, under the action of inertia forces, the beam will continue to move.

Существенными отличиями предлагаемого изобретения являются:
- выполнение кулачка в форме круговой направляющей поверхности, имеющей радиус R = a - d/2, где a - половина длины коромысла, d - диаметр ролика, и изогнутой в сторону обрабатываемой поверхности;
- кулачок выполнен с дополнительной круговой направляющей поверхностью для перемещения ролика;
- круговая направляющая поверхность кулачка выполнена с концами, изогнутыми по радиусу, равному радиусу ролику, в сторону, противоположную обрабатываемой поверхности;
- ползун выполнен в виде механической системы: ходовой винт-гайка, связанной посредством зубчатой передачи с электродвигателем, а один конец коромысла соединен с вышеуказанной механической системой с помощью шарнира Гука, при этом коромысло выполнено с дополнительным роликом, смонтированным в его средней части, а кулачок - с дополнительной круговой направляющей поверхностью для перемещения дополнительного ролика, причем основная и дополнительная направляющие поверхности расположены между основным и дополнительным роликами.Significant differences of the invention are:
- the implementation of the cam in the form of a circular guide surface having a radius R = a - d / 2, where a is half the length of the rocker arm, d is the diameter of the roller, and curved towards the work surface;
- the cam is made with an additional circular guide surface for moving the roller;
- the circular guide surface of the cam is made with ends bent along a radius equal to the radius of the roller, in the direction opposite to the surface to be machined;
- the slider is made in the form of a mechanical system: a lead screw-nut connected by a gear transmission with an electric motor, and one end of the rocker arm is connected to the aforementioned mechanical system using the Hook hinge, while the rocker arm is made with an additional roller mounted in its middle part, and the cam - with an additional circular guide surface for moving the additional roller, and the primary and secondary guide surfaces are located between the primary and secondary rollers.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена кинематическая схема устройства для нанесения покрытий на плоские вертикальные поверхности. Устройство состоит из ползуна 1, перемещающегося по оси, направленной перпендикулярно к вертикальной обрабатываемой поверхности 2, коромысла 3, один конец которого закреплен на ползуне 1 с помощью шарнира, а другой конец представляет собой конечный модуль робота, перемещающийся параллельно обрабатываемой поверхности по точной прямой. В середине коромысла 3 закреплен ролик 4, опирающийся на круговую поверхность неподвижного кулачка 5, изогнутой в сторону обрабатываемой поверхности 2 радиусом R = a - d/2, где a - половина длины коромысла 3, d - диаметр ролика 4. The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 is a kinematic diagram of a device for coating flat vertical surfaces. The device consists of a slider 1 moving along an axis perpendicular to the vertical machined surface 2, a rocker arm 3, one end of which is fixed to the slider 1 using a hinge, and the other end is the final module of the robot, moving parallel to the machined surface in an exact straight line. In the middle of the rocker arm 3, a roller 4 is fixed, resting on a circular surface of the fixed cam 5, curved towards the work surface 2 with a radius R = a - d / 2, where a is half the length of the rocker 3, d is the diameter of the roller 4.

Работает прямолинейно-направляющий точный механизм манипулятора следующим образом. При перемещении ползуна 1 вдоль оси, перпендикулярной обрабатываемой поверхности 2, коромысло 3 перемещается в плоскости чертежа, описывая своими концами прямые, перпендикулярные друг другу. Ролик 4, находящийся в середине коромысла 3, будет перемещаться воль кулачка 5. При условии, что ролик 4 плотно прижат к кулачку 5, незакрепленный конец коромысла 3 будет описывать точную прямую, параллельную обрабатываемой поверхности 2. При достижении мертвой точки механизма, т.е. когда коромысло 3 будет находиться на прямой, перпендикулярной обрабатываемой поверхности, ролик 4 под действием сил инерции продолжит свое движение. Тем самым, диапазон прямолинейного движения увеличится вдвое. The rectilinear-directing precise mechanism of the manipulator works as follows. When moving the slider 1 along an axis perpendicular to the work surface 2, the beam 3 moves in the plane of the drawing, describing with its ends straight, perpendicular to each other. The roller 4, located in the middle of the rocker arm 3, will move the cam 5. The roller 4 is firmly pressed against the cam 5, the loose end of the rocker arm 3 will describe the exact straight line parallel to the machined surface 2. When the mechanism reaches the dead point, i.e. . when the beam 3 will be on a straight, perpendicular to the machined surface, the roller 4 under the action of inertia will continue its movement. Thus, the range of rectilinear motion will double.

Кроме того, предлагается три варианта конструктивного исполнения заявляемого прямолинейно-направляющего механизма. In addition, there are three options for the design of the inventive linear guide mechanism.

На фиг. 2 показана конструктивная разновидность описанного механизма, имеющая кулачок 5, который имеет дополнительную круговую направляющую поверхность для перемещения ролика 4. In FIG. 2 shows a structural variant of the described mechanism, having a cam 5, which has an additional circular guide surface for moving the roller 4.

Работает механизм аналогично вышеописанному. The mechanism works similarly to the above.

На фиг. 3 представлен прямолинейно-направляющий точный механизм манипулятора, позволяющий наносить покрытия на плоские горизонтальные поверхности. Данный механизм состоит из ползуна 1, перемещающегося по оси, перпендикулярной плоскости горизонтальной обрабатываемой поверхности 2, коромысла 3, один конец которого шарнирно закреплен на ползуне 1, а на другом находится конечный модуль. В середине коромысла 3 закреплен ролик 4, который перемещается по кулачку 5. Кулачок 5 представляет собой направляющую, изогнутую в сторону обрабатываемой поверхности 2, в концы направляющей загнуты в обратном направлении на радиус, равный радиусу ролика 4, для предотвращения соскальзывания ролика с поверхности кулачка 5. In FIG. Figure 3 shows the rectilinear guiding precise mechanism of the manipulator, which allows coating on flat horizontal surfaces. This mechanism consists of a slider 1, moving along an axis perpendicular to the plane of the horizontal work surface 2, rocker 3, one end of which is pivotally mounted on slider 1, and on the other is the final module. In the middle of the rocker arm 3, a roller 4 is fixed, which moves along the cam 5. The cam 5 is a guide curved towards the work surface 2, at the ends of the guide are bent in the opposite direction by a radius equal to the radius of the roller 4, to prevent the roller from sliding off the surface of the cam 5 .

Работает данный механизм аналогично вышеописанному механизму, показанному на фиг. 1, но ролик 4 будет скользить и перекатываться по одной направляющей кулачка 5. This mechanism works similarly to the above mechanism shown in FIG. 1, but the roller 4 will slide and roll along the same cam guide 5.

На фиг. 4 представлен прямолинейно-направляющий точный механизм манипулятора, включающий в себя механическую систему ходовой винт 4 - гайка 3. Гайка 3 кинематически связана через зубчатую передачу 2 с электродвигателем 1, а ходовой винт 4 с помощью шарнира Гука 5 сообщен с одним концом коромысла 6. На другом незакрепленном конце коромысла находится конечный модуль манипулятора. В середине коромысла 6 закреплены два ролика 7 и 8, которые охватывают с двух сторон поверхность кулачка 9. Кулачок 9 представляет собой направляющую, изогнутую в сторону обрабатываемой поверхности 10. In FIG. Figure 4 shows the rectilinear-directing precise mechanism of the manipulator, which includes the mechanical system of the spindle 4 - nut 3. The nut 3 is kinematically connected through a gear 2 with an electric motor 1, and the spindle 4 is connected to one end of the rocker arm 6 using the Hook 5 joint. the other loose end of the beam is the final module of the manipulator. In the middle of the rocker arm 6 are fixed two rollers 7 and 8, which cover on both sides the surface of the cam 9. The cam 9 is a guide curved towards the work surface 10.

Работает устройство следующим образом. При включении двигателя 1 вращение через зубчатую передачу 2 передается гайке 3. При этом винт 4 начинает вывинчиваться, передавая тем самым с помощью шарнира Гука 5 коромыслу 6 качательное движение. Ролики 7 и 8 перемещаются по соответствующим поверхностям кулачка 9. Концы коромысла 6 при его перемещении описывают прямые, перпендикулярные друг другу. При условии плотного прижатия роликов 7 и 8 к кулачку 9 незакрепленный конец коромысла 6, на котором находится конечный модуль, будет описывать точную прямую, параллельную обрабатываемой поверхности, лежащей вне конструкции механизма. The device operates as follows. When you turn on the engine 1, the rotation through the gear 2 is transmitted to the nut 3. In this case, the screw 4 begins to be unscrewed, thereby transmitting the rocking movement using the Hook 5 hinge 5. The rollers 7 and 8 move along the corresponding surfaces of the cam 9. The ends of the rocker 6 when moving it describe straight, perpendicular to each other. Provided that the rollers 7 and 8 are pressed tightly against the cam 9, the loose end of the rocker arm 6, on which the final module is located, will describe the exact straight line parallel to the machined surface lying outside the mechanism structure.

Claims

1. A rectilinear-directing precise mechanism of the manipulator, comprising a slide located in the housing with the ability to move, a rocker arm pivotally connected at one end to the slide and a roller mounted to move along the guide surface of the cam, characterized in that the roller is mounted in the middle part of the rocker arm and the cam mounted motionless and made with a circular guide surface having a radius R = a - d / 2, where a is half the length of the rocker arm, d is the diameter of the roller, and curved towards the work surface.

2. The mechanism according to claim 1, characterized in that the cam is made with an additional circular guide surface for moving the roller.

3. The mechanism according to claim 1, characterized in that the circular guide surface of the cam is made with ends bent along a radius equal to the radius of the roller, in the direction opposite to the surface being machined.

4. The mechanism according to claim 1, characterized in that the slider is made in the form of a mechanical screw-nut system, connected by a gear transmission with an electric motor, and one end of the rocker arm is connected to the aforementioned mechanical system using the Hook hinge, while the rocker arm is made with an additional a roller mounted in its middle part, and the cam with an additional circular guide surface for moving the additional roller, and the main and additional guide surfaces are located between the main m and additional rollers.