RU2527559C2 - Universal manipulator (versions) - Google Patents
Universal manipulator (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2527559C2 RU2527559C2 RU2012148839/02A RU2012148839A RU2527559C2 RU 2527559 C2 RU2527559 C2 RU 2527559C2 RU 2012148839/02 A RU2012148839/02 A RU 2012148839/02A RU 2012148839 A RU2012148839 A RU 2012148839A RU 2527559 C2 RU2527559 C2 RU 2527559C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- elements
- manipulator
- interacting
- previous
- working surface
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в роботах различного назначения (промышленных, сельскохозяйственных, медицинских, бытовых и других).The invention relates to mechanical engineering and can be used in robots for various purposes (industrial, agricultural, medical, domestic and others).
Предшествующий уровень техникиState of the art
Известен хобот манипулятора RU 2008201, включающий корпус, привод и шарнирно установленную на корпусе систему кинематически связанных между собой посредством шарниров предыдущих и последующих рычагов, причем на обращенных друг к другу концах рычагов выполнены зубчатые венцы с диаметром делительной окружности, центр которой совпадает с центром шарнира, причем зубья венца каждого последующего рычага находятся в зацеплении с зубьями венца рычага, предшествующего предыдущему.The trunk of a manipulator RU 2008201 is known, including a housing, a drive and a system of kinematically connected to each other kinematically connected by means of hinges of the previous and subsequent levers, moreover, gear crowns with a pitch circle diameter, the center of which coincides with the center of the hinge, are made at the ends of the arms facing each other, moreover, the teeth of the crown of each subsequent lever are engaged with the teeth of the crown of the lever preceding the previous one.
К недостаткам данного хобота манипулятора следует отнести то, что рычаги или элементы манипулятора, поворачиваются на равный угол по отношению друг к другу и только в одной (заданной) плоскости, а также то, что изменение положения каждой части манипулятора происходит при одновременном изменении положения других его частей, чем ограничивается степень свободы перемещения объекта манипулирования.The disadvantages of this trunk of the manipulator include the fact that the levers or elements of the manipulator are rotated at an equal angle with respect to each other and only in one (predetermined) plane, and also that the position of each part of the manipulator changes while changing the position of its other parts, which limits the degree of freedom of movement of the manipulated object.
Кроме того, недостатком данного хобота манипулятора является падение усилия от привода на каждом последующем рычаге.In addition, the disadvantage of this trunk of the manipulator is a drop in force from the drive on each subsequent lever.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
В основу настоящего изобретения положена задача - создать манипулятор свободным от указанных недостатков. Предлагается манипулятор, конструкция которого основана на принципе управления цепью взаимодействующих элементов посредством управления функциональными межэлементными зазорами.The basis of the present invention is the task of creating a manipulator free from these disadvantages. A manipulator is proposed, the design of which is based on the principle of controlling a chain of interacting elements by controlling functional inter-element gaps.
Это достигается тем, что конструкция манипулятора представляет собой цепь последовательно соединенных взаимоподвижных элементов. Каждый элемент имеет рабочую поверхность, взаимодействующую с предыдущим элементом, и рабочую поверхность, взаимодействующую с последующим элементом. Формы этих поверхностей обеспечивают наличие определенных зазоров между элементами при соединении их в конструкцию, что позволяет элементам свободно перемещаться в сторону устранения этих зазоров. Взаимным перемещением последовательно соединенных элементов и обеспечивается изменение пространственного положение всего манипулятора или какой-либо его части.This is achieved by the fact that the design of the manipulator is a chain of mutually movable elements connected in series. Each element has a working surface interacting with the previous element, and a working surface interacting with the subsequent element. The shapes of these surfaces provide the presence of certain gaps between the elements when connecting them to the structure, which allows the elements to move freely in the direction of eliminating these gaps. Mutual movement of series-connected elements and provides a change in the spatial position of the entire manipulator or any part thereof.
Рабочим положением каждой пары предыдущего и последующего элементов является такое, когда полностью устранен один из зазоров между элементами этой пары, чем обеспечивается жесткость конструкции.The working position of each pair of the previous and subsequent elements is such that one of the gaps between the elements of this pair is completely eliminated, which ensures rigidity of the structure.
Любое из возможных рабочих положений манипулятора достигается определенной комбинацией устраненных зазоров между каждой парой предыдущих и последующих элементов.Any of the possible operating positions of the manipulator is achieved by a certain combination of eliminated gaps between each pair of previous and subsequent elements.
Так, для манипулятора, состоящего из элементов, форма которых обеспечивает одинаковое количество зазоров (степеней свободы) между каждым предыдущим и каждым последующим элементом, справедлива формула:So, for a manipulator consisting of elements whose shape provides the same number of gaps (degrees of freedom) between each previous and each subsequent element, the formula is true:
K=Zn-1,K = Z n-1 ,
где количество фиксированных пространственных положений манипулятора;where the number of fixed spatial positions of the manipulator;
Z - количество зазоров между каждой парой элементов;Z is the number of gaps between each pair of elements;
n - количество элементов манипулятора.n is the number of elements of the manipulator.
Изменение положений элементов в каждой паре предыдущих и последующих элементов происходит под воздействием управляемой силы, воздействующей на данную пару элементов и приводящей элементы к положению, при котором устранен определенный зазор между их поверхностями. Такое воздействие может производиться путем создания между элементами электромагнитного поля, электростатического поля, зон повышенного (пониженного) давления жидкости или газа и т.д.Changing the positions of elements in each pair of previous and subsequent elements occurs under the influence of a controlled force acting on this pair of elements and leading the elements to a position in which a certain gap between their surfaces is eliminated. Such an effect can be produced by creating between the elements of an electromagnetic field, an electrostatic field, zones of increased (reduced) pressure of a liquid or gas, etc.
Описание чертежейDescription of drawings
Фиг.1 - продольный разрез электромагнитного манипулятора.Figure 1 is a longitudinal section of an electromagnetic manipulator.
Фиг.2 - внешний вид элемента электромагнитного манипулятора.Figure 2 - external view of the element of the electromagnetic manipulator.
Фиг.3 - магнитопровод элемента электромагнитного манипулятора.Figure 3 - magnetic circuit element of the electromagnetic manipulator.
Фиг.4 - электромагнит элемента электромагнитного манипулятора.Figure 4 - the electromagnet element of the electromagnetic manipulator.
Фиг.5 - продольный разрез пневматического манипулятора.5 is a longitudinal section of a pneumatic manipulator.
Фиг.6 - внешний вид элемента пневматического манипулятора.6 is an external view of an element of a pneumatic manipulator.
Лучшие варианты осуществления изобретенияThe best embodiments of the invention
Манипулятор, содержащий цепь взаимодействующих между собой элементов 1 (фиг.1), каждый из которых состоит из трех сегментов 2 (фиг.3), представляющих из себя электромагниты (фиг.4). Сегменты 2 соединены (фиг.2) упругим эластичным материалом 19 в элемент манипулятора таким образом, что у элемента образуются рабочая поверхность 3 (фиг.1), взаимодействующая с последующим элементом, и рабочая поверхность 4, взаимодействующая с предыдущим элементом. Поверхность 3 образована тремя плоскостями, секущими тело элемента 1, представляющего из себя цилиндр, под углом «альфа». Поверхность 4 также образована тремя плоскостями, секущими тело элемента 1 под углом «сигма». Угол «альфа» меньше угла «сигма» на величину, определяющую размер зазоров 6 между элементами.A manipulator containing a chain of interacting elements 1 (Fig. 1), each of which consists of three segments 2 (Fig. 3), which are electromagnets (Fig. 4).
Движение манипулятора обеспечивается путем подачи электрического напряжения на токопроводящие обмотки 5 (фиг.1) электромагнитов, в связи с чем возникают электромагнитные силы притяжения и (или) отталкивания между элементами, обеспечивая заданное взаимное положение элементов. Заданное положение манипулятора в пространстве обеспечивается определенной комбинацией коммутаций токопроводящих катушек элементов манипулятора.The movement of the manipulator is provided by applying electrical voltage to the conductive windings 5 (Fig. 1) of electromagnets, in connection with which there are electromagnetic forces of attraction and (or) repulsion between the elements, providing a given relative position of the elements. The predetermined position of the manipulator in space is provided by a certain combination of switching conductive coils of the elements of the manipulator.
Возможно также создание манипулятора, в котором управляемая сила, воздействующая на элементы, является результатом действия повышенного (пониженного) давления жидкости или газа. Такой манипулятор содержит цепь последовательно соединенных между собой элементов 7 (фиг.5), каждый из которых состоит из четырех сегментов 8 (фиг.6), соединенных таким образом, что эти сегменты образуют рабочую поверхность 9, взаимодействующую с последующим элементом, и рабочую поверхность 10, взаимодействующую с предыдущим элементом. При этом поверхность 9 (фиг.5) имеет осевое сферическое углубление 11, а поверхность 10 имеет осевую сферическую выпуклость 12, которые образуют шарнирную пару. Указанное шарнирное соединение обеспечивает необходимое взаимное позиционирование и целостность всей цепи элементов. При этом осевые отверстия 14 образуют герметичный канал 13, используемый для прохождения жидкости или газа. Поверхность 9 образована четырьмя плоскостями, секущими тело элемента 7, представляющего из себя цилиндр, под углом «альфа». Поверхность 10 также образована четырьмя плоскостями, секущими тело элемента 7 под углом «сигма». Угол «альфа» меньше угла «сигма» на величину размера зазоров 15 между элементами 7.It is also possible to create a manipulator in which the controlled force acting on the elements is the result of the increased (lowered) pressure of a liquid or gas. Such a manipulator comprises a chain of
В теле элемента устроены полости 16, соединенные сквозными отверстиями 17 с осевым отверстием 14. При этом каждое отверстие 17 снабжено настраиваемым клапаном 18, открытие или закрытие которого обеспечивает прохождение жидкости или газа из полости 16 в канал 13 и обратно.In the body of the element,
Движение манипулятора обеспечивается созданием пониженного давления жидкости или газа в канале 13. При открытии клапана 18 в полости 16 создается зона пониженного давления, что приводит к взаимному встречному перемещению элементов 7 до полного устранения зазора 15. При этом поверхность 10 перекрывает полость 16, образуя герметично замкнутую камеру, что позволяет элементам 7 находиться в данном положении в течение необходимого времени.The movement of the manipulator is ensured by the creation of a reduced pressure of liquid or gas in the
Изменение взаимного положения отдельных пар и всей цепи элементов достигается созданием зон повышенного или пониженного давления в полостях 16 и канале 13.The change in the relative position of individual pairs and the entire chain of elements is achieved by creating zones of high or low pressure in the
Заданное положение манипулятора в пространстве обеспечивается определенной комбинацией открытых и (или) закрытых клапанов 18.The predetermined position of the manipulator in space is ensured by a certain combination of open and (or) closed
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Манипулятор может быть использован для решения технических задач во всех без исключения областях деятельности человека.The manipulator can be used to solve technical problems in all areas of human activity, without exception.
Изменение взаимного положения физических объектов в пространстве является основным фактором существования физической вселенной, а управляемое перемещение предметов является материальной основой любой деятельности человека.The change in the relative position of physical objects in space is the main factor in the existence of the physical universe, and the controlled movement of objects is the material basis of any human activity.
Универсальность манипулятора обусловлена многовариантностью его изготовления в зависимости от конкретного предназначения устройства. Манипулятор (с учетом среды его применения и поставленных задач) может быть изготовлен любого геометрического размера, любой мощности, из любых материалов.The universality of the manipulator is due to the multivariance of its manufacture, depending on the specific purpose of the device. The manipulator (taking into account the environment of its application and tasks) can be made of any geometric size, any power, from any materials.
Непосредственный технический результат от использования изобретения состоит в возможности реализации большего, по сравнению с имеющимися конструкциями, количества свобод пространственного перемещения манипулятора, при более низком энергопотреблении и при отсутствии необходимости использования дополнительных устройств (дополнительной энергии) для фиксации манипулятора (его частей) в заданных положениях.The immediate technical result from the use of the invention consists in the possibility of realizing a larger, compared to existing designs, amount of freedom of spatial movement of the manipulator, with lower energy consumption and in the absence of the need to use additional devices (additional energy) to fix the manipulator (its parts) in predetermined positions.
Конструкция манипулятора позволяет ему принимать любые формы в пространстве, причем положение любой движущейся части манипулятора не обусловлено определенным положением других его частей. Данная особенность позволяет использовать манипулятор в сложных геометрических пространствах, например в трубопроводах. Функционально эффективным может быть манипулятор, состоящий даже из отдельной цепи: для перемещения жестко закрепленного на нем объекта или для перемещения объекта, захваченного по принципу удава. Однако наиболее перспективной областью применения изобретения является создание сложных манипуляторов, состоящих их нескольких цепей, соединенных в устройство по принципу кисти человека.The design of the manipulator allows it to take any form in space, and the position of any moving part of the manipulator is not determined by the specific position of its other parts. This feature allows you to use the manipulator in complex geometric spaces, for example in pipelines. A manipulator consisting even of a separate chain can be functionally effective: for moving an object rigidly fixed on it or for moving an object captured by the principle of a boa constrictor. However, the most promising field of application of the invention is the creation of complex manipulators consisting of several chains connected to the device by the principle of a human brush.
С учетом того, что современные компьютерные системы способны производить любые вычисления координат для положения объекта в пространстве, манипулятор позволяет решать задачи любой технической сложности, такие как воссоздание ходьбы, машущего полета, создание эффективных протезов утраченных конечностей человека. При этом энергопотребление устройства на основе предлагаемого манипулятора значительно ниже, чем у известных устройств того же назначения. Данная особенность позволяет использовать в конструкции манипулятора современные автономные источники энергии.Given the fact that modern computer systems are capable of performing any calculation of coordinates for the position of an object in space, the manipulator allows you to solve problems of any technical complexity, such as reconstructing walking, flapping flight, and creating effective prostheses for lost human limbs. Moreover, the power consumption of the device based on the proposed manipulator is significantly lower than that of known devices of the same purpose. This feature allows you to use modern autonomous energy sources in the design of the manipulator.
Примером эффективного использования изобретения является создание на основе манипулятора устройства для уборки и утилизации мусора. Известно, что промышленные и бытовые отходы состоят из объектов различной конфигурации, массы, плотности, что затрудняет унификацию операций по их утилизации. В то же время устройство на основе предлагаемого манипулятора способно осуществлять сбор и перемещение в пространстве любого мусора.An example of the effective use of the invention is the creation of a device for cleaning and recycling garbage based on the manipulator. It is known that industrial and household waste consists of objects of various configurations, masses, densities, which complicates the unification of operations for their disposal. At the same time, a device based on the proposed manipulator is capable of collecting and moving any debris in space.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012148839/02A RU2527559C2 (en) | 2012-11-16 | 2012-11-16 | Universal manipulator (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012148839/02A RU2527559C2 (en) | 2012-11-16 | 2012-11-16 | Universal manipulator (versions) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012148839A RU2012148839A (en) | 2014-05-27 |
RU2527559C2 true RU2527559C2 (en) | 2014-09-10 |
Family
ID=50774958
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012148839/02A RU2527559C2 (en) | 2012-11-16 | 2012-11-16 | Universal manipulator (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2527559C2 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU568346A3 (en) * | 1974-02-18 | 1977-08-05 | Актиеболагет Электролюкс (Фирма) | Manipulator |
SU1278210A1 (en) * | 1985-04-25 | 1986-12-23 | Донецкий Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Mechanical arm (versions) |
RU2065354C1 (en) * | 1993-12-10 | 1996-08-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Тис" | Mechanical arm |
-
2012
- 2012-11-16 RU RU2012148839/02A patent/RU2527559C2/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU568346A3 (en) * | 1974-02-18 | 1977-08-05 | Актиеболагет Электролюкс (Фирма) | Manipulator |
SU1278210A1 (en) * | 1985-04-25 | 1986-12-23 | Донецкий Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Mechanical arm (versions) |
RU2065354C1 (en) * | 1993-12-10 | 1996-08-20 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Тис" | Mechanical arm |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012148839A (en) | 2014-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhong et al. | A soft pneumatic dexterous gripper with convertible grasping modes | |
AU2015257679B2 (en) | Actuation of a hand to be provided on a humanoid robot | |
Kargov et al. | Development of an anthropomorphic hand for a mobile assistive robot | |
CN108578173A (en) | A kind of flexibility upper limb assistance exoskeleton | |
RU2015141012A (en) | SUSPENSION ACTUATOR OF THE SUSPENSION EFFECTOR OF THE SURGICAL INSTRUMENT WITH GEAR AND ANTI-OPPOSING RACK | |
Bogue | Artificial muscles and soft gripping: a review of technologies and applications | |
US20150316129A1 (en) | Reconfigurable Motion Generator | |
Xiao et al. | Modeling and analysis of bending pneumatic artificial muscle with multi-degree of freedom | |
RU2527559C2 (en) | Universal manipulator (versions) | |
Mo et al. | Pin array hand: a universal robot gripper with pins of ellipse contour | |
Soyguder et al. | Motion mechanism concept and morphology of a single actuator tetrapod walking spider robot: the ROBOTURK SA‐2 Robot | |
Vahabi et al. | Modelling of a novel in-pipe microrobot design with IPMC legs | |
PL426475A1 (en) | Robot arm gripper | |
CN110366477A (en) | Robot cell with individual actuator and common reversed actuator devices for multiple sections | |
Ghate et al. | Design and development of soft actuator for surgical application | |
CN104802172B (en) | Highly emulated robot | |
Andrikopoulos et al. | Development and control of a hybrid controlled vertical climbing robot based on pneumatic muscle actuators | |
KR20100006989U (en) | Glueing structure of muscle-form for making face expression of android robot | |
CN204658456U (en) | Highly emulated robot | |
Shin et al. | Application of sliding actuation mechanism to robot finger | |
Kim et al. | Dual-mode operation of the finger-type manipulator based on distributed actuation mechanism | |
Jaafar et al. | Three-fingered robot hand for assembly works | |
Altamirano-Altamirano et al. | Hand prosthesis with 5 DOF using embedded systems | |
Deng et al. | Pneumatic system and low-level control of a soft machine table inspired by caterpillar locomotion | |
Jittungboonya et al. | Grasping with a tube-feet inspired soft gripper |