RU2716293C1

RU2716293C1 - Flexible executive member of manipulator

Info

Publication number: RU2716293C1
Application number: RU2019102546A
Authority: RU
Inventors: Александр Андреевич Никитин
Original assignee: Александр Андреевич Никитин
Priority date: 2019-01-29
Filing date: 2019-01-29
Publication date: 2020-03-11

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to manipulators manipulating objects at a distance in difficult conditions, for example, in a deep vacuum, radioactive or aggressive medium, at high pressure. Flexible actuating element of the manipulator is formed by movable elements 1 interconnected by means of hinges with fixed flat-cross flat springs 2. Adjacent hinges are mutually perpendicular to each other. End movable elements are connected by flexible rods 13. From one end to extreme movable element by means of flat springs 5 and 7 gripping jaws 6 are connected. From the other end control handle 11 is connected to the extreme movable element.

EFFECT: technical result consists in improvement of product quality.

1 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится 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 manipulators that manipulate objects at a distance in difficult conditions, for example, in a deep vacuum, in a radioactive or aggressive environment, 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).The trunk of a manipulator is known, formed by similar links movably interconnected, made in the form of hollow stepped rollers, the steps of a smaller diameter of which have a convex outer spherical surface, and the steps of a larger diameter have 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 using 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, the friction pairs that are present in the trunk release wear products that pollute the working environment and adversely affect the quality of the products.

В качестве прототипа взят 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).A flexible manipulator containing disks with a central hole for a flexible element, flexible containers in the form of flexible tubes sequentially enveloping the disks from the outside and inside, and located symmetrically with respect to the flexible element (2) is taken as a prototype.

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 applied to one of the tubes, and the flexible arm bends to the side opposite to that tube. The hydraulic pump or compressor necessary to ensure operability complicates the design of the manipulator, making it cumbersome.

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 product quality by eliminating friction pairs from the design of the executive body that produce 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 the known flexible executive body of the manipulator, formed by movable elements pivotally connected to each other, according to the invention, each hinge is made in the form of installed crosswise flat springs rigidly attached to the movable elements, adjacent hinges are oriented mutually perpendicular to each other, 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 signs from the prototype are significant, since each of them is necessary, and all together with the restrictive ones are sufficient to achieve the goal. So the implementation of the hinge in the form of installed crosswise flat springs rigidly attached to the movable elements allows you to exclude friction pairs from the design of the flexible Executive body of the manipulator and, thereby, eliminate the entry of wear products into 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 mutually perpendicular orientation of adjacent joints provides flexibility to the actuator in two perpendicular planes. Flexible rods connecting the movable elements located at the ends of the actuator, are necessary to ensure the operability of the actuator, as they transmit bending forces to the movable 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", as distinctive from the prototype features in the investigated analogues were not found.

Сущность изобретения пояснена чертежами. Где на фиг. 1 изображен общий вид гибкого исполнительного органа, на фиг. 2, 3, 4, 7 варианты исполнения отдельного звена исполнительного органа, на фиг. 9 - разрез А-А фиг. 1, на фиг. 3-9 разрез Б-Б фиг. 1, разрез В-В фиг. 3.The invention is illustrated by drawings. Where in FIG. 1 is a perspective view of a flexible actuator; FIG. 2, 3, 4, 7 options for the execution of a separate link of the executive body, in FIG. 9 is a section AA of FIG. 1, in FIG. 3-9 section BB of FIG. 1, section BB of FIG. 3.

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 of the same links consisting of movable elements 1 pivotally interconnected by flat springs 2. In each hinge, the springs 2 are mounted crosswise relative to each other and are attached to the movable elements 1 by screws 3. Adjacent hinges are oriented mutually perpendicularly.

Крайний подвижный элемент той части гибкого исполнительного органа, которая находится в рабочей камере, изтотовлен 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 executive body, 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 faces of the gripping jaws 6. The inner faces of the jaws 6 are connected by a 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 is passed through through holes 12 made in the movable elements 1. Adjacent to the gripper the control handle 11, the movable elements are interconnected by four flexible rods 13. A flexible actuator of the manipulator is fixed in the passage 14 installed in the wall 15 of the camera. 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 is the driven part of the flexible actuator connected to the grip.

Работает гибкий исполнительный орган следующим образом.A flexible executive body operates 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 one another, while bending the flat springs 2. The rotation of the movable elements is carried out using flexible rods 13. The tilt of the gripper in the right direction is carried out by the retraction of the control handle 11. In this case, the flexible rod 13 is located on the side opposite to the direction of deviation of the handle control, stretches, and the opposite flexible traction weakens. The tension force of the flexible rod deforms the flat springs 2 of the corresponding hinges and the movable elements 1 of the driven part of the actuator rotate relative to each other. As a result of this, the gripper tilts in the direction opposite to the direction of deviation of the control handle. After removing the control efforts, the flat springs 2 restore their shape and return the gripper to its original 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 capture 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, deforming the flat springs 5. After bringing the capture to the sample, the force is removed from the rod 10. Flat springs 5 and 7 restore their shape and bring together 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, the 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 movable elements and flat springs. It should also be noted his work in management, since, unlike the prototype, it does not contain hydraulic mechanisms.

Источники информацииSources of information

1. Патент СССР№285668, М. кл. В25J 3 /00, 1971 г.1. USSR patent No. 285668, M. cl. B25J 3/00, 1971

2. Авт. свид. СССР№1335455, М. кл. В25J 8/06, 1987 г.2. Auth. testimonial. USSR No. 1335455, M. cl. B25J 8/06, 1987

Claims

A flexible actuator of the manipulator, comprising a housing with movable elements interconnected by hinges, characterized in that each hinge is made in the form of installed crosswise flat springs rigidly attached to the movable elements, the adjacent hinges being oriented perpendicular to each other, and located at the ends the body, the movable elements are interconnected by flexible rods, each rod and each hinge provided with an intermediate element located between the parts of the housing, having an S-shape with cross-section, and an additional pair of springs.