RU60891U1

RU60891U1 - ANTROPOMORPHIC ROBOT MANIPULATOR BRUSH

Info

Publication number: RU60891U1
Application number: RU2006133874/22U
Authority: RU
Inventors: Олег Владимирович Толстель; Валерий Викторович Величко; Сергей Михайлович Куницын
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Алгоритм-Робо"
Priority date: 2006-09-25
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2007-02-10

Abstract

Область применения: - робототехника. Полезная модель может быть использована в исполнительных органах манипуляторов роботов различного назначения Сущность полезной модели: кисть манипулятора робота по форме подобна руке человека, содержит пять пальцев, ладонь и механизм сгибания. Пальцы состоят из фаланг 1, выполненных в виде пластин 2. Смежные фаланги соединены между собой посредством валиков 3 таким образом, что они имеют возможность свободного поворота относительно друг друга. Ладонь выполнена в виде трех платформ 7, 8, 9, шарнирно соединенных между собой с возможностью поворота платформ относительно друг друга посредством валов 6, жестко закрепленных на средней платформе 7, причем нижние фаланги указательного и среднего пальцев соединены со средней платформой 7, нижние фаланги мизинца и безымянного соединены с одной из крайних платформ 8, а нижняя фаланга большого пальца соединена с другой крайней платформой 9. Механизм сгибания содержит четыре привода, три из которых установлены на средней платформе 7, а один - на крайней платформе 9, причем один крайний привод, установленный на средней платформе, соединен тягами с фалангами 1 мизинца, безымянного и среднего пальцев, другой крайний привод, установленный на средней платформе 7, соединен тягами 11 с фалангами указательного пальца, средний привод, установленный на средней платформе 7, соединен тягами 12 с крайними платформами 8 и 9, привод, установленный на крайней платформе 9, соединен тягами 11 с фалангами 1 большого пальца. На верхних фалангах 1 всех пальцев и на ладони установлены датчики усилия сжатия 16. Кисть помещена в эластичную оболочку 20. При команде, например, «нажатие кнопки», поступает сигнал на включение только привода 10, установленного на платформе 9, натягиваются тяги 11, соединенные с фалангами 1 большого пальца, происходит сгибание только большого пальца. Аналогичным образом для сгибания только указательного пальца включают крайний привод 10, установленный на средней платформе 7 ладони.Scope: - Robotics. The utility model can be used in the executive organs of robotic arms for various purposes. The essence of the utility model: the robot arm of a robot is similar in shape to a human hand, contains five fingers, a palm and a folding mechanism. The fingers consist of phalanges 1 made in the form of plates 2. Adjacent phalanges are interconnected by means of rollers 3 so that they have the possibility of free rotation relative to each other. The palm is made in the form of three platforms 7, 8, 9, pivotally interconnected to rotate the platforms relative to each other by means of shafts 6, rigidly mounted on the middle platform 7, the lower phalanges of the index and middle fingers connected to the middle platform 7, lower phalanxes of the little finger and the ring ring are connected to one of the extreme platforms 8, and the lower phalanx of the thumb is connected to the other extreme platform 9. The folding mechanism contains four drives, three of which are mounted on the middle platform 7, and one on the primary platform 9, with one extreme drive mounted on the middle platform connected by rods to the phalanxes 1 of the little finger, ring and middle fingers, the other extreme drive mounted on the middle platform 7, connected by rods 11 with the phalanges of the index finger, the average drive mounted on the middle platform 7, connected by rods 12 to the extreme platforms 8 and 9, the drive mounted on the extreme platform 9, connected by rods 11 with the phalanges 1 of the thumb. Sensors of compression force 16 are installed on the upper phalanges 1 of all fingers and on the palm of the hand. The brush is placed in an elastic shell 20. When a command, for example, “presses a button”, a signal is received to turn on only the drive 10 installed on the platform 9, the rods 11 connected with phalanges of 1 thumb, only the thumb is bent. Similarly, to bend only the index finger include an extreme drive 10 mounted on the middle platform 7 of the palm.

Description

Полезная модель относится к области робототехники и может быть использована в исполнительных органах манипуляторов роботов различного назначения.The utility model relates to the field of robotics and can be used in the executive bodies of robotic arms for various purposes.

Известен схват руки робота, имеющий вид «варежки» и состоящий из 2-х частей: одна часть представляет собой подвижный элемент, который крепится на оси второй части, состоящей из 3-х металлических пластин, соединенных шарнирами. К внутренним сторонам каждой из частей жестко закреплены пневматические плоские мышцы. При подведении схвата к объекту в мышцы подают газ и они надуваются, при этом происходит обволакивание объекта любой формы и стягивание обеих частей схвата. [Патент РФ №2247650, МПК B 25 J 18/00, 2003 г.]A well-known grip of a robot arm, having the form of “mittens” and consisting of 2 parts: one part is a movable element that is mounted on the axis of the second part, consisting of 3 metal plates connected by hinges. Pneumatic flat muscles are rigidly fixed to the inner sides of each part. When the grip is brought to the object, gas is supplied to the muscles and they are inflated, while an object of any shape is enveloped and both parts of the grip are pulled together. [RF patent №2247650, IPC B 25 J 18/00, 2003]

Однако данный схват не может быть использован в антропоморфных роботах, т.к. пневматический привод, как правило, имеет достаточно крупные размеры, а также не может совершать прецизионные движения или движения, подобные движениям человеческих пальцев, например, нажатие кнопки.However, this grip cannot be used in anthropomorphic robots, as a pneumatic actuator, as a rule, has a sufficiently large size, and also can not make precision movements or movements similar to the movements of human fingers, for example, pressing a button.

Известен схват манипулятора, принятый за прототип, предназначенный для погрузки-разгрузки грузов, упакованных в мешки [Патент РФ №2062221, МПК B 25 J 15/00, 1992 г.]. Схват содержит корпус, две пары гибких пальцев, расположенных в два ряда и состоящих из фасонных звеньев, установленных на упругой ленте. Фасонные звенья посредством траверс соединены с гибкими тягами, концы которых крепятся к приводу перемещения гибких пальцев.Known grip manipulator, adopted for the prototype, designed for loading and unloading goods packed in bags [RF Patent No. 2062221, IPC B 25 J 15/00, 1992]. The grip comprises a housing, two pairs of flexible fingers arranged in two rows and consisting of shaped links mounted on an elastic tape. Shaped links by means of traverses are connected to flexible rods, the ends of which are attached to the drive for moving flexible fingers.

Однако известное устройство имеет ограниченную ориентацию в пространстве и может быть применено только для выполнения узкого круга задач: работа с объектом определенной формы и заданным весом.However, the known device has a limited orientation in space and can only be used to perform a narrow range of tasks: work with an object of a certain shape and a given weight.

При создании полезной модели решалась задача расширения функциональных возможностей робота за счет обеспечения захвата кистью манипулятора объектов разной When creating a useful model, the task of expanding the robot's functional capabilities was solved by ensuring the capture of objects of different objects by the brush of the manipulator

формы в широком диапазоне весов, а также выполнения других задач, при выполнении которых возможны движения, подобные движениям руки человека.forms in a wide range of weights, as well as performing other tasks that can cause movements similar to those of a person’s hand.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном устройстве, содержащем пальцы и механизм сгибания, включающем привод и тяги, соединенные с пальцами, кисть по форме подобна кисти руке человека, содержит пять пальцев, каждый из которых состоит из фаланг, выполненных в виде пластин, причем смежные фаланги соединены между собой посредством валиков таким образом, что они имеют возможность свободного поворота относительно друг друга, и ладонь, выполненную в виде трех платформ, шарнирно соединенных между собой с возможностью поворота платформ относительно друг друга посредством валов, жестко закрепленных на средней платформе, причем нижние фаланги указательного и среднего пальцев соединены со средней платформой, нижние фаланги мизинца и безымянного соединены с одной из крайних платформ, а нижняя фаланга большого пальца соединена с другой крайней платформой, механизм сгибания содержит четыре привода, три из которых установлены на средней платформе, а один - на крайней платформе, причем один крайний привод, установленный на средней платформе, соединен тягами с фалангами мизинца, безымянного и среднего пальцев, другой крайний привод, установленный на средней платформе, соединен тягами с фалангами указательного пальца, средний привод, установленный на средней платформе, соединен тягами с крайними платформами, привод, установленный на крайней платформе, соединен тягами с фалангами большого пальца, а на верхних фалангах всех пальцев и на ладони установлены датчики усилия сжатия.The problem is solved due to the fact that in the known device containing fingers and a bending mechanism, including a drive and traction connected to the fingers, the brush is similar in shape to a human hand, contains five fingers, each of which consists of phalanges made in the form of plates moreover, adjacent phalanges are interconnected by means of rollers in such a way that they have the possibility of free rotation relative to each other, and the palm, made in the form of three platforms, pivotally connected to each other with the ability to rotate pl atorms relative to each other by means of shafts rigidly fixed on the middle platform, the lower phalanges of the index and middle fingers connected to the middle platform, the lower phalanges of the little finger and ring finger connected to one of the extreme platforms, and the lower phalanx of the thumb connected to the other extreme platform, the folding mechanism contains four drives, three of which are installed on the middle platform, and one on the extreme platform, and one extreme drive mounted on the middle platform is connected by rods to the phalanges little finger, ring and middle fingers, the other extreme drive mounted on the middle platform is connected by rods to the phalanxes of the index finger, the middle drive mounted on the middle platform is connected by rods to the extreme platforms, the drive mounted on the extreme platform is connected by rods to the phalanx of the thumb , and on the upper phalanges of all fingers and on the palm are installed compression force sensors.

Конструктивное выполнение кисти манипулятора подобным руке человека позволяет значительно расширить функции, выполняемые роботом.The constructive execution of the manipulator brush by a similar to a human hand allows significantly expand the functions performed by the robot.

Выполнение механизма в виде четырех приводов, управляющих отдельными пальцами и ладонью, позволяет охватывать объекты любой формы.The execution of the mechanism in the form of four drives that control individual fingers and palm, allows you to cover objects of any shape.

Установка датчиков усилия сжатия позволяет точно фиксировать момент контакта кисти с объектом, а также предотвращает «раздавливание» хрупких объектов за счет ограничения усилия сжатия.Installing compression force sensors allows you to accurately capture the moment of contact of the brush with the object, and also prevents the "crushing" of fragile objects by limiting the compression force.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен вид сверху на тыльную сторону кисти; на фиг.2 - вид А (кисть в исходном положении) на фиг.3 - вид А (кисть в положении «согнутый палец»); на фиг.4 - разрез Б-Б датчика усилия сжатия; на фиг.5 - местный разрез В; на фиг.6 - местный разрез Г; на фиг.7 - местный разрез Д.The utility model is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a top view of the back of the brush; figure 2 - view A (brush in the initial position) in figure 3 - view A (brush in the "bent finger" position); figure 4 is a section bB of the compression force sensor; figure 5 is a local section; figure 6 is a local section G; 7 is a local section D.

Кисть манипулятора содержит пять пальцев, каждый из которых состоит из трех (указательный, средний и безымянный) или двух (большой и мизинец) фаланг 1, ладонь, состоящую из 3-х частей, и механизм сгибания пальцев и ладони. Каждая фаланга 1 (кроме верхней фаланги) выполнена из двух параллельно расположенных пластин 2. Верхняя фаланга 1 выполнена из пластины в форме буквы «П». Смежные фаланги 1 соединены между собой посредством валика 3 таким образом, что они имеют возможность свободного поворота относительно друг друга. Причем нижние концы пластин 2 каждой фаланги жестко зафиксированы на валике 3 с помощью фиксатора 4, выполненного в виде, например, стопорной гайки. На концы валика 3 с обеих сторон одеты пружинки вращения 5, концы которых закреплены на смежных пластинах 2 фаланг 1 (фиг.5).The manipulator brush contains five fingers, each of which consists of three (index, middle and ring) or two (large and pinky) phalanx 1, a palm consisting of 3 parts, and a mechanism for bending the fingers and palm. Each phalanx 1 (except the upper phalanx) is made of two parallel plates 2. The upper phalanx 1 is made of a plate in the shape of the letter “P”. Adjacent phalanges 1 are interconnected by means of a roller 3 so that they have the possibility of free rotation relative to each other. Moreover, the lower ends of the plates 2 of each phalanx are rigidly fixed on the roller 3 using the latch 4, made in the form of, for example, a lock nut. On the ends of the roller 3 on both sides are dressed springs of rotation 5, the ends of which are fixed on adjacent plates 2 of the phalanx 1 (figure 5).

Ладонь состоит из 3-х платформ, шарнирно соединенных между собой с возможностью поворота платформ относительно друг друга посредством валов 6, жестко закрепленных на средней платформе 7. На концы валов 6 также с обеих сторон одеты пружинки вращения 5 (фиг.7). Концы нижних фаланг 1 указательного и среднего пальцев шарнирно соединены со средней платформой 7, концы нижних фаланг 1 мизинца и безымянного соединены с крайней платформой 8, а конец нижней фаланги 1 большого пальца соединен с крайней платформой 9.The palm consists of 3 platforms pivotally connected to each other with the possibility of rotation of the platforms relative to each other by means of shafts 6, rigidly fixed to the middle platform 7. The ends of the shafts 6 are also equipped with rotation springs 5 on both sides (Fig. 7). The ends of the lower phalanges 1 of the index and middle fingers are pivotally connected to the middle platform 7, the ends of the lower phalanges 1 of the little finger and ring ring are connected to the extreme platform 8, and the end of the lower phalanx 1 of the thumb is connected to the extreme platform 9.

Механизм сгибания содержит четыре привода, содержащих мотор-редукторы 10, три из которых установлены на средней платформе 7, а один - на крайней платформе 9. Крайние мотор-редукторы 10, установленные на платформе 7, и мотор-редуктор 10, установленный на платформе 9, посредством тяг, выполненных в виде тросиков 11, соединены с фалангами 1 пальцев. Средний мотор-редуктор 10, установленный на платформе 7, тягами, выполненными в виде тросов 12, соединен с платформами 8 и 9. На винтовом валу 13 каждого мотор-редуктора 10 навинчена гайка 14, перемещающаяся по направляющим 15, закрепленных на платформе и выполненными в виде гладких стержней, проходящих через отверстия в гайке 14 (фиг.6). На гайке 14 крайнего мотор-редуктора 10, установленного на средней платформе 7, жестко закреплены тросики 11, другой конец которых жестко закреплен на соответствующих валиках 3 мизинца, безымянного и среднего пальцев. На гайке 14 другого крайнего мотор-редуктора 10, установленного на средней платформе 7, аналогично закреплены тросики 11 от указательного пальца. На гайке 14 мотор-редуктора 10, установленного на крайней платформе 9 закреплены тросики 11, идущие от большого пальца. На гайке 14 среднего мотор-редуктора 10, установленного на средней платформе 7, закреплены тросы 12, другие разветвленные концы которых жестко закреплены в нескольких местах на крайних платформах 8 и 9.The bending mechanism contains four drives containing gear motors 10, three of which are installed on the middle platform 7, and one on the extreme platform 9. The extreme gear motors 10 mounted on the platform 7, and the gear motor 10 mounted on the platform 9 , through rods made in the form of cables 11 are connected to the phalanges 1 of the fingers. The average gear motor 10 mounted on the platform 7, rods made in the form of cables 12, is connected to the platforms 8 and 9. On the screw shaft 13 of each gear motor 10 a nut 14 is screwed, moving along the guides 15 mounted on the platform and made in in the form of smooth rods passing through the holes in the nut 14 (Fig.6). On the nut 14 of the extreme gear motor 10 mounted on the middle platform 7, cables 11 are rigidly fixed, the other end of which is rigidly fixed to the corresponding rollers 3 of the little finger, ring and middle fingers. On the nut 14 of the other extreme gear motor 10 mounted on the middle platform 7, cables 11 from the index finger are likewise fixed. On the nut 14 of the gearmotor 10 mounted on the extreme platform 9, cables 11 are secured from the thumb. On the nut 14 of the middle gear motor 10 mounted on the middle platform 7, cables 12 are fixed, the other branched ends of which are rigidly fixed in several places on the extreme platforms 8 and 9.

На верхних фалангах 1 всех пальцев и на ладони установлены датчики усилия сжатия 16, выполненные в виде двух микропереключателей 17, установленных в корпусе 18 один над другим, и размещенной между ними пружиной 19, усилие сжатия которой рассчитано на определенный интервал нагрузок (фиг.4). Датчики усилия сжатия 16 соединены с системой управления механизмом сгибания (на чертеже) не показана. Кисть помещена в эластичную оболочку 20.On the upper phalanges 1 of all fingers and on the palm of the hand, sensors of compression force 16 are installed, made in the form of two microswitches 17 installed in the housing 18 one above the other and placed between them by spring 19, the compression force of which is designed for a certain load interval (Fig. 4) . The sensors of the compression force 16 are connected to the control system of the bending mechanism (not shown). The brush is placed in an elastic shell 20.

Кисть работает следующим образом.The brush works as follows.

В исходном положении фаланги пальцев 1 и ладонь распрямлены (см. фиг.1, 2). При команде «захват объекта, имеющего большую кривизну», например круглого, от системы управлении поступает сигнал на включение всех мотор-редукторов 10. При вращении вала 13 навинченная на него гайка 14 начинает перемещаться вдоль вала без вращения, т.к. этому препятствуют направляющие 15, натягиваются тросики 11 и тросы 12, происходит поворот валиков 3 и, соответственно фаланг 1 относительно друг друга, а также поворот крайних платформ 8 и 9 относительно средней платформы 7, т.е. осуществляется сгибание пальцев и ладони и происходит охват объекта. При повороте фаланг и платформ пружинки вращения 5 также закручиваются и находятся в «заведенном» состоянии. При контакте верхнего микропереключателя 17 датчика усилия сжатия 16 с поверхностью объекта этот микропереключатель 17 перемещается и давит на пружину 19, происходит ее сжатие до момента контакта верхнего микропереключателя с нижним. При этом на систему управления механизмом сгибания поступает сигнал и мотор-редукторы 10 выключаются.In the initial position, the phalanges of the fingers 1 and the palm are straightened (see figures 1, 2). When the command "capture of an object having a large curvature", for example round, from the control system receives a signal to turn on all gear motors 10. When the shaft 13 is rotated, the nut 14 screwed on it starts to move along the shaft without rotation, because The guides 15 prevent this, the cables 11 and the cables 12 are pulled, the rollers 3 and, accordingly, the phalanges 1 rotate relative to each other, as well as the extreme platforms 8 and 9 rotate relative to the middle platform 7, i.e. bending of fingers and palms is carried out and the object is covered. When turning the phalanges and platforms, the springs of rotation 5 are also twisted and are in the “wound” state. When the upper microswitch 17 of the compression force sensor 16 contacts the object surface, this microswitch 17 moves and presses on the spring 19, it is compressed until the upper microswitch contacts the lower one. At the same time, a signal is supplied to the control system of the bending mechanism and the gear motors 10 are turned off.

Для возврата в исходное положение («разжатие») подают сигнал на вращение валов 13 в обратную сторону, гайки 14 при этом двигаются в противоположном направлении и ослабляют натяжение тросиков 11 и тросов 12, пружинки вращения 5 возвращаются в исходное «ненагруженное» состояние и разворачивают валики 3 и валы 6, соответственно при этом фаланги 1 пальцев и ладонь возвращаются в исходное положение.To return to its original position (“release”), a signal is sent to rotate the shafts 13 in the opposite direction, the nuts 14 move in the opposite direction and weaken the tension of the cables 11 and cables 12, the springs of rotation 5 return to their original “unloaded” state and deploy the rollers 3 and shafts 6, respectively, while the phalanges 1 of the fingers and palm return to their original position.

При команде, например, «нажатие кнопки», поступает сигнал на включение только мотор-редуктора 10, установленного на платформе 9, натягиваются тросики 11, соединенные с фалангами 1 большого пальца, происходит сгибание только большого пальца. Аналогичным образом для сгибания только указательного пальца включают крайний мотор-редуктор 10, установленный на средней платформе 7 ладони (фиг.3).When the command is, for example, “pressing a button”, a signal is received to turn on only the gear motor 10 mounted on the platform 9, the cables 11 are connected, connected to the phalanges 1 of the thumb, only the thumb is bent. Similarly, to bend only the index finger include the extreme gear motor 10 mounted on the middle platform 7 of the palm (figure 3).

Claims

1. The brush of the manipulator of the anthropomorphic robot, containing fingers and a bending mechanism, including a drive and traction connected to the fingers, characterized in that the brush is similar in shape to a human hand, contains five fingers, each of which consists of phalanges made in the form of plates, moreover adjacent phalanges are interconnected by means of rollers in such a way that they have the possibility of free rotation relative to each other, and the palm, made in the form of three platforms, pivotally connected to each other with the possibility of rotation of the platforms relative to each other by means of shafts rigidly fixed on the middle platform, the lower phalanges of the index and middle fingers connected to the middle platform, the lower phalanges of the little finger and ring finger connected to one of the extreme platforms, and the lower phalanx of the thumb connected to the other extreme platform, the folding mechanism contains four drives, three of which are mounted on the middle platform, and one on the extreme platform, and one extreme drive mounted on the middle platform is connected by rods to the phalanges of the little fingers and, the ring finger and middle finger, the other extreme drive mounted on the middle platform is connected by rods to the phalanxes of the index finger, the middle drive mounted on the middle platform is connected by rods to the extreme platforms, the drive mounted on the extreme platform is connected by rods to the phalanxes of the thumb , and on the upper phalanges of all fingers and on the palm are installed compression force sensors.

2. The brush of the anthropomorphic robot manipulator according to claim 1, characterized in that the upper phalanges of all fingers are made in the form of U-shaped plates, and the remaining phalanges are made in the form of two parallel plates.

3. The brush of the anthropomorphic robot manipulator according to claim 1, characterized in that each drive contains a gear motor, on the screw shaft of which a nut is screwed, moving along the guides mounted on the platform and made in the form of smooth rods passing through the holes in the nut, and rods fixed at one end to the phalanges and at extreme platforms, the other end fixed to the nut.

4. The brush of the anthropomorphic robot manipulator according to claim 1, characterized in that rotation springs are worn on the ends of the rollers and shafts on both sides.

5. The brush of the anthropomorphic robot manipulator according to claim 1, characterized in that the compression force sensor is made in the form of two microswitches installed in the housing one above the other and a spring placed between them, the compression force of which is designed for a certain load interval.