RU2616317C1

RU2616317C1 - Robot arm

Info

Publication number: RU2616317C1
Application number: RU2015151140A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Александрович Внуков; Рафаил Илгизович Каюмов; Сергей Александрович Скрябин; Виктор Владимирович Удот; Константин Валерьевич Шириазданов
Original assignee: Акционерное общество "Ижевский радиозавод"
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-04-14

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: robot arm contains consistently interconnected musculo-turning SRM device with flange, a shoulder, a forearm and an end point and equipped with individual controllable drives each of them. When the place of articulation SRM-shoulder, shoulder-forearm and forearm-end point are made in the form of lever mechanisms which can be rotated up and down the shoulder, forearm and end point. The shoulder drive is located from its outer side, the drive base is fixed in the place of SRM articulation with shoulder, and the rod is fixed on the articulation of shoulder and forearm. Inside the shoulder, there is the forearm drive, the base os which is anchored on the shoulder bode, and its rod is connected to the forearm through the lever mechanism bracket. The end point drive is installed inside the forearm bode, its base is fixed on the forearm bode, and the rod is connected with the lever mechanism bracket of the forearm. On the forearm bracket, a device is mounted to fix the end point in the form of a spline shaft with a locking element, in this case, a hole is made on the end point for the sleeve with slots. Tong or hydraulic breaker is installed as the end point.

EFFECT: possibility to work in difficult and dangerous for human presence locations in remote mode.

3 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое в качестве изобретения техническое решение относится к робототехнике, а именно к конструкции манипулятора, предназначенной для установки на основание или подвижную платформу для работы в труднодоступных и опасных для присутствия человека местах в дистанционном режиме. Работа может включать оперативно-тактические действия: обезвреживание потенциально опасных объектов с помощью устанавливаемого дополнительного оборудования различного назначения, а также решение других задач.The technical solution proposed as an invention relates to robotics, namely, to the design of a manipulator designed to be mounted on a base or a movable platform for working in remote and dangerous places for human presence. The work may include operational tactical actions: neutralization of potentially dangerous objects using installed additional equipment for various purposes, as well as solving other problems.

Известен мобильный робототехнический комплекс (МРК) (патент RU №2241594, от 07.04.03 г.) с дистанционным управлением, предназначенный для работы в экстремальных ситуациях, содержащий антропоморфный манипулятор, установленный на корпусе шасси, самоходное шасси, блоки электроавтоматики и телемеханики и пост дистанционного управления, силовое плечо манипулятора выполнено в виде жесткой пространственной рамы, состоящей из продольных щек и поперечных стяжек, и в головной части содержит активный шарнир дифференциального типа, а также разгрузочные пружины, соединяющие головную часть плеча с опорно-поворотной платформой манипулятора, и при этом активный шарнир включает неподвижное водило с сателлитами, ведущий вал-шестерню, консольный конец которого содержит цепную звездочку привода предплечья, подвижную корону с рычагом привода предплечья и подвижным блоком цепных звездочек привода кисти, и при этом в кисти манипулятора схват имеет привод перемещения губок, привод вращения схвата относительно оси симметрии губок и видеокамеру слежения за работой губок, для чего узел стыковки корпуса кисти с охватом имеет электроконтактный разъем вращающегося типа, в манипуляторе губки схвата кисти в поперечном сечении выполнены П-образной формы и имеют по всей длине неметаллические вкладыши, например из резины, толщина которых превышает высоту выступающих частей губок схвата, в манипуляторе губки схвата кисти на внешних скосах имеют фиксаторы крепления сменного инструмента, например гидроразрушителей.Known mobile robotic complex (RTOs) (patent RU No. 2241594, dated 04/07/03) with remote control, designed to work in extreme situations, containing an anthropomorphic manipulator mounted on the chassis of the chassis, self-propelled chassis, blocks of electrical and telemechanics and remote control control, the arm of the manipulator is made in the form of a rigid spatial frame, consisting of longitudinal cheeks and transverse ties, and in the head part contains an active hinge of a differential type, as well as unloading rifles connecting the head of the shoulder to the rotary support platform of the manipulator, and the active hinge includes a fixed carrier with satellites, a pinion drive shaft, the cantilever end of which contains a forearm drive chain sprocket, a movable crown with a forearm drive lever and a movable block of chain drive sprockets brush, and at the same time in the handle of the manipulator, the tong has a drive for moving the jaws, a drive for rotating the tong relative to the axis of symmetry of the lips and a video camera for tracking the work of the jaws, for which the pusa of the brush with a grip has a rotary-type electrical contact connector, in the manipulator the grip sponges of the brush in the cross section are U-shaped and have non-metallic liners along the entire length, for example of rubber, the thickness of which exceeds the height of the protruding parts of the grip jaws, in the grip of the grip sponge external bevels have fasteners for attaching an interchangeable tool, for example, hydraulic breakers.

Недостатками мобильного робототехнического комплекса, взятого за прототип, являются: сложная в изготовлении и сборке конструкция манипулятора, которая значительно его удорожает.The disadvantages of the mobile robotic complex, taken as a prototype, are: the construction of the manipulator, complicated in manufacturing and assembly, which significantly increases its cost.

Технический результат, на решение которого направленно это техническое решение, заключается в увеличении грузоподъемности манипулятора, за счет использования простой и несложной в изготовлении и сборке конструкции, сохраняющей все ранее использованные функциональные характеристики с возможностью их улучшения. Применение нескольких насадок для различных работ по разрушению (уничтожению) подозрительных предметов на месте их обнаружения.The technical result, the solution of which this technical solution is aimed, is to increase the lifting capacity of the manipulator, through the use of a simple and uncomplicated to manufacture and assemble a structure that retains all previously used functional characteristics with the possibility of their improvement. The use of several nozzles for various works on the destruction (destruction) of suspicious objects at the place of their detection.

Технический результат достигается тем, что манипулятор робота, содержащий последовательно соединенные между собой: опорно-поворотное устройство (ОПУ) с фланцем, плечо, предплечье и рабочий орган, и снабженные индивидуальными управляемыми приводами каждого из них. При этом места сочленения ОПУ - плечо, плечо - предплечье и предплечье - рабочий орган выполнены в виде рычажного механизма с возможностью поворота вверх и вниз плеча, предплечья и рабочего органа. Привод плеча расположен с его внешней стороны, основание привода закреплено в месте сочленения ОПУ с плечом, а шток на сочленении плеча и предплечья. Внутри корпуса плеча расположен привод предплечья, основание которого закреплено на корпусе плеча, а его шток через кронштейн рычажного механизма соединен с предплечьем. Привод рабочего органа установлен внутри корпуса предплечья, его основание закреплено на корпусе предплечья, а шток соединен с кронштейном рычажного механизма предплечья. Причем на кронштейне предплечья устанавливают приспособление для крепления рабочего органа в виде шлицевого вала со стопорным элементом, при этом на рабочем органе выполняют установочное отверстие под втулку с пазами.The technical result is achieved by the fact that the robotic arm containing in series connected to each other: a support-rotary device (OPU) with a flange, a shoulder, a forearm and a working body, and equipped with individually controlled drives of each of them. At the same time, the joints of the OPU - the shoulder, the shoulder - the forearm and the forearm - the working body are made in the form of a lever mechanism with the ability to turn up and down the shoulder, forearm and working body. The shoulder drive is located on its outer side, the base of the drive is fixed at the point of joint of the control gear with the shoulder, and the rod at the joint of the shoulder and forearm. Inside the shoulder housing is a forearm drive, the base of which is fixed to the shoulder housing, and its rod is connected to the forearm through the lever mechanism bracket. The drive of the working body is installed inside the forearm casing, its base is fixed on the forearm casing, and the rod is connected to the arm of the lever mechanism of the forearm. Moreover, on the forearm bracket, a device is mounted for fastening the working body in the form of a splined shaft with a locking element, while on the working body an installation hole is made for the sleeve with grooves.

В качестве рабочего органа устанавливают схват, состоящий из рычажно-шарнирного механизма, закрепленного в двух щеках, съемных губок и привода, осуществляющего движение губок схвата и его ротацию.As a working body, a grip is installed, consisting of a lever-hinge mechanism fixed in two cheeks, removable jaws and a drive that moves the jaws of the grip and rotates it.

В качестве рабочего органа устанавливают гидроразрушитель, содержащий закрепленные на основании съемные стволы, два лазерных целеуказателя, видеокамеру и элемент крепления сопла подачи жидкого азота.As a working body, a hydraulic breaker is installed, containing detachable trunks fixed on the base, two laser target indicators, a video camera and an attachment element for the liquid nitrogen supply nozzle.

Конструкция манипулятора поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен чертеж манипулятора в разрезе и вид А, на фиг. 2 – схват в изометрии, на фиг. 3 – гидроразрушитель в изометрии.The design of the manipulator is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a sectional drawing of the manipulator and view A, in FIG. 2 is an isometric view, in FIG. 3 - hydraulic breaker in isometry.

Манипулятор состоит из опорно-поворотного устройства (ОПУ) 1 с фланцем 2 и приводом 3, плеча 4 и предплечья 5, которые соединены последовательно между собой через рычажные механизмы. В месте сочленения ОПУ 1 и плеча 4 - рычажный механизм 6, в месте сочленения плеча 4 и предплечья 5 рычажный механизм 7, а на предплечье 5 рычажный механизм 8. Рычажные механизмы соединены втулками 9 с возможностью поворота вверх и вниз плеча 4, предплечья 5 и рабочего органа. Все звенья манипулятора снабжены индивидуальными управляемыми приводами. Привод 10 плеча 4 расположен с его внешней стороны, основание привода 10 закреплено на рычажном механизме 6, а его шток 11 в месте сочленения плеча 4 и предплечья 5 на рычажном механизме 7 через втулочные соединения. Внутри корпуса плеча 4 расположен привод 12 предплечья 5, основание которого закреплено на корпусе плеча 4 через втулочное соединение, а его шток 13 через кронштейн 14 с предплечьем 5. Внутри корпуса предплечья 5 установлен привод 15 для рабочего органа, основание которого закреплено на корпусе предплечья 5 через втулочное соединение, а его шток 16 соединен с кронштейном 17 рычажного механизма 8. В качестве рабочего органа можно установить схват (Фиг. 2) или гидроразрушитель (Фиг. 3). На кронштейне 17 устанавливают приспособление для крепления рабочего органа в виде шлицевого вала 18 со стопорным элементом 19, например винтом. На рабочем органе (схвате и гидроразрушителе) выполняют установочное отверстие под втулку 20 с пазами, соответствующими шлицевому валу 18. Это соединение обеспечивает быструю смену рабочего органа.The manipulator consists of a rotary support device (OPU) 1 with a flange 2 and a drive 3, a shoulder 4 and a forearm 5, which are connected in series with each other via lever mechanisms. At the junction of the OPU 1 and the shoulder 4 - the lever mechanism 6, at the junction of the shoulder 4 and the forearm 5, the lever mechanism 7, and on the forearm 5 the lever mechanism 8. The lever mechanisms are connected by bushings 9 with the possibility of turning up and down the shoulder 4, forearm 5 and working body. All links of the manipulator are equipped with individually controlled drives. The drive 10 of the shoulder 4 is located on its outer side, the base of the drive 10 is fixed to the lever mechanism 6, and its rod 11 at the junction of the shoulder 4 and the forearm 5 on the lever mechanism 7 through the sleeve connection. Inside the housing of the shoulder 4 is located the actuator 12 of the forearm 5, the base of which is fixed to the housing of the arm 4 through a sleeve connection, and its rod 13 through the bracket 14 with the forearm 5. Inside the body of the forearm 5, a drive 15 is installed for the working body, the base of which is fixed to the body of the forearm 5 through the sleeve connection, and its rod 16 is connected to the bracket 17 of the lever mechanism 8. As a working body, you can set the tong (Fig. 2) or hydraulic breaker (Fig. 3). On the bracket 17 install a device for mounting the working body in the form of a spline shaft 18 with a locking element 19, for example a screw. On the working body (tong and hydraulic breaker), an installation hole is made under the sleeve 20 with grooves corresponding to the splined shaft 18. This connection provides a quick change of the working body.

Схват (Фиг. 2) предназначен для захвата различных предметов и манипуляций с ними, а также для закрепления на нем различного оборудования. Основными составными частями схвата являются привод схвата и привод ротации схвата 21, смонтированные в одном конструктивном блоке. Схват состоит из рычажно-шарнирного механизма 22, закрепленного в двух щеках 23, и съемных губок 24. При перемещении штока винтовой передачи по направляющим, установленным в щеках 23, приводится в действие рычажно-шарнирный механизм 22 и происходит раскрытие или закрытие губок схвата 24.The grip (Fig. 2) is designed to capture various objects and manipulate them, as well as to secure various equipment on it. The main components of the gripper are the gripper drive and the rotation drive of the gripper 21, mounted in one structural unit. The grip consists of a lever-hinge mechanism 22, mounted in two cheeks 23, and removable jaws 24. When moving the screw transmission rod along the guides installed in the cheeks 23, the lever-hinge mechanism 22 is activated and the tongs 24 open or close.

Гидроразрушитель (Фиг. 3) предназначен для разрушения подозрительных предметов на месте их обнаружения методом выстрела струей воды под высоким давлением. Гидроразрушитель содержит основание 25, на котором закреплены съемные стволы 26, два лазерных целеуказателя 27, видеокамера 28 и элемент крепления 29 сопла подачи жидкого азота при наличии криогенной установки.The hydraulic demolition device (Fig. 3) is designed to destroy suspicious objects at the place of their detection by a high-pressure water shot. The hydraulic demolition device comprises a base 25, on which removable shafts 26, two laser target indicators 27, a video camera 28 and a fastening element 29 of the liquid nitrogen supply nozzle are mounted in the presence of a cryogenic installation.

Манипулятор представляет собой плоский механизм, установленный на опорно-поворотном устройстве. Имеет четыре степени свободы без учета навесного оборудования, закрепляемого в качестве рабочего органа.The manipulator is a flat mechanism mounted on a slewing ring. It has four degrees of freedom, excluding attachments fixed as a working body.

Основными кинематическими звеньями манипулятора являются - ОПУ 1, плечо 4, предплечье 5 и рабочий орган. ОПУ 1 имеет ротационный привод на основе планетарно-цевочного редуктора. В качестве приводов всех звеньев манипулятора используются электромеханические приводы на основе электродвигателей постоянного тока. Приводы представляют собой линейный актуатор, превращающий возвратно-поступательное линейное движение выходного звена-штока.The main kinematic links of the manipulator are - OPU 1, shoulder 4, forearm 5 and the working body. OPU 1 has a rotary drive based on a planetary-pinion gear. Electromechanical drives based on DC electric motors are used as drives of all parts of the manipulator. Drives are a linear actuator that converts the reciprocating linear movement of the output link-rod.

При включении привода 3 вращение передается через редуктор к ОПУ 1 и происходит вращение манипулятора в рабочем диапазоне углов ±360° относительно вертикальной оси. ОПУ 1 может устанавливаться как на стационарную, так и на подвижную платформу, через фланец 2 с использованием стандартного крепежа.When the drive 3 is turned on, the rotation is transmitted through the gearbox to the control gear 1 and the manipulator rotates in the working range of angles of ± 360 ° relative to the vertical axis. OPU 1 can be installed both on a stationary and on a movable platform, through flange 2 using standard fasteners.

Плечо 4 и предплечье 5 представляют собой балки П-образной формы из алюминиевого сплава. Плечо 4 выполняет роль удлиняющего рычага и монтируется своим основанием на ОПУ 1 с возможностью поворота вверх и вниз относительно ОПУ 1 через рычажный механизм 6 за счет привода 10.Shoulder 4 and forearm 5 are U-shaped beams made of aluminum alloy. The shoulder 4 acts as an extension lever and is mounted on its base on the control gear 1 with the possibility of rotation up and down relative to the control gear 1 through the linkage 6 due to the drive 10.

Предплечье 5 выполняет роль удлиняющего рычага, основание которого закреплено через рычажный механизм 7 с плечом 4 с возможностью поворота вверх и вниз относительно плеча 4, которое обеспечивает привод 12, расположенный внутри корпуса плеча 4.The forearm 5 acts as an extension arm, the base of which is fixed through the lever mechanism 7 with the shoulder 4 with the possibility of rotation up and down relative to the shoulder 4, which provides the drive 12 located inside the body of the shoulder 4.

Привод 15 предназначен для поворота вверх и вниз рабочего органа, например схвата либо гидроразрушителя в одной плоскости относительно предплечья 5.The drive 15 is designed to rotate up and down the working body, for example, grapple or hydraulic breaker in one plane relative to the forearm 5.

Схват обеспечивает захват и удержание предметов массой до 15 кг и размером в поперечном сечении до 200 мм. Привод ротации схвата 21 предназначен для вращения схвата вокруг своей оси. На схвате можно установить телекамеру и осветитель (на фиг. 2 не показаны).The grip ensures the capture and retention of objects weighing up to 15 kg and a cross-sectional size of up to 200 mm. The drive rotation of the tong 21 is designed to rotate the tong around its axis. At the grip, you can set the camera and the illuminator (not shown in Fig. 2).

Гидроразрушитель может содержать до шести съемных стволов 26. При необходимости на гидроразрушитель может быть установлено сопло для подачи жидкого азота от криогенной установки для замораживания подозрительных объектов.The hydraulic destroyer can contain up to six removable shafts 26. If necessary, a nozzle can be installed on the hydraulic destroyer to supply liquid nitrogen from a cryogenic unit to freeze suspicious objects.

Таким образом, несмотря на то, что манипулятор робота показан и описан со ссылкой на его конкретный вариант осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что различные изменения по форме и содержанию могут быть сделаны без отступления от сущности и объема технического решения, определенных прилагаемой формулой изобретения.Thus, despite the fact that the robot arm is shown and described with reference to its specific embodiment, it will be understood by those skilled in the art that various changes in form and content can be made without departing from the essence and scope of the technical solution defined the attached claims.

Claims

1. The manipulator of the robot, containing sequentially interconnected support and rotary device (OPU) with a flange, a shoulder, a forearm and a working body, each of which is equipped with an individually controlled drive, characterized in that the joints of the OPU - a shoulder, a shoulder - a forearm and a forearm - the working body is made in the form of lever mechanisms with the possibility of turning up and down the shoulder, forearm and working body, while the shoulder drive is located on its outer side, the base of the drive is fixed at the junction of the OPU with the shoulder, and the rod is at the joint of the shoulder and forearm, and inside the body of the shoulder there is a forearm drive, the base of which is fixed to the shoulder body, and its stem is connected to the forearm through the lever mechanism bracket, the working body drive is installed inside the forearm body, its base is fixed to the forearm body, and the rod is connected to the arm of the lever mechanism of the forearm, and on the arm of the forearm mounted device for mounting the working body, made in the form of a splined shaft with a locking element, and a working member insertion hole formed by a sleeve with slots.

2. The robot manipulator according to claim 1, characterized in that a tong is installed as a working member, consisting of a lever-articulated mechanism fixed in two cheeks, removable jaws and a drive that moves the tongs and rotates it.

3. The robot manipulator according to claim 1, characterized in that a hydraulic breaker is installed as a working body, comprising detachable trunks fixed on the base, two laser target indicators, a video camera and a nozzle attachment element for supplying liquid nitrogen.