SU1042989A1

SU1042989A1 - Manipulator arm

Info

Publication number: SU1042989A1
Application number: SU823451450A
Authority: SU
Inventors: Борис Алексеевич Петров
Original assignee: Ленинградский Завод Втуз При Объединении "Металлический Завод"
Priority date: 1982-06-11
Filing date: 1982-06-11
Publication date: 1983-09-23

Abstract

РУКА МАНИПУЛЯТОРА, содержаща подвижные звень , выполненные в виде цилиндрических корпусов с концентрически расположенными в них трубчатыми валами, на концах которых жестко, закреплены зубчатые колеса, причем каждый цилиндрический корпус подвижного звена св зан с цилиндрическим тройником, причем в тройниках расположены дифференциальные механизмы, включающие сателлитные конические зубчатые колеса дл передачи транзитных движений через звень , отличающа с тем, что, с целью снижени энерго- и металлоемкости и повыщени точности за счет облегчени конструкции, дифференциальные механизмы снабжены пустотелыми жестко соединенными по середине перемычками силовыми водилами, имеющими зубчатые колеса и размещенными на торцах тройников, причем на цилиндрических тройниках выполнены зубчатые венцы, при этом тройники и силовые водила дифференциальных механизмов образуют вращательные пары, оси которых вл ютс ос ми.изгиба последующего подвижного звена, при этом передаточные отношени цилиндричеса S ких зубчатых колес водил равны передаточному отнощению зубчатых венцов тройни (Л ков предыдущего и последующего подвижного звена.MANIPULATOR'S HAND, containing movable links made in the form of cylindrical bodies with tubular shafts concentrically arranged in them, at the ends of which the gears are rigidly fixed, each cylindrical case of the movable link connected to a cylindrical tee, and in the tees are differential mechanisms including satellite bevel gears for transmitting transit movements through links, in order to reduce energy and metal intensity and increase accuracy due to the simplified construction, differential mechanisms are provided with hollow rigidly connected in the middle with bridges power sows having gears and placed on the ends of tees, with gear rims on cylindrical tees, and the tees and power carriers of differential mechanisms form rotational pairs whose axes are axis of the following moving link, while the gear ratios of the cylindrical S of the cogwheels of the carrier are equal to the gear ratio of the tooth atyh rims triplets (A Cove previous and subsequent rolling unit.

Description

4 IsD4 IsD

;о;about

00 со00 with

Изобретение относитс к манипул торостроению и может быть использовано в Качестве исполнительных органов (ИО) манипул торов и роботов.The invention relates to manipulator torostroenii and can be used as an executive body (AI) manipulators and robots.

Одной из основных проблем в этой области вл етс проблема создани исполнительных органов, приближающихс по своим параметрам к руке человека.One of the main problems in this area is the problem of creating executive bodies that approach in their parameters to the human hand.

Известна рука манипул тора, содержаща подвижные звень , выполненные в виде цилиндрических корпусов с концентрически расположенными в них трубчатыми валами , на концах которых жестко закреплены зубчатые колеса, причем каждый цилиндрический корпус подвижного звена св зан с цилиндрическим тройником, причем в троиниках расположены дифференциальные механизмы , включающие сателлитные конические зубчатые колеса дл передачи транзисторных движений через звень 1. Недостатками известного устройства вл ютс расщепление плечевого звена на два параллельных участка, эксцентричное рас шложение кистевого звена относительно продольной оси предплечь , повышенна масса и габариты плеча, недостаточно оптимальна силова взаимосв зь движений. Целью изобретени вл етс снижение энерго- и металлоемкости и повыщение точности за счет облегчени конструкции. Цель достигаетс тем, что рука манипул тора , содержаща подвижноые звень , выполненные в виде цилиндрических корпусов с концентрически расположенными в них трубчатыми валами, на концах которых жестко закреплены зубчатые .колеса, причем каждый цилиндрический корпус подвижного звена св зан с цилиндрическим тройником , причем в тройниках расположены дифференциальные механизмы, включающие саттелитные конические зубчатые колеса дл передачи транзитных движений через звень , дифференциальные механизмы снабжены пустотелыми жестко соединенными по середине перемычками силовыми водилами , имеющими зубчатые колеса, и размещенными на торцах тройников, причем на цилиндрических тройниках выполнены зубчатые венцы, при этом тройники и силовые водила дифференциальных механизмов образуют вращательные пары, оси которых вл ютс ос ми изгиба поступающего .подвижного звена, при этом передаточные отнощени цилиндрических зубчатых колес водил равны передаточному отнощению зубчатых венцов тройников предыдущего и последующего подвижного звена. На чертеже показана кинематическа структура двухшарнирного участка предлагаемой руки манипул тора. Устройство содержит подвижные звень 1, 2 и 3 выполненные в виде цилиндрических корпусов с концентрически расположенными в них трубчатыми валами, на концах которых жестко закреплены ведущие и ведомые конические зубчатые колеса..The known manipulator arm contains movable links made in the form of cylindrical bodies with tubular shafts concentrically arranged in them, at the ends of which gears are rigidly fixed, each cylindrical case of the movable link being connected to a cylindrical tee, and differential mechanisms are located in the troynics, including satellite bevel gears for transmitting transistor movements through links 1. The disadvantages of the known device are the splitting of the shoulder link. on two parallel sections, the eccentric expansion of the wrist link with respect to the longitudinal axis of the forearm, the increased mass and dimensions of the shoulder, is not sufficiently optimal for the mutual interrelation of movements. The aim of the invention is to reduce energy and metal consumption and increase accuracy by simplifying the design. The goal is achieved by the fact that the manipulator arm contains movable links made in the form of cylindrical bodies with tubular shafts concentrically arranged in them, at the ends of which the gear wheels are rigidly fixed, each cylindrical case of the mobile link being connected to a cylindrical tee, and in tees there are differential mechanisms including satellite bevel gears for transmitting transit movements through links, differential mechanisms are provided with rigid hollow sockets bridge bridges with power gears having gears placed on the ends of tees, with gear rims on cylindrical tees, while the tees and power carriers of differential mechanisms form rotational pairs, the axes of which are the axes of bending of the incoming link and In this respect, the gear ratios of the cylindrical gears of the carrier are equal to the gear ratio of the gear rims of the tees of the previous and subsequent rolling element. The drawing shows the kinematic structure of the double-hinged portion of the proposed manipulator arm. The device contains movable links 1, 2 and 3 made in the form of cylindrical bodies with tubular shafts concentrically arranged in them, at the ends of which the driving and driven bevel gears are rigidly fixed.

Каждое подвижное звено оканчиваетс цилиндрическими тройниками 4, 5, б и 7, соединенными цилиндрическими корпусами либо жестко, либо через подщипники. (В последнем случае образуетс вращательна пара относительно продольной оси подвижного звена). Внутри тройников 4-7 равномерно по обе стороны от продольной оси расположены сателлитные конические зубчатые колеса трехзвенных дифференциальных механизмов , служащих дл передачи через шарнир транзитных движений. Вдоль по обе стороны от двух соседних тройников 4, 5 и 6, 7, образующих один щарнир, расположены силовые водила 8-11. Силовые водила выполнены в виде полых корпусов с жестко закрепленными на концах трубчатыми валами 1219 . Трубчатые валы 12-19 соосно установлены в тройниках 4-7 и образуют с ними вращательные пары, оси которых вл ютс ос ми изгиба подвижного звена 1-3. Причем суммарный угол изгиба подвижного звена 1-3 складываетс из угла изгиба подвижного звена 1-3 относительно нижней оси щарнира и из угла изгиба силовых водил 8-11 относительно верхней оси щарнира . Периферийные сателлитные зубчатые колеса 20-23, расположенные на горизонтальных ос х тройников 4 и 6, жестко посажены на трубчатые валы 12, 13 и 16, 17 силовых водил 8,9 и 10,11. Сателлитные зубчатые колеса трехзвенных дифференциальных механизмов транзитных движений через концент 1ически расположенные трубчатые валы 12-19 жестко соединены с цилиндрическими зубчатыми колесами, расположенными в полых корпусах силовых водил 8-11. Верхние и нижние цилиндрические зубчатые колеса одного р да сцеплены друг с другом через промежуточную паразитную передачу. На цилиндрической части тройников 4-7 по обе стороны от продольной оси имеютс зубчатые секторы, попарно вход щие в зацепление друг с другом. Дл компенсации противоположно направленных осевых сил, действующих вдоль горизонтальных осей щарниров, образующих Р передаче вращающих моментов попарно работающими сателлитами зубчатыми колесами 20-23 и дл придани требуемой жесткости щарнирам, силовые водила 8 и 9, а также 10 и 11 жестко соединены с двух противоположных сторон перемычками 24. Герметизаци щарниров,, как и в известном устройстве, осуществл етс дл движений изгиба подвижных звеньев - по внешним диаметрам трубчатых валов 12-19; дл движений вращени подвижных звеньев - по внешним или внутренним диаметрам продольных цилиндров т,ройников 4,5 и 7. Рука манипул тора работает следующим образом.Each movable link ends with cylindrical tees 4, 5, b and 7, connected by cylindrical housings either rigidly or via spacers. (In the latter case, a rotational pair is formed relative to the longitudinal axis of the moving link). Inside the tees 4–7, satellite bevel gears of three-stage differential mechanisms are located uniformly on both sides of the longitudinal axis, which serve to transfer transit movements through the hinge. Along on both sides of the two adjacent tees 4, 5 and 6, 7, forming one joint, are located power drove 8-11. Power carrier is made in the form of hollow shells with tubular shafts 1219 rigidly fixed to the ends. The tubular shafts 12-19 are coaxially mounted in the tees 4-7 and form with them rotational pairs, the axes of which are the axes of bending of the movable link 1-3. Moreover, the total bending angle of the moving link 1-3 is folded from the bending angle of the moving link 1-3 relative to the lower axis of the joint and from the bending angle of the power carrier 8-11 relative to the upper axis of the joint. Peripheral satellite gears 20-23, located on the horizontal axes of tees 4 and 6, are rigidly mounted on tubular shafts 12, 13 and 16, 17 power drove 8.9 and 10.11. The satellite gears of the three-stage differential mechanisms of transit movements through the concentrically arranged tubular shafts 12-19 are rigidly connected to cylindrical gears located in hollow housings of power drives 8-11. The upper and lower cylindrical gears of the same series are linked to each other through an intermediate parasitic transmission. On the cylindrical part of the tees 4-7, on either side of the longitudinal axis, there are jagged sectors that are pairwise meshed with each other. To compensate for the oppositely directed axial forces acting along the horizontal axes of the hinges, which form the P transmission of torque, the gears 8 and 9, as well as 10 and 11, are rigidly connected on two opposite sides to give the required stiffness to the hinges. by bridges 24. Sealing of the hinges, as in the known device, is carried out for movements of the bending of the moving links - according to the external diameters of the tubular shafts 12-19; for the motions of rotation of the moving links — according to the external or internal diameters of the longitudinal cylinders, and the riders 4.5 and 7. The manipulator arm works as follows.

При вращении двух ведущих трубчатых валов 25 и 26 в разные стороны с одинаковой по величине скоростью сателлитные зубчатые колеса 20 и 21 поворачиваютс относительно горизонтальной оси шарнира в одну сторону, в ту же сторон.у разворачиваютс и жестко св занные с ними силойые водила 8 и 9. Поворот водил 8 и 9 относительно верхней горизонтальной оси шарнира и неподви,жн6м тройнике 4 вызывает поворот в ту же сторону нижнего тройника 5 относительно его горизонтальной оси.When the two leading tubular shafts 25 and 26 rotate in opposite directions with the same speed, the satellite gears 20 and 21 rotate relative to the horizontal axis of the hinge in one direction, and the rigidly connected forces of the carrier 8 and 9 turn in the same direction. The rotation of the carrier 8 and 9 relative to the upper horizontal axis of the hinge and the clamp, tee 4 tee causes the rotation in the same direction of the lower tee 5 relative to its horizontal axis.

Характерно отметить, что предельна величина угла изгиба может составить 1180°, что вл етс преимуществом предлагаемой схемы устройства.It is characteristic to note that the limiting bending angle can be as high as 1180 °, which is an advantage of the proposed device scheme.

При вращении трубчатых валов 25 и 26 с одной и той же скоростью и в одном и том же направлении сателлитные зубчатые колеса 20 и 21, а с ними и силовые водила 8 и 9, стрем тс развернутьс в разных направлени х , но так как это невозможно (водила св заны жесткими перемычками 24), то образуетс вращающий момент, привод щий во вращейие тройник 4 шарнира относительно его продольной оси. Так обеспечиваетс вращение шарнира относительно продольной оси предыдущего подвижного звена или продольной неподвижного основани .When the tubular shafts 25 and 26 rotate at the same speed and in the same direction, the satellite gears 20 and 21, and with them the power carriers 8 and 9, tend to turn in different directions, but since this is not possible (the carriers are connected by rigid jumpers 24), then a torque is generated, which causes the hinge tee 4 to rotate about its longitudinal axis. This ensures that the hinge rotates relative to the longitudinal axis of the previous movable link or the longitudinal fixed base.

Вращением ведущих трубчатых валов 27 и 28 обеспечиваетс работа нижнего шарнира . Принцип его работы аналогичен рассмотренному принципу работы верхнего шарнира.By rotating the leading tubular shafts 27 and 28, the lower hinge is operated. The principle of its operation is similar to the considered principle of operation of the upper hinge.

Каждое автономное движение в шарйире (вращение шарнира относительно продольной оси предыдущего подвижного звена , изгиб последующего подвижного звена относительно горизонтальных осей щарнира ) обеспечиваютс совместной работой двух приводов. Причем при одинаковых скорост х приводов существует либо движение вращени , либо движение изгиба, а при разных скорост х в щарнире одновременно существуют оба вида движений.Each autonomous movement in the linker (rotation of the hinge relative to the longitudinal axis of the previous movable link, bending of the subsequent moving link relative to the horizontal axes of the hinge) is provided by the joint operation of two drives. Moreover, at the same drive speeds, there is either a rotational movement or a bending movement, and at different speeds in the joint, both types of movements simultaneously exist.

Если требуетс исключить какоеЛибо из движений, то два соответствующих трубчатых вала, например 25 и 26, при этом должны быть состыкованы с одним приводом таким образом, чтобы обеспечивалось либо их одинаковое и согласное вращение (сохран етс только вращение шарнира относительно продольной оси предыдущего звена), либо одинаковые по величине и про-тивоположные по направлению вращени (сохран етс только движение изгиба пocлe дуюш ,его подвижного звена относительно горизонтальных осей шарнира).If it is required to exclude any of the movements, then two corresponding tubular shafts, for example, 25 and 26, must be joined with one drive in such a way that either their identical and consistent rotation is ensured (only the rotation of the hinge relative to the longitudinal axis of the previous link is maintained) or the same in size and opposite in the direction of rotation (only the movement of the bend after the swing of its moving link relative to the horizontal axes of the hinge is preserved).

Из рассмотрени принципа работы пред . лагаемого устройства следует, что при вращении шарнира относительно продольнойFrom consideration of the principle of work before. the lagged device, it follows that when the hinge rotates relative to the longitudinal

оси предыдущего звена и остановленньЬ(axes of the previous link and stopped (

приводах всех последующих движений всеdrives all subsequent movements all

ведущие трубчатые валы 27 и 28, кромеleading tubular shafts 27 and 28 except

двух периферийных 25 и 26, остановлены,two peripheral 25 and 26, stopped,

все сателлитные зубчатые колеса 20 и 21all satellite gears 20 and 21

тройника 4 будут паразитно обкатыватьс вокруг соответствующих зубчатых колес остановленных трубчатых валов 25 и 26. Таким образом, в предлагаемом устройстве,the tee 4 will parasitically run around the respective gears of the stopped tubular shafts 25 and 26. Thus, in the proposed device,

как и в известном, существует пар взитналas in the famous, there is a pair of waves

кинематическа взаимосв зь движений вkinematic interrelation of movements in

последующих звень х при вращении предыдущих .subsequent links in the rotation of the previous ones.

При выполнении движений изгиба подвижного звена относительно оси шарнира и остановленных приводах всех последующих подвижных звеньев 2 и 3, все-сателлитные зубчатые колеса 20 и 21 тройника 4 неподвижны, а цилиндрические паразитные зубчатые колеса при повороте силовых водил 8 и 9 обкатываютс относительно неподвижных зубчатых цилиндрическихWhen performing movements of the bend of the movable link relative to the axis of the hinge and the stopped drives of all subsequent movable links 2 and 3, all satellite gears 20 and 21 of the tee 4 are fixed, and cylindrical parasitic gears turn relative to the fixed gear cylindrical

колес, жестко сочлененных трубчатыми валами с сателлитами коническими колесами 20 и 21 тройника 4. Очевидно, что сателлитные зубчатые колеса 22 и 23 тройника 5 будут поворачиватьс синфазно с ним,если обеспечить равенство по величине и по знаку передаточных отношений между зубчатыми секторами тройников 4 и б и ведущим и ведомым цилиндрическими зубчатыми колесами верхней и нижней осей шарнира. Таким образом, при равенстве отношений в манипул торе отсутствует паразитна кинематическа взаимосв зь последующих движений при изгибу предыдущих подвижных звеньев.wheels rigidly jointed by tubular shafts with satellite bevel wheels 20 and 21 of tee 4. Obviously, satellite gear wheels 22 and 23 of tee 5 will rotate in-phase with it, if the gear ratios between the toothed sectors of tees 4 and b are equal and the driving and driven spur gears of the upper and lower hinge axles. Thus, with equal relationships in the manipulator, there is no parasitic kinematic relationship between subsequent movements when bending previous moving links.

Отсутствие кинематической взаимосв зи при изгибе подвижных звеньев создает вThe lack of kinematic interconnection in the bending of moving links creates in

предлагаемом устройстве возможность максимального использовани силовой взаимосв зи .The proposed device can maximize the use of power interconnection.

Это более оптимальный вариант распределени нагрузок по приводам движений. В результате потребл ема мо цность предлагаемого устройства при прочих равных услови х, более чем на 30% ниже , чем у известных и в 3 раза ниже чем у манипул торов со встроенными в суставы приводами . При этом обеспечиваетс минимум массогабаритных параметров руки при высокой надежности работы в экстремальной среде.This is a more optimal way to distribute the load on the drive drives. As a result, the power consumption of the proposed device, all other things being equal, is more than 30% lower than that of the known and 3 times lower than that of the manipulators with actuators built into the joints. At the same time, there is a minimum of weight and size parameters of the hand, with high reliability in extreme environments.

1one

rxJrxJ

9 Z19 Z1

-x-x

4: four:

/4/four

//

Claims

MANIPULATOR'S HAND, containing movable links made in the form of cylindrical housings with tubular shafts concentrically located in them, at the ends of which gears are rigidly fixed, each cylindrical housing of the movable link being connected to a cylindrical tee, and differential mechanisms including satellite bevel gears for the transmission of transit movements through links, characterized in that, in order to reduce energy and metal consumption and improve accuracy in seconds There are simplifications of the design, differential mechanisms are equipped with hollow power carriers rigidly connected in the middle by jumpers having gear wheels and placed on the ends of the tees, gear crowns being made on cylindrical tees, while the tees and power carriers of the differential mechanisms form rotational pairs whose axes are axes. subsequent bending of the movable link, wherein the transmission ratio _with FIR cylindrical gears are led peredatoch- SS Nome relative toothing tees in the previous and subsequent rolling unit.

SU „, .1042989