RU2502592C2

RU2502592C2 - Gripper

Info

Publication number: RU2502592C2
Application number: RU2012113094/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Павлович Лукинов; Алексей Николаевич Сыромятин
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2013-12-27
Also published as: RU2012113094A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to robotics, particularly, to grippers of industrial robots and medical hardware, e.g. artificial hands, controlled artificial hands. Gripper comprises bed 1 with drive, system of identical-design interconnected links 4 with rotary shafts and rope-driven means 5 of said drive coupled with bed drive. Note here that said links 4 are interconnected to allow independent turn. Note also that initial link is secured at bed 1 to turn relative thereabout. Every said link 4 is furnished with pulley 7, cylindrical supports 6, means to lock and transmit rotation thereto composed of electromagnetic couplings fitted on rotary shaft. Rope-drive means 5 represents a closed-circuit eight-shaped pattern arranged with interference and surrounding support elements 6 and pulley 7 of every link.

EFFECT: decreased number of used drives.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области робототехники, а именно к захватным устройствам, и к медицинской технике - к искусственным кистям (управляемым протезам кистей рук). Может использоваться в конструкциях манипуляторов промышленных роботов, а также в конструкциях роботов различного назначения, или как протез кисти руки при установке необходимой системы очувствления и обратной связи.The invention relates to the field of robotics, namely to gripping devices, and to medical equipment - to artificial hands (controlled prostheses of the hands). It can be used in constructions of manipulators of industrial robots, as well as in constructions of robots for various purposes, or as a prosthesis of a hand when installing the necessary sensing and feedback system.

Из уровня техники известна механическая кисть, содержащая основание, искусственные пальцы, образованные шарнирно соединенными пустотелыми звеньями, тросы для сжимания искусственных пальцев в кулак и возвратные пружинки для выпрямления искусственных пальцев (Патент RU №2245120, А61F 2/56, 2002).A mechanical brush comprising a base, artificial fingers formed by articulated hollow links, cables for clenching artificial fingers into a fist, and return springs for straightening artificial fingers are known from the prior art (Patent RU No. 22515120, A61F 2/56, 2002).

Недостатком известного устройства является его низкая функциональность, вследствие малого количество степеней подвижностей, отсутствия управляемого независимого движения звеньев относительно друг друга и относительно основания, а также поддерживание тросов в натянутом состоянии для обеспечения фиксации звеньев в заданном положении.A disadvantage of the known device is its low functionality, due to the small number of degrees of mobility, the lack of controlled independent movement of the links relative to each other and relative to the base, as well as maintaining the cables in tension to ensure the fixation of the links in a given position.

Наиболее близким решением по технической сути и достигаемому результату является устройство для захватывания материальных объектов, включающее основание с приводом и систему конструктивно идентичных последовательно связанных между собой звеньев с поворотными валами, при этом они соединены с возможностью независимого поворота относительно друг друга, а начальное звено закреплено на основании с возможностью поворота относительно него, а также тросоприводные средства звеньев, соединенные с приводами на основании, и возвратные пружинки для разжимания пальцев (Патент GB №2386886, B25J 15/00, A61F 2/58, 2002).The closest solution in technical essence and the achieved result is a device for capturing material objects, including a base with a drive and a system of structurally identical successively connected links with rotary shafts, while they are connected with the possibility of independent rotation relative to each other, and the initial link is fixed to the base with the possibility of rotation relative to it, as well as the cable means of the links connected to the drives on the base, and return springs and for unclamping fingers (Patent GB №2386886, B25J 15/00, A61F 2/58, 2002).

Недостатком известного устройства является наличие большого количество приводов, предназначенных для поворота звеньев, и невозможность силового управления движениями звеньев при их разгибании, поддерживание тросов в натянутом состоянии для обеспечения нахождения звеньев в заданном положении.A disadvantage of the known device is the presence of a large number of drives designed to rotate the links, and the inability to force control the movements of the links when they are unbent, maintaining the cables in tension to ensure that the links are in a predetermined position.

В основу заявленного устройства был положен следующий технический результат - создание устройства, конструкция которого позволит расширить его функциональные возможности посредством сохранения кинематической избыточности устройства при упрощении его системы управления за счет уменьшения количества приводов.The claimed technical device was based on the following technical result - the creation of a device whose design will expand its functionality by preserving the kinematic redundancy of the device while simplifying its control system by reducing the number of drives.

Поставленный технический результат решается посредством того, что в захватном устройстве, включающем основание с приводом, систему конструктивно идентичных, последовательно связанных между собой, звеньев с поворотными валами и тросоприводное средство звеньев, соединенное с приводом основания, при этом звенья связаны между собой с возможностью независимого поворота, причем начальное звено закреплено на основании с возможностью поворота относительно него, согласно изобретению, каждое звено снабжено шкивом, цилиндрическими опорными элементами, средством фиксации и средством передачи ему управляемого независимого вращения, выполненными в виде электромагнитных муфт, установленных на поворотном валу, при этом тросоприводное средство звеньев выполнено замкнутым и установлено в виде «восьмерки» с натягом и охватом цилиндрических опорных элементов и шкива каждого звена.The technical result is solved by the fact that in the gripping device, including the base with the drive, a system of structurally identical, connected in series with each other, links with rotary shafts and cable drive means links connected to the base drive, while the links are interconnected with the possibility of independent rotation moreover, the initial link is fixed on the base with the possibility of rotation relative to it, according to the invention, each link is equipped with a pulley, cylindrical supporting e ementami, fixing means and transmission means he managed independent rotation, made in the form of electromagnetic clutches mounted on the rotary shaft, wherein the tool units trosoprivodnoe holds closed and placed in an "eight" with interference and coverage of cylindrical support elements and the pulley of each link.

Изобретение поясняется графическими материалами, где наThe invention is illustrated by graphic materials, where

фиг.1 изображена общая схема устройства для захватывания материальных объектов;figure 1 shows a General diagram of a device for capturing material objects;

фиг.2 изображена общая схема узла сочленения звеньев;figure 2 shows a General diagram of the node articulation of links;

фиг.3 изображен пример устройства для захватывания материальных объектов в виде антропоморфного захватного устройства;figure 3 shows an example of a device for capturing material objects in the form of an anthropomorphic gripping device;

фиг.4 изображен узел сочленения звеньев антропоморфного захватного устройства.figure 4 shows the site of the articulation of the links of the anthropomorphic gripping device.

На основании 1, закреплен привод, представляющий собой электродвигатель 2, плоский многозвенный исполнительный механизм 3, образованный шарнирно соединенными звеньями 4 и соединенный тросоприводным средством 5 звеньев 4, который протянут внутри звеньев 4 через систему 6 цилиндрических опорных элементов и шкивов 7, для управляемого независимого вращения звеньев 4. Звенья 4 выполнены с возможностью управляемого поворота в одном направлении I и управляемого возврата в начальное разомкнутое положение II (фиг.1). Каждое звено 4 вращается вместе с жестко закрепленным на нем поворотным валом 8 (фиг.2). В каждом звене 4 на поворотном валу 8 закреплены средство 9 фиксации и средство 10 передачи управляемого независимого вращения звену с возможностью их смещения вдоль поворотного вала 8 в направлениях III и IV. На каждом звене 4 установлен датчик 11 угла поворота.On the base 1, a drive is mounted, which is an electric motor 2, a flat multi-link actuator 3, formed by pivotally connected links 4 and connected by cable-driving means 5 of links 4, which is stretched inside links 4 through a system of 6 cylindrical support elements and pulleys 7, for controlled independent rotation links 4. Links 4 are made with the possibility of controlled rotation in one direction I and controlled return to the initial open position II (figure 1). Each link 4 rotates with a rotary shaft 8 rigidly fixed on it (Fig. 2). In each link 4 on the rotary shaft 8 are fixed means 9 of fixation and means 10 for transmitting controlled independent rotation of the link with the possibility of their displacement along the rotary shaft 8 in directions III and IV. At each link 4, a rotation angle sensor 11 is installed.

Каждое звено плоского многозвенного исполнительного механизма устройства для захватывания материальных объектов работает следующим образом.Each link of a flat multi-link actuator of a device for capturing material objects works as follows.

В начале рабочего цикла звено 4 плоского многозвенного исполнительного механизма 3 находится в начальном разомкнутом положении II. Средство 10 передачи управляемого независимого вращения звену и средство 9 фиксации отключены. Устройство для захватывания материальных объектов перемещается к объекту захватывания, и на определенном расстоянии от него средства 9 фиксации стопорит звено 4. Электродвигатель 2 приводит во вращение тросоприводное средство 5 звеньев 4. Для перемещения звена 4 на заданный угол средство 10 передачи управляемого независимого вращения звену входит в зацепление со шкивом 7. Средство 9 фиксации выходит из зацепления с корпусом 12 предыдущего звена, тем самым передавая вращательное движение звену 4. При достижении заданного угла поворота, средство 9 фиксации стопорит звено 4. Вращение звена 4 останавливается, средство 10 передачи управляемого независимого вращения звену выходит из зацепления со шкивом 7, перестает вращаться тросоприводное средство 5 звеньев 4.At the beginning of the working cycle, link 4 of the flat multi-link actuator 3 is in the initial open position II. The means 10 for transmitting controlled independent rotation to the link and the means 9 for fixing are disabled. A device for capturing material objects moves to the object of capture, and at a certain distance from it the fixing means 9 stops the link 4. The electric motor 2 drives the cable drive means 5 of the links 4. To move the link 4 to a given angle, the means of transmitting controlled independent rotation of the link 10 is included in engagement with the pulley 7. The fixing means 9 disengages from the housing 12 of the previous link, thereby transmitting rotational movement to the link 4. When the specified rotation angle is reached, the means in 9 fixation stops the link 4. The rotation of the link 4 stops, the means 10 for transmitting controlled independent rotation to the link disengages from the pulley 7, the cable drive means 5 of the links 4 stop rotating.

Пример исполнения устройства для захватывания материальных объектов можно рассмотреть в виде антропоморфного захватного устройства.An example of a device for capturing material objects can be considered in the form of an anthropomorphic gripping device.

На основании 1, закреплен электродвигатель 2, пять плоских многозвенных исполнительных механизмов 3, образованные шарнирно соединенными звеньями 4 и тросоприводные средства 5 звеньев 4, представляющие собой замкнутые тросы 13, которые протянуты внутри звеньев 4 через систему 6 цилиндрических опорных элементов и шкивов 7, для управляемого независимого перемещения звеньев 4. Звенья 4 выполнены с возможностью управляемого поворота в одном направлении I и управляемого возврата в начальное разомкнутое положение II (фиг.3). Каждое звено 4 вращается вместе с жестко закрепленным на нем поворотным валом 8 (фиг.4). В каждом звене 4 электромагнитная муфта 14 работает как средство 9 фиксации в заданном положении, вторая электромагнитная муфта 15 работает как средство 10 передачи управляемого независимого вращения звену. Средство 9 фиксации и средство 10 передачи управляемого независимого вращения звену закреплены на поворотных валах 8 с возможностью их продольного смещения в направлениях III и IV. На средстве 9 фиксации закреплена зубчатая коронка 16, на корпусе 12 предыдущего звена закреплена зубчатая коронка 17, на средстве 10 передачи управляемого независимого вращения звену закреплена зубчатая коронка 18, на шкиве 7 закреплена зубчатая коронка 19, а на корпусе средства 10 передачи управляемого независимого вращения звену установлен резистивный датчик 20 угла поворота.On the basis of 1, an electric motor 2 is fixed, five flat multi-link actuators 3, formed by articulated links 4 and cable drive means 5 of links 4, which are closed cables 13 that are drawn inside links 4 through a system of 6 cylindrical support elements and pulleys 7, for controlled independent movement of links 4. Links 4 are made with the possibility of controlled rotation in one direction I and controlled return to the initial open position II (figure 3). Each link 4 rotates together with a rotary shaft 8 rigidly fixed on it (Fig. 4). In each link 4, the electromagnetic clutch 14 operates as a fixation means 9 in a predetermined position, the second electromagnetic clutch 15 operates as a means 10 for transmitting controlled independent rotation to the link. The fixing means 9 and the means 10 for transmitting controlled independent rotation to the link are fixed on the rotary shafts 8 with the possibility of their longitudinal displacement in directions III and IV. A gear crown 16 is fixed on the fixing means 9, a gear crown 17 is fixed on the housing 12 of the previous link, a gear crown 18 is fixed on the means of transmission of controlled independent rotation 18, a gear crown 19 is fixed on the pulley 7, and a link is fixed on the housing of the gear means 10 of transmission of controlled independent rotation a resistive angle sensor 20 is installed.

Все звенья каждого плоского многозвенного исполнительного механизма антропоморфного захватного устройства работают следующим образом.All links of each flat multi-link actuator anthropomorphic gripper work as follows.

В начале рабочего цикла звено 4 плоского многозвенного исполнительного механизма 3 находится в начальном разомкнутом положении II. Средство 10 передачи управляемого независимого вращения звену и средство 9 фиксации отключены. Антропоморфное захватное устройство перемещается к объекту захватывания, и на определенном расстоянии от него зубчатая коронка 16 средства 9 фиксации входит в зацепление с зубчатой коронкой 17 и стопорит звено 4 относительно корпуса 12 предыдущего звена. Электродвигатель 2 приводит во вращение замкнутый трос 13. Вместе с ним начинает вращаться шкив 7 и закрепленная на нем зубчатая коронка 19. Для перемещения звена 4 на заданный угол средство 10 передачи управляемого независимого вращения звену вводит в зацепление установленную на нем зубчатую коронку 18 с зубчатой коронкой 19. Средство 9 фиксации выводит из зацепления зубчатые коронки 16 и 17, тем самым передавая вращение звену 4. При достижении заданного угла поворота, зубчатая коронка 16 входит в зацепление с зубчатой коронкой 17. Вращение звена 4 останавливается, средство 10 передачи управляемого независимого вращения звену выходит из зацепления со шкивом 7, отключается электродвигатель 2, перестает вращаться замкнутый трос 13.At the beginning of the working cycle, link 4 of the flat multi-link actuator 3 is in the initial open position II. The means 10 for transmitting controlled independent rotation to the link and the means 9 for fixing are disabled. The anthropomorphic gripping device moves to the object of capture, and at a certain distance from it, the toothed crown 16 of the fixation means 9 engages with the toothed crown 17 and stops the link 4 relative to the housing 12 of the previous link. The electric motor 2 rotates the closed cable 13. Together with it, the pulley 7 and the toothed crown 19 mounted on it begin to rotate. To move the link 4 to a predetermined angle, the means for transmitting controlled independent rotation of the link 10 engages the toothed crown 18 with a toothed crown mounted on it 19. The fixing means 9 disengages the gear crowns 16 and 17, thereby transmitting rotation to the link 4. Upon reaching a predetermined angle of rotation, the gear crown 16 engages with the gear crown 17. The rotation of the link 4 about tanavlivaetsya, transmission means 10 managed independent rotation link out of engagement with a pulley 7, the motor 2 is switched off, closed rope 13 stops rotating.

Таким образом, заявленное изобретение позволяет, сохранив свойственные прототипу преимущества, среди которых присутствует и кинематическая избыточность, уменьшить количество тяговых приводов за счет возможности использования пушпульных муфт и цилиндрических опор для тяговых тросов.Thus, the claimed invention allows, while retaining the advantages characteristic of the prototype, among which there is kinematic redundancy, to reduce the number of traction drives due to the possibility of using push-pull couplings and cylindrical supports for traction cables.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков и достаточной для получения требуемого технического результата.An analysis of the claimed technical solution for compliance with the conditions of patentability showed that the characteristics indicated in the independent claim are interrelated with each other with the formation of a stable set of necessary features unknown at the priority date from the prior art and sufficient to obtain the desired technical result.

Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, широко известны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.The properties regulated in the claimed compound by individual features are widely known in the art and require no further explanation.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в робототехнической области промышленности и может быть реализован в качестве антропоморфного захватного устройства, применяемого в работе с хрупкими и упругодеформируемыми объектами;- the object embodying the claimed technical solution, when it is implemented, is intended for use in the robotic industry and can be implemented as an anthropomorphic gripping device used in working with fragile and elastically deformable objects;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed object in the form described in the independent claim, the possibility of its implementation using the means and methods known from the prior art on the priority date on the priority date has been confirmed;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed subject matter meets the requirements of patentability “novelty”, “inventive step” and “industrial applicability” under applicable law.

Claims

A gripping device including a drive base, a system of structurally identical links connected in series with the rotary shafts, and link cable means connected to the drive of the base, wherein the links are independently rotatable, the initial link being fixed to the base and rotatable relative to him, characterized in that each link is equipped with a pulley, cylindrical support elements, means of fixation and means of transmission to him controlled not dependent rotation, made in the form of electromagnetic couplings mounted on a rotary shaft, while the link drive means of the links are closed and installed in the form of a “figure eight” with an interference fit and the coverage of cylindrical supporting elements and a pulley of each link.