RU2691807C1

RU2691807C1 - Flexible actuator of manipulator

Info

Publication number: RU2691807C1
Application number: RU2018100191A
Authority: RU
Inventors: Александр Андреевич Никитин
Original assignee: Александр Андреевич Никитин
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2019-06-18

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to flexible actuator of manipulator. Flexible actuator of the manipulator is formed by movable elements interconnected by hinges in the form of installed in a crosswise manner flat springs. Adjacent hinges are mutually perpendicular to each other. End movable elements are connected by flexible tie-rods.EFFECT: reduced wear of hinges.1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относиться к машиностроению, а именно, к манипуляторам, осуществляющим манипуляции предметов на расстоянии в трудных условиях, например, в глубоком вакууме, в радиоактивной или агрессивной среде, при высоком давлении.The invention relates to mechanical engineering, namely, to the manipulators, carrying out the manipulation of objects at a distance in difficult conditions, for example, in a high vacuum, in a radioactive or aggressive medium, at high pressure.

Известен хобот манипулятора, образованный подвижно связанными между собой аналогичными звеньями, выполненными в виде полых ступенчатых валиков, ступени меньшего диаметра которых имеют выпуклую наружную сферическую поверхность, а ступени большего диаметра - вогнутую внутреннюю сферическую поверхность. При этом валики расположены так, что вогнутая поверхность одного охватывает выпуклую поверхность другого и соединены между собой с помощью силовых устройств (гидроцилиндров). Силовые устройства обеспечивают поворот валиков относительно друг друга (1).Known trunk manipulator formed movably connected to each other similar links, made in the form of hollow stepped rollers, steps of smaller diameter which have a convex outer spherical surface, and steps of larger diameter - a concave inner spherical surface. In this case, the rollers are arranged so that the concave surface of one covers the convex surface of the other and are interconnected by means of power devices (hydraulic cylinders). Power devices provide rotation of the rollers relative to each other (1).

Известное решение имеет сложную конструкцию, обусловленную наличием силовых устройств, что снижает его надежность. Кроме того, при эксплуатации манипулятора, имеющиеся в хоботе, пары трения выделяют продукты износа, которые загрязняют рабочую среду и отрицательно сказываются на качестве продукции.The known solution has a complex structure, due to the presence of power devices, which reduces its reliability. In addition, during operation of the manipulator, existing in the trunk, friction pairs emit wear products that pollute the working environment and adversely affect the quality of products.

Известен также гибкий манипулятор, содержащий диски с центральным отверстием для гибкого элемента, эластичные емкости в виде гибких трубок, последовательно огибающих диски с наружной и внутренней стороны, и расположенных симметричного относительно гибкого элемента (2).Also known is a flexible arm containing disks with a central opening for a flexible element, elastic containers in the form of flexible tubes, successively enveloping disks from the outer and inner side, and located symmetrical with respect to the flexible element (2).

Работает манипулятор следующим образом.The manipulator works as follows.

В одну из трубок подают давление, и гибкий манипулятор изгибается в противоположную от этой трубки сторону. Необходимый для обеспечения работоспособности гидронасос или компрессор усложняет конструкцию манипулятора, делает ее громоздкой.Pressure is fed into one of the tubes, and the flexible arm bends in the direction opposite to this tube. The hydraulic pump or compressor necessary for ensuring operability complicates the design of the manipulator and makes it cumbersome.

В качестве прототипа взято гибкое плечо, содержащее прикрепленные к несущему звену первый, второй и третий элементы плеча, кинематически связанные элементами связи, выполненными в виде пар тяг, между собой и с приводами вращения и продольного перемещения. Причем каждая тяга одним концом шарнирно соединена с одним концом предыдущего элементы плеча, а другим шарнирно соединена с последующим элементом плеча. Первый, второй и третий элементы плеча выполнены в виде пары планок, широкие стороны которых обращены друг к другу и связаны с установленными между ними тремя продольными тягами (3).As a prototype, a flexible arm is taken, containing the first, second and third elements of the arm attached to the carrier link, kinematically connected by coupling elements made in the form of pairs of rods between themselves and with the drives of rotation and longitudinal movement. Moreover, each thrust with one end is pivotally connected to one end of the previous shoulder elements, and the other is pivotally connected to the subsequent shoulder element. The first, second and third elements of the shoulder are made in the form of a pair of slats, the wide sides of which face each other and are connected with three longitudinal rods installed between them (3).

Основным недостатком является наличие в его конструкции большого количества пар трения, находящихся непосредственно в зоне обслуживания. При работе манипулятора пары трения выделяют продукты износа, особенно в режиме сухого трения, которые загрязняют обрабатываемые образцы и, тем самым, снижают качество продукции.The main disadvantage is the presence in its design of a large number of friction pairs that are directly in the service area. During the operation of the manipulator, the friction pairs emit wear products, especially in the dry friction mode, which contaminate the processed samples and, thereby, reduce product quality.

Целью изобретения является повышение качества продукции за счет исключения из конструкции исполнительного органа пар трения, выделяющих при работе продукты износа.The aim of the invention is to improve the quality of products due to the exclusion from the design of the executive body of friction couples emitting wear products during operation.

Поставленная цель достигается тем, что в известном гибком исполнительном органе манипулятора, образованном подвижными элементами, шарнирно связанными между собой, согласно изобретению каждый шарнир выполнен в виде установленных крест-накрест плоских пружин, жестко прикрепленных к подвижным элементам, смежные шарниры сориентированы друг относительно друга взаимоперпендикулярно, а расположенные по торцам подвижные элементы соединены между собой гибкими тягами.This goal is achieved by the fact that in a known flexible actuator of a manipulator formed by moving elements pivotally connected to each other, according to the invention, each hinge is made in the form of flat springs fixed cross-wise, rigidly attached to moving elements, adjacent hinges are oriented relative to each other mutually perpendicularly, and the movable elements located at the ends are interconnected by flexible rods.

Отличительные от прототипа признаки являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе с ограничительными достаточны для достижения поставленной цели. Так выполнение шарнира в виде установленных крест-накрест плоских пружин, жестко прикрепленных к подвижным элементам позволяет исключить из конструкции гибкого исполнительного органа манипулятора пары трения а, тем самым, устранить попадание в зону обслуживания продуктов износа.Distinctive features of the prototype are essential, since each of them is necessary, and all together with the restrictive are sufficient to achieve the goal. So the execution of the hinge in the form of flat springs fixed cross-wise, rigidly attached to the movable elements makes it possible to exclude a friction pair from the design of the flexible actuator of the manipulator, thereby eliminating the ingress from entering the service area.

Взаимоперпендикулярная ориентация смежных шарниров обеспечивает гибкость исполнительного органа в двух перпендикулярных плоскостях. Гибкие тяги, соединяющие между собой, расположенные по торцам исполнительного органа, подвижные элементы, необходимы для обеспечения работоспособности исполнительного органа, так как они передают изгибающие усилия на подвижные элементы.The perpendicular orientation of adjacent hinges ensures the flexibility of the actuator in two perpendicular planes. Flexible rods connecting between themselves, located on the ends of the executive body, moving elements, are necessary to ensure the performance of the executive body, as they transmit bending forces to the moving elements.

Заявляемое решение отвечает критерию «существенные отличия», так как отличительные от прототипа признаки в исследованных аналогах не обнаружены.The claimed solution meets the criterion of "significant differences", since the distinctive features of the prototype in the studied analogues were not found.

Сущность изобретения пояснена чертежами. Где на фиг. 1 изображен общий вид гибкого исполнительного органа, на фиг. 2, 3, 4 - варианты исполнения отдельного звена исполнительного органа, на фиг. 5 - размер А-А фиг. 1, на фиг. 6 - разрез Б-Б фиг. 1.The invention is illustrated by drawings. Where in FIG. 1 shows a general view of a flexible executive body; FIG. 2, 3, 4 - versions of a separate unit of the executive body, in FIG. 5 - the size A-A of FIG. 1, in FIG. 6 is a section BB of FIG. one.

Гибкий исполнительный орган манипулятора образован из однотипных звеньев, состоящих из подвижных элементов 1, шарнирно связанных между собой плоскими пружинами 2. В каждом шарнире пружины 2 установлены крест-накрест относительно друг друга и прикреплены к подвижным элементам 1 винтами 3. Смежные шарниры сориентированы взаимоперпендикулярно.The flexible actuator of the manipulator is formed from uniform links consisting of movable elements 1, pivotally interconnected by flat springs 2. In each hinge springs 2 are set cross-wise relative to each other and attached to movable elements 1 by screws 3. Adjacent hinges are oriented mutually perpendicular.

Крайний подвижный элемент той части гибкого исполнительного органа, которая находится в рабочей камере, изготовлен с выступом 4. К выступу 4 привинчены плоские пружины 5, свободные концы которых прикреплены к наружным граням губок 6 захвата. Внутренние грани губок 6 соединены плоскими пружинными 7 со штоком 8, установленном на гибкой штанге 9. Другой конец гибкой штанги 9 жестко соединен со штоком 10 рукоятки управления 11, а сама штанга пропущена через сквозные отверстия 12, выполненные в подвижных элементах 1. Примыкающие к захвату рукоятка управления 11, подвижные элементы соединены между собой четырьмя гибкими тягами 13. Гибкий исполнительный орган манипулятора закреплен в проходке 14, установленной в стенке 15 камеры. По одну сторону от проходки 14 расположена ведущая часть гибкого исполнительного органа, соединенная с рукояткой управления 11. По другую сторону от проходки расположена ведомая часть гибкого исполнительного органа, соединенная с захватом.The extreme movable element of that part of the flexible actuator, which is located in the working chamber, is made with a protrusion 4. Flat springs 5 are screwed to the protrusion 4, the free ends of which are attached to the outer edges of the gripping jaws 6. The inner faces of the jaws 6 are connected by flat spring 7 with a rod 8 mounted on a flexible rod 9. The other end of the flexible rod 9 is rigidly connected to the rod 10 of the control handle 11, and the rod itself is passed through through holes 12 made in the moving elements 1. Adjacent to the grip the control handle 11, the movable elements are interconnected by four flexible rods 13. The flexible actuator of the manipulator is fixed in the penetration 14 installed in the wall 15 of the chamber. On one side of the penetration 14 is the leading part of the flexible actuator, connected to the control handle 11. On the other side of the penetration, the driven part of the flexible actuator, connected to the gripper, is located.

Работает гибкий исполнительный орган следующим образом.The flexible executive body works as follows.

Подвижные элементы могут поворачиваться один относительно другого, изгибая при этом плоские пружины 2. Поворот подвижных элементов осуществляется с помощью гибких тяг 13. Наклон захвата в нужном направлении осуществляют отводом рукоятки управления 11. При этом гибкая тяга 13, расположенная со стороны, противоположной направлению отклонения рукоятки управления, натягивается, а противолежащая гибкая тяга ослабевает. Усилие натяжения гибкой тяги деформирует плоские пружины 2 соответствующих шарниров и подвижные элементы 1 ведомой части исполнительного органа поворачиваются один относительно другого. В результате этого захват наклоняется в сторону, противоположную направлению отклонения рукоятки управления. После снятия управляющих усилий плоские пружины 2 восстанавливают свою форму и возвращают захват в исходное положение.The movable elements can be rotated relative to each other, while bending the flat springs 2. Rotate the movable elements by using flexible rods 13. Tilting the gripper in the right direction is performed by retracting the control handle 11. At the same time, the flexible rod 13 is located on the side opposite to the direction of deviation of the handle control, tensioned, and the opposing flexible thrust weakens. The tension force of the flexible thrust deforms the flat springs 2 of the respective hinges and the movable elements 1 of the driven part of the actuator rotate one relative to the other. As a result, the grip is tilted in the direction opposite to the direction of deflection of the control handle. After removing the control efforts, the flat springs 2 recover their shape and return the grip to the initial position.

Для осуществления захвата образца необходимо нажать на шток 10 рукоятки управления 11, который, перемещая гибкую штангу 9, шток 8 и плоские пружины 7, разводит губки 6, деформируя при этом плоские пружины 5. После подведения захвата к образцу снимают усилие со штока 10. Плоские пружины 5 и 7 восстанавливают свою форму и сводят губки 6, которые зажимают образец.To seize the sample, it is necessary to press the rod 10 of the control handle 11, which, moving the flexible rod 9, the rod 8 and the flat springs 7, spreads the jaws 6, thus deforming the flat springs 5. After applying the grip to the sample, relieve the force from the rod 10. Flat springs 5 and 7 restore their shape and reduce the jaws 6, which clamp the sample.

По сравнению с прототипом, заявляемый исполнительный орган обеспечивает более чистые условия обработки образцов. Что обусловлено отсутствием в нем пар трения, которые при работе выделяют продукты износа, загрязняющие рабочую среду.Compared with the prototype, the claimed executive body provides cleaner conditions for processing samples. This is due to the absence of friction pairs in it, which, during operation, emit wear products that pollute the working environment.

Кроме того, заявляемый исполнительный орган имеет более простую конструкцию, так как образован относительными узлами, состоящими из подвижных элементов и плоских пружин. Необходимо отметить также его работу в управлении, так как в отличие от прототипа он не содержит гидравлических механизмов.In addition, the claimed executive body has a simpler design, as it is formed by relative nodes consisting of moving parts and flat springs. It should also be noted his work in the management, since, unlike the prototype, it does not contain hydraulic mechanisms.

1. Патент СССР №285668, М. кл. B25J 3/00, 1971 г.1. Patent of the USSR No. 285668, M. class. B25J 3/00, 1971

2. Авт. свид. СССР №1335455, М. кл. B25J 18/06, 1987 г.2. Auth. swith USSR №1335455, M. class. B25J 18/06, 1987

3. Авт. свид. СССР №1 168039, М. кл. B25J/02, 1980 г. (прототип).3. Auth. swith USSR №1 168039, M. class. B25J / 02, 1980 (prototype).

Claims

A flexible actuator of the manipulator, formed by moving elements pivotally connected to each other, characterized in that each hinge is made in the form of flat springs fixed cross-wise, rigidly attached to the moving elements, the adjacent hinges being oriented relative to each other mutually perpendicularly, and the moving c elements are interconnected by flexible rods.