SU1115898A1 - Манипул тор - Google Patents

Abstract

МАНИПУЛЯТОР, содержащий св занные с приводами n-i-k подвижных звеньев , выполненных каждое в виде цилиндрических корпусов с концентрически расположенными в них трубчатыми валами, на концах которых жестко закреплены зубчатые колеса, причем каждый цилиндрический корпус св зан с тршником, в котором расположен дифференциальный механизм, включающий сателлитные конические зубчатые колеса передачи транзитных движений через звень , пустотелые силовые водила , которые соединены перемычками с зубчатыми колесами, размещенными на торцах тройников, вращательные пары и цилиндрические ведомые и ведущие зубчатые колеса, передаточные отношени  которых равны передаточному отношению зубчатых венцов тройников предыдущего и последующего звеньев, отличающийс  тем, что, с целью расширени  технологических возможностей путем расширени  зоны обслуживани  и снижени  массы и энергоемкости конструкции , К часть звеньев св зана с одним приводом посредством тросо-роликовой передачи, а п часть звеньев кинематически св зана с оставшимис  приводами, при этом все ролики тросо-роликовой передачи предыдущего звена и крайние ролики тросороликовой передачи последующего звена жестко установлены на силовых водилах е дифференциальных механизмов, а центральные ролики тросо-роликовой передачи последующего звена жестко соединены трубчатыми валами с цилиндрическими ведущими и ведомыми зубчатыми колесами пустотелых водил.

Description

Й

00

CD СХ)

Изобретение относитс  к манипул тореробототехнике и может быть использовано в различных област х народного хоз йства дл  механизации и автоматизации транспортных, погрузо-разгрузочных, монтажных работ в нормальных и экстремальных средах.

Известен манипул тор, содержащий св занные с приводами n + k подвижных звеньев , выполненных каждое в виде цилиндрических корпусов с концентрически расположенными в них трубчатыми валами, на концах которых жестко закреплены зубчатые колеса, причем каждый цилиндрический корпус св зан с тройником, в котором расположен дифференциальный механизм , включающий сателлитные конические зубчатые колеса передачи транзитных движений через звень , пустотелые силовые водила, которые соединены перемычками с зубчатыми колесами, размещенными на торцах тройников, вращательные пары, и цилиндрические ведомые и ведущие зубчатые колеса, передаточные отношени  которых равны передаточному отношению зубчатых венцов тройников предыдущего и последующего звеньев 1.

Недостатками известного манипул тора  вл ютс  мала  зона обслуживани , а также сложность перестройки манипул тора при частом изменении размеров зон обслуживани .

Цель изобретени  - расширение технологических возможностей путем увеличени  зоны обслуживани  и снижени  массы и энергоемкости конструкции.

Цель достигаетс  тем, что в манипул торе , содержащем св занные с приводами n-1-k подвижных звеньев, выполненных каждое в виде цилиндрических корпусов с концентрически расположенными в них трубчатыми валами, на концах которых жестко закреплены зубчатые колеса, причем каждый цилиндрический корпус св зан с тройником , в котором расположен дифференциальный механизм, включающий сателлитные конические зубчатые колеса передачи транзитных движений через звень , пустотелые силовые водила, которые соединены перемычками с зубчатыми колесами, размещенными на торцах тройников, вращательные пары и цилиндрические ведомые и ведущие зубчатые колеса, К-часть звеньев св зана с одним приводом посредством тросо-роликовой передачи, п-часть звеньев кинематически св зана с оставшимис  приводами , при этом все ролики тросо-роликовой передачи предыдуплего звена и крайние ролики тросо-роликовой передачи последующего звена жестко установлены на силовых водилах дифференциальных механизмов, а центральные ролики тросо-роликовой передачи последующего звена жестко соединены трубчатыми валами с цилиндрическими

ведущими и ведомыми зубчатыми колесами пустотелых водил.

На фиг. 1 показана обща  кинематическа  схема манипул тора; на фиг. 2 - схема тросо-роликовой передачи; на фиг. 3 - схема управлени  k-звень ми от одного привода; на фиг. 4 - выполнение схемы управлени  четными и нечетными щарнирами от разных приводов с расположением моторного блока на основании; на фиг. 5 - схема приводного механизма автономного управлени  четными и нечетными щарнирами. Устройство содержит п +1 приводов, расположенных на неподвижном основании 1 и n + k подвижных звеньев 2, выполнбн5 ных в виде полых профилей пр моугольного сечени  с цилиндрическими тройниками на концах. На ос х тройников расположены п-1-2 ведущих и ведомых роликов (звездочек ) 3 и 4, соединенных друг с другом гибкими механическими т гами, например,

0 проволочными тросами, стальными лентами , цеп ми Гал . В первых двух случа х гибкие т ги в точках А и В (фиг. 2) прикреплены к соответствующим ведущим и ведомым роликам 3 и 4; в последнем слу5 чае вместо роликов устанавливаютс  звездочки (может быть использована комбинаци  трос-цепь Гал  или стальна  лентацепь Гал ).

Но торцам тройников справа и спева от продольной оси звена 2 расположены

пустотелые силовые водила 5 и 6, трубчатые отростки которых образуют с тройниками подвижных звеньев 2 вращательные пары, оси которых  вл ютс  ос ми шарнира . На трубчатые отростки силовых водил жестко посажены периферийные ролики 3

i и 4. Центральные ролики с концентриче . ски расположенными трубчатыми валиками

жестко сочленены с ведущими и ведомыми

цилиндрическими зубчатыми колесами 7

и 8 транзитных кинематических цепей. Зуб- чатые колеса 7 и 8 размещены внутри силовых водил 5 и 6 по ос м щарнира. Ведущие и ведомые зубчатые колеса 7 и 8 вход т друг с другом в зубчатые зацеплени  либо непосредственно, либо через паразитные зубчатые пары 9 и 10.

5 На цилиндрической части тройников справа и слева от продольной оси звена закрепленызубчатые венцы 11 и 12, вход щие друг с другом в зацепление.

На неподвижном основании 1 установлены входные ведущие ролики 13, соеди ненные гибкими механическими т гами с соответствующими роликами тройника первого двуосного шарнира. Крепление гибких т г к роликам осуществл етс  аналогично. Ролики 13, передающие движени  к автос номно движущим подвижным звень м, кинематически сочленены через согласующие редукторы 14 с соответствующими исполнительными элементами 15. Пара периферийных роликов 13, подвод щих движени  к совместно движущимс  к звень м, посредством суммирующего передаточного механизма 16 кинематически подсоединена к одному приводу 17. При обслуживании большой зоны моторный блок 18 размещаетс  на подвижном носителе 19, а начальный шарнир 20 размещен вначале кинематической схемы. При управлении четными и нечетными шарнирами от разных приводов моторный блок 21 размещаетс  на неподвижном основаКроме того, трубчатые валы имеют ребра 22, соединенные с водилами 5 и 6, подвижный ролик 24 тросо-роликовой передачи перемещаетс  вдоль оси звена 2, а неподвижный ролик 24 обеспечивает нат г гибких элементов. Цилиндрические зубчатые передачи 25 образуют транзитные кинематические цепи п-управл емых звеньев. Работающие приводы предварительно рассогласованы и замкнуты в конечном звене 2 предварительно напр женным упругим элементом 26, при этом начальное рассогласование получено от усилителей 27, а начальное напр жение получаетс  от источника 28 смещени . Устройство работает следующим образом. При вращении выходного вала привода 17 пара периферийных роликов 13 всегда имзет одинаковые по величине и по направлению частоты вращени , что обеспечивает согласован-ное движение силовых водил первого двуосного шарнира. Поворот водил первого шарнира относительно верхней оси тройника вызывает поворот первого подвижного звена 2 относительно нижней оси шарнира. Так, что суммарный угол поворота первого подвижного звена 2 относительно неподвижного основани  будет равен rfi (1+ otb,, где oCj,, - угол поворота силовых водил относительно верхней оси шарнира; Ui - передаточное число зубчатой пары , образованной зубчатыми венцами 11 и 12. Из (1) следует, что при Ui угол поворота водил относительно верхней оси Шарнира равен углу поворота подвижного звена относительно нижней оси шарнира, а суммарный угол поворота звена относительно неподвижного основани  1 равен двоиному углу поворота силовых водил. Очевидно, что дл  поворота подвижного звена на 180° дocтatoчнo, чтобы ведущие ролики 3 совершили поворот на угол 90°. Поэтому крепление гибких т г в точках А, и В обеспечивает полный рабочий ход подвижного звена. Так как x.iiit,, и уголо), равен повороту периферийных роликов 3 верхнего тройника, то при рассмотрении движени  второго подвижного звена можно прин ть, что первое подвижное звено неподвижно , а периферийные ролики 4 нижнего тройника первого шарнира повернулись в противоположном направлении на угол с(,, т. е. . -с(ь.. Следовательно, поворот первого подвижного звена относительно основани  1 на угол ot,, например, по часовой стрелке вызовет одинаковый по величине поворот второго подвижного звена относительно первого против часовой стрелки, т.е. сХг.-- ос Таким образом, составл   исполнительный орган из К подвижных звеньев, движение которых осуществл етс  от одного привода , получим чередующиес  по направлению движени  К звеньев. Схема такого исполнительного органа изображена на фиг. 3. Дл  выт нутого в одну линию положени  звеньев необходимо, чтобы из исходного положени  первое и последнее звень  совершили поворот на угол 90°, а все остальные - на 180°. Кроме того, исполнительный орган приобретет значительно больщую гибкость и маневренность, если первый и последний шарниры будут управл тьс  автономно от отдельных приводов (щтрихпунктирное изображение на схеме фиг. 3). Од;;ако дл  обслуживани  больших объемов моторный блок 18 при этом необходимо установить на подвижный носитель 19 (фиг. 5). Но самУю больщую маневренность исполнительный орган приобретет в том случае, если его дополнить еще одним, автономно управл емым начальным шарниром 20, раз верчутым по отношению к остальным на угол 90°, а четными и нечетными шарнирами согласованно движущихс  звеньев управл ть от разных приводов. Така  схема изображена на фиг. 4. В этом случае моторный блок 21 может быть установлен на неподвижном основании, а исполнительный орган при этом будет обслуживать объем сферы радиусом, равным длине выт нутых в одну линию подвижных звеньев. Кроме того, при автономном управлении четными и нечетными шарнирами к звеньев исполнительный орган приобретает возможность огибать различные преп тстви . Кинематическа  схема приводного механизма автономного управлени  четными и нечетными шарнирами изображена на фиг. 5. Механизм содержит элементы аналогичные элементам исполнительного органа по схеме фиг. 1. Дл  того, чтобы четные И нечетные звень  могли двигатьс  автономно , необходимо движени  дл  четных звеньев транзитно передать через нечетные шарниры , а дл  нечетных звеньев - через четные шарниры. Причем нижние трубчатые отростки силовых водил 5 и 6 высвобождаютс  от роликов 4, образуют с нижними тройниками лишь отдельные враш,ательные пары , ось которых  вл етс  нижней осью шарнира .

Периферийные ролики 4, привод щие в движение следуюш,ее нодвижное звено 2, в данном случае трубчатыми валами жестко соединены с ведомыми цилиндрическими зубчатыми колесами первых транзитных кинетических цепей. Ролики 4, передающие движени  подвижному звену 2, жестко носажены на трубчатые валы, которые ребрами 22 соединены с водилами 5 и 6. Этим достигаетс  попеременна  смена мест положени  ведомых роликов 4, привод щих в движение четные и нечетные звень .

Однако согласованное вращение роликов 3 и 4, расположенных на верхней и нижней ос х одного подвижного звена (см. фиг. 2), вызывает разнопол рные повороты чередующихс  звеньев. Дл  того чтобы движущие одним приводом четные или нечетные звень  имели одинаковый знак поворота , необходимо обеспечить разнопол рные повороты роликам 3 и 4. Такое движение может быть реализовано, если в схеме разводки гибкого элемента (фиг. 2) помен ть местами ролики 3 и 23, не снима  с них гибкого элемента. Ролик 23 (перемещаемый вдоль оси звена) и ролик 24 (с неподвижной ось ) обеспечивают принудительный нат г гибких элементов и компенсацию выт жки этих элементов во времени.

Цилиндрические зубчатые передачи 25 транзитных кинематических цепей, передающие движени  автономно управл емым последующим подвижност м исполнительного органа, располагаютс  в силовых водилах справа и слева от ребер 22 (пунктир на схеме фиг. 5).

Дл  того чтобы при изгибе совместно движущихс  подвижных звеньев сохран лось неизменным относительное положение ведомых роликов 4, передающих движени  последующим автономно управл емым звень м , необходимо обеспечить равенство по величине и по знаку передаточных чисел цилиндрических зубчатых пар, расположенных в пустотелых водилах, передаточному числу зубчатой пары, образованной ,зубчатыми венцами 11 и 12, т. е. выполнить условие

Ui и

(4) 50

lu

где передаточные числа зубчатых передач транзитных кинематических цепей.

При выполнении услови  (4) поворот силовых водил 5 и 6 будет вызывать обкатку ведомых зубчатых колес 8 относительно неподвижных ведущих колес 7, обеспечива 

синфазность поворота нижнего тройника и ведомых роликов 4 транзитных движений относительно нижней оси шарнира. Шарнирно-рычажные конструкции манипул торов характеризуютс  наличием больщих зазоров в сочленени х кинематических элементов .

В предлагаемом устройстве зазоры в кинематических сочленени х выбираютс  за счет предварительного принудительного нат га параллельных участков, замкнутых силовыми водилами кинематических цепей. Относительный поворот каждого последующего звена осуществл етс  двум  кинематическими ветв ми, ведущие 3 и ведомые 4 ролики которых расположеные по обе стороны от продольной оси звена и замкнуты силовыми водилами 5 и 6. Водила всегда работают совместно и могут совершать поворот только в одинаковых направлени х. Поэтому, использу  естественную упругость гибких механических т г, можно произвести замыкание параллельных ветвей после их предварительного нат га. Этим будет обеспечен выбор зазоров во всех кинематических цеп х, размещенных в подвижных звень х исполнительного органа. Такую же предварительную нат жку можно осуществить и в параллельных участках кинематических ветвей, расположенных на неподвижном основании 1..Дл  этой цели необходимо перед замыканием двух параллельных ветвей общим зубчатым колесом суммирующего передаточного механизма 16 повернуть в одном направлении на некоторый угол оба входных зубчатых колеса этого механизма.

Аналогично осуществл етс  выбор зазоров в кинематических цеп х автономно движущихс  звеньев, если кажда  их степень подвижности содержит две параллельных ветви, замкнутые одним приводом.

При иной схеме подвода движений к автономно управл емым звень м, например, дл  случа , когда две параллельные ветви имеют индивидуальные приводы и в конечном звене работают на спаренные дифференциальные механизмы, обеспечива  подвижному звену 2 две степени подвижности (вращение относительно продольной оси и изгиб относительно оси шарнира), выбор зазоров осуществл етс  по принципу введени  рассогласовани  в параллельно работающие приводы, замкнутые в конечном звене предварительно напр женным упругим элементом 26. Введение начального рас согласовани  осуществл етс  подачей на входы усилителей 27 этих приводов начального напр жени , которое снимаетс  с выхода источника смещени  28. Экономический эффект может быть получен и за счет расщирени  зоны обслуживани , снижени  массы и энергоемкости конструкции.

Фи$,Ъ

Фс/.4

|i| |i

||l I |l I I I

25ундж штош

25

II

щилрщ

I III I I III

таМ-ТШ;

4III№

25

2г

I III

Claims (1)

1. МАНИПУЛЯТОР, содержащий связанные с приводами η 4-к подвижных звеньев, выполненных каждое в виде цилиндрических корпусов с концентрически расположенными в них трубчатыми валами, на концах которых жестко закреплены зубчатые колеса, причем каждый цилиндрический корпус связан с тройником, в котором расположен дифференциальный механизм, включающий сателлитные конические зубчатые колеса передачи транзитных движений через звенья, пустотелые силовые водила, которые соединены перемычками с зуб- чатыми колесами, размещенными на торцах тройников, вращательные пары и цилиндрические ведомые и ведущие зубчатые колеса, передаточные отношения которых равны передаточному отношению зубчатых венцов тройников предыдущего и последующего звеньев, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем расширения зоны обслуживания и снижения массы и энергоемкости конструкции, К часть звеньев связана с одним приводом посредством тросо-роликовой передачи, а η часть звеньев кинематически связана с оставшимися приводами, при этом все ролики тросо-роликовой передачи предыдущего звена и крайние ролики тросороликовой передачи последующего звена жестко установлены на силовых водилах § дифференциальных механизмов, а центральные ролики тросо-роликовой передачи последующего звена жестко соединены трубчатыми валами с цилиндрическими ведущими и ведомыми зубч'атыми колесами пустотелых водил.