SU1569233A1

SU1569233A1 - Sensitized hand joint for robot

Info

Publication number: SU1569233A1
Application number: SU853982121A
Authority: SU
Inventors: Валерий Григорьевич Запускалов; Александр Яковлевич Ксензенко
Original assignee: Научно-Исследовательский Институт Интроскопии
Priority date: 1985-11-22
Filing date: 1985-11-22
Publication date: 1990-06-07

Abstract

Изобретение относитс к машиностроению, в частности к средствам очувствлени роботов. Целью изобретени вл етс повышение точности измерени . Дл этого фланцы 8 и 9 соединены упругими балками, выполненными в виде ортогонально расположенных пластин 10 и 11. Оси балок расположены в одной плоскости, перпендикул рной центральной оси сустава. Балки соединены с фланцем 8 жестко, а с фланцем 9 шарнирно. На каждой пластине закреплено по три тензорезистора: два с одной стороны, один с другой стороны пластины по ее оси симметрии. На одноименных сторонах пластин, расположенных в одной плоскости симметрично относительно центральной оси сустава, закреплено различное количество тензорезисторов. Пластины 10 расположены в плоскости, перпендикул рной центральной оси сустава. Дл определени усилий и моментов используют измерительные мосты, в противоположные плечи которых включены тензорезисторы. Указанные тензорезисторы закреплены на пластинах, расположенных в одной плоскости симметрично относительно центральной оси сустава. Дл определени моментов применены тензорезисторы, закрепленные на разноименных сторонах указанных пластин. Дл определени усилий применены тензорезисторы, закрепленные на одноименных сторонах. 1 з.п.ф-лы, 9 ил.The invention relates to mechanical engineering, in particular to the means of sensing robots. The aim of the invention is to improve the measurement accuracy. For this, flanges 8 and 9 are connected by elastic beams, made in the form of orthogonal plates 10 and 11. The axes of the beams are located in one plane, perpendicular to the central axis of the joint. The beams are rigidly connected to the flange 8, and hinged to the flange 9. Three strain gauges are fixed on each plate: two on one side, one on the other side of the plate along its axis of symmetry. On the same side of the plates, located in the same plane symmetrically with respect to the central axis of the joint, fixed a different number of strain gauges. The plates 10 are located in a plane perpendicular to the central axis of the joint. To determine the forces and moments, measuring bridges are used, on the opposite shoulders of which resistance strain gages are included. These strain gauges are mounted on plates arranged in one plane symmetrically with respect to the central axis of the joint. To determine the moments, strain gages mounted on opposite sides of the plates are used. To determine the effort applied strain gauges, mounted on the same side. 1 hp ff, 9 ill.

Description

Изобретение относитс к машиностроению и может быть использовано при сило- моментном очувствлении роботов, роботизированных комплексов, на различных технологических операци х механообработки, сборки, складировани изделий.The invention relates to mechanical engineering and can be used in the high-power sensing of robots, robotic complexes, and on various technological operations for machining, assembling, and storing products.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерени .The aim of the invention is to improve the measurement accuracy.

На фиг. 1 показана рука манипул тора с встроенным кистевым суставом, общийFIG. 1 shows a manipulator arm with an embedded wrist joint, a common

канального усилител 37, предназначенного дл усилени сигналов измерительных мостов до значени , пригодного дл передачи его на рассто ние и обработки. В качестве эле- j. ментов 38, которые предназначены дл подстройки нул мостовых схем, могут быть применены, например, многооборотные под- строечные резисторы, включенные в разрыв одной из вершин мостов.a channel amplifier 37 for amplifying the signals of the measuring bridges to a value suitable for transmitting and processing it. As an ele j. Copies 38, which are designed to adjust the zero of bridge circuits, can be applied, for example, multi-turn trimmers resistors included in the break of one of the vertices of the bridges.

На поверхност х пластин 10 и 11 упрутельный мост дл определени Мг на фиг. 7 - измерительный мост дл определени на фиг. 8 - измерительный мост дл определени М, на фиг. 9 - измерительный мост дл определени Fz.On the surfaces of the plates 10 and 11, an elastic bridge for determining Mg in FIG. 7 is a measuring bridge for determining in FIG. 8 is a measuring bridge for determining M, in FIG. 9 - measuring bridge for determining Fz.

вид; на фиг. 2 - кистевой сустав робота, Ю гих балок (фиг. 3) показано размещение общий вид; на фиг. 3 - расположение тензорезисторов 12-35, где сплошными ли- тензорезисторов на упругих пластинах; на ни ми обозначены тензорезисторы, лежащие фиг. 4 - измерительный мост дл опреде- на видимой стороне пластин, а пунктир- лени Fx , на фиг. 5 - измерительный мост ными лини ми - тензорезисторы, лежащие дл определени Fr; на фиг. 6 - измери- 15 на невидимой стороне пластин.view; in fig. 2 - the wrist joint of the robot; the Yu gih beams (Fig. 3) show the placement of the general view; in fig. 3 - the location of the strain gauges 12-35, where the continuous strain gauges on the elastic plates; On them are indicated the strain gauges lying on FIG. 4 shows the measuring bridge for the visible side of the plates, and the dotted line Fx, in FIG. 5 - measuring bridge lines - strain gauges lying to determine Fr; in fig. 6 - measure- 15 on the invisible side of the plates.

В измерительные мосты (фиг. 4 к 5) включены тензорезисторы 18, 20, 30, 31 и 15, 17, 27, 28 соответственно, преобразующие деформацию пластин 11 в электрические сигналы от сил Fx и Fr, действующихThe measuring bridges (Fig. 4 to 5) include strain gauges 18, 20, 30, 31 and 15, 17, 27, 28, respectively, which convert the deformation of the plates 11 into electrical signals from the Fx and Fr forces acting

Рука манипул тора содержит основани 20 вдоль продольных осей балок, направлени 1 и 2 схвата 3 и предплечь 4, магистрали которых можно условно прин ть за оси 5 управлени с приводами 6 перемещени X п У декартовой системы координат ZXY, схвата 3 и кистевой сустав 7, включаю- при этом тензорезисторы, лежащие на одно- щий соосно расположенное вдоль централь-именной стороне пластин 11 (фиг. 3), вклюной оси сустава внутренний и наружный 2с в противоположные плечи мостов фланцы 8 и 9, четыре упругие балки, состо щие из удлиненных пластин 10 и 1 I пр моугольного сечени , тензорезисторы 12-35, соединенные в шесть измерительных мостов электрическую плату 36 с шестиканальным усилителем 37 и шестью элементами 38 подстройки сигналов измерительных мостов Кажда из упругих балок выполнена в виде двух удлиненных пластин 10 и 11, последовательно соединенных между собойThe arm of the manipulator contains bases 20 along the longitudinal axes of the beams, directions 1 and 2 of gripper 3 and forearm 4, the lines of which can be conventionally taken as axis 5 of the control with displacement drives 6 x X of the Cartesian coordinate system ZXY, gripper 3 and carpal joint 7, at the same time, the resistance strain gages, which lie on a single coaxially located along the central-nominal side of the plates 11 (Fig. 3), include the inner and outer 2c on the opposite shoulders of the bridges, flanges 8 and 9, four elastic beams consisting of elongated plates 10 and 1 I rectangle cross section, strain gauges 12-35 connected in six measuring bridges electrical circuit 36 with a six-channel amplifier 37 and six elements 38 adjusting the signals of measuring bridges Each of the elastic beams is made in the form of two elongated plates 10 and 11, connected in series with each other

(фиг. 4 и 5). В измерительные мосты (фиг. 7 и 8) включены тензорезисторы 12, 13. 24, 25 и 21, 23, 33, 34 соответственно, преобразующие деформацию пластин 10 в электрические сигналы от крут щих момен- 30 тов Л4у и Мх, действующих относительно осей Y и X, при этом тензорезисторы, лежащие на разноименных сторона;; пластин 10 (фиг. 3), включены в противоположные плечи мостов (фиг. 7 к вдоль продольной оси балки к ортогонально ориентированных одна к другой, причем 35 одна из пластин, например пластина 10, лежит в плоскости, перпендикул рной центральной оси сустава. Кажда из пластин 10 и 11 снабжена трем тензорезисторами, из которых два наход тс на одной стороне(Fig. 4 and 5). The measuring bridges (Figs. 7 and 8) include strain gauges 12, 13. 24, 25 and 21, 23, 33, 34, respectively, which convert the deformation of the plates 10 into electrical signals from torque moments 304 and Mx, acting relative to the axes Y and X, while the strain gauges lying on the opposite side ;; plates 10 (Fig. 3) are included in the opposite shoulders of the bridges (Fig. 7k along the longitudinal axis of the beam to orthogonally oriented one to the other, and 35 one of the plates, for example plate 10, lies in a plane perpendicular to the central axis of the joint. Each plates 10 and 11 are equipped with three strain gauges, two of which are on the same side

пластин 10 и 11, а одни - на другой.plates 10 and 11, and one - on the other.

Упругие балки св зывают фланцы 8 и 9 между собой, при этом соединение балок с внутренним фланцем 8 выполнено жестким, с наружным фланцем 9 - шарнирным вThe elastic beams connect the flanges 8 and 9 with each other, while the connection of the beams with the internal flange 8 is rigid, with the external flange 9 - hinged in

4040

В измерительные мосты (фиг. 6 и 9) включены тензорезисторы 14, 22, 26, 35 и 16, 19, 29, 32 соответственно, преобразующие деформацию пластин 10 и 11 в электрические сигналы от силы Ft и крут щего момента М&, действующих относительно центральной оси сустава (оси Z), при этом тензорезисторы включены в мосты по принципу, аналогичному приведенному дл сил Fx и Fy и моментов MX и MY.The measuring bridges (fig. 6 and 9) include strain gauges 14, 22, 26, 35 and 16, 19, 29, 32, respectively, which convert the deformation of plates 10 and 11 into electrical signals from force Ft and torque M & the central axis of the joint (Z axis), while the strain gauges are included in the bridges according to a principle similar to that given for the Fx and Fy forces and the MX and MY moments.

Таким образом, взаимно перпендикул рканального усилител 37, предназначенного дл усилени сигналов измерительных мостов до значени , пригодного дл передачи его на рассто ние и обработки. В качестве эле- ментов 38, которые предназначены дл подстройки нул мостовых схем, могут быть применены, например, многооборотные под- строечные резисторы, включенные в разрыв одной из вершин мостов.Thus, mutually perpendicular to the amplifier channel 37, designed to amplify the signals of the measuring bridges to a value suitable for transmitting and processing. As elements 38 that are designed to adjust the zero of bridge circuits, for example, multi-turn tuning resistors included in the break of one of the bridge vertices can be used.

На поверхност х пластин 10 и 11 упругих балок (фиг. 3) показано размещение тензорезисторов 12-35, где сплошными ли- ни ми обозначены тензорезисторы, лежащие на видимой стороне пластин, а пунктир- ными лини ми - тензорезисторы, лежащие на невидимой стороне пластин.The surfaces of the plates 10 and 11 of the elastic beams (Fig. 3) show the placement of the strain gauges 12-35, where the solid lines indicate the strain gauges lying on the visible side of the plates, and the dotted lines are the strain gauges lying on the invisible side of the plates .

в противоположные плечи мостов on the opposite shoulders of bridges

(фиг. 4 и 5). В измерительные мосты (фиг. 7 и 8) включены тензорезисторы 12, 13. 24, 25 и 21, 23, 33, 34 соответственно, преобразующие деформацию пластин 10 в электрические сигналы от крут щих момен- тов Л4у и Мх, действующих относительно осей Y и X, при этом тензорезисторы, лежащие на разноименных сторона;; пластин 10 (фиг. 3), включены в противоположные плечи мостов (фиг. 7 к (Fig. 4 and 5). The measuring bridges (Figs. 7 and 8) include strain gauges 12, 13. 24, 25 and 21, 23, 33, 34, respectively, which convert the deformation of the plates 10 into electrical signals from torque points L4y and Mx acting relative to the Y axis and X, while the strain gauges lying on the opposite side ;; plates 10 (Fig. 3), included in the opposite shoulders of the bridges (Fig. 7 to

Таким образом, взаимно перпендикул рThus, mutually perpendicular p

виде шароцилиндрическои кинематической 45 ное расположение последовательно соепары 39.Sharocylindrical and kinematic form 45 arrangement of consecutively co-pairs 39.

Тензорезисторы 12-35, расположенные на поверхности пластин 10 и 11, должны быть ориентированы вдоль продольной оси балки дл уменьшени взаимного вли ни .Strain gages 12-35 located on the surface of the plates 10 and 11 should be oriented along the longitudinal axis of the beam to reduce the mutual influence.

диненных вдоль продольных осей X и Y пластин 10 и 11, совмещение одних из них в плоскости, перпендикул рной центральной оси Z сустава, других - в плоскост х, параллельных оси Z, а также расположениеThe plates 10 and 11, which are lined along the longitudinal axes X and Y, combine one of them in a plane, perpendicular to the central axis Z of the joint, the others in planes parallel to the axis Z, and the arrangement

Определенное чередование тензорезисторов 50 в определенном числе и чередовании на пластинах 10 и 1 тгнзорезисторов 12-35 позвол ют обеспечить высокую избирательность сустава.A certain alternation of the strain gauges 50 in a certain number and alternation on the plates 10 and 1 of the resistance strain resistors 12-35 make it possible to ensure a high selectivity of the joint.

Дл подготовки сустава к работе осуществл ют операцию балансировки измебраны таким образом, чтобы была обес- 55 рительных мостов. Дл этого схват суставаIn order to prepare the joint for work, the balancing operation is carried out in such a way that there are descaling bridges. For this gripper

печена независимость мостов.располагают либо в положение, при которомpechen independence bridges. have either a position in which

Вершины измерительных диагоналей мое-схват не оказывает силового воздействи The tops of the measuring diagonals my-grip does not have a force effect

тов (фиг. 4-9) соединены с входами шести-на балансируемые мосты, либо снимаютComrades (Fig. 4-9) are connected to the inputs of six-to balancing bridges, or remove

12-35 на поверхност х пластин 10 и 11 позвол ет использовать оптимальное количество тензорезисторов (двадцать четыре), необходимое дл создани шести полных активных измерительных мостов, которые содиненных вдоль продольных осей X и Y пластин 10 и 11, совмещение одних из них в плоскости, перпендикул рной центральной оси Z сустава, других - в плоскост х, параллельных оси Z, а также расположение12-35 on the surfaces of the plates 10 and 11 allows the use of the optimal number of strain gauges (twenty-four) needed to create six full active measuring bridges, which are folded along the longitudinal axes X and Y of the plates 10 and 11, the combination of one of them in the plane, perpendicular to the central Z axis of the joint, others in planes parallel to the Z axis, as well as the location

в определенном числе и чередовании на пластинах 10 и 1 тгнзорезисторов 12-35 позвол ют обеспечить высокую избирательность сустава.in a certain number and alternation on the plates 10 and 1, the resistors 12-35 allow to provide a high selectivity of the joint.

схват с сустава на врем балансировки мостов, подают напр жение питани на мосты и поочередно регулировкой элементов 38 балансируют мосты. Свидетельством сбалансированного состо ни мостов вл етс нулевое напр жение на вершинах измерительных диагоналей мостов, а следовательно , на выходах измерительных каналов . После операции балансировки мостов значени элементов 38 фиксируютс .gripping from the joint for the time of balancing the bridges, supplying the supply voltage to the bridges and alternately adjusting the elements 38 balance the bridges. Evidence of a balanced state of bridges is zero voltage at the vertices of the measuring diagonals of the bridges, and therefore, at the outputs of the measuring channels. After the bridge balancing operation, the values of the elements 38 are fixed.

гих балок, превышающей по величине порог чувствительности сустава.gikh beams, exceeding the threshold of joint sensitivity.

Claims

1. Sensitive wrist joint of the robot, containing inner and outer flanges coaxially located on the central axis of the joint to attach to the base of the gripper and forearm, while the robot joint of the wrist joint is interconnected by four cross-works as follows. In the manner of installed elastic beams,

Before the action of the joint, the supply voltage is supplied through the control lines 5 to the gripper 3 drives 6

and amplifier 37. In the absence of the object 15, strain gauges are connected, connected in

whose longitudinal axes are located in the same plane, perpendicular to the central axis of the joint, and on the beams

(details) of manipulation in gripper 3 at the outputs of the measuring channels depending on the location of gripper 3 relative to the center of coordinates, electrical signals characterize the load-electric measuring circuits, and the beams are rigidly connected to one of the flanges, and articulated to the other. that, in order to improve the measurement accuracy, each of the elastic (force or moment) developed by a gripper of 20 beams is made in the form of two plates,

3, its magnitude (modulus) and direction

(sign) act. The resulting force moment information of the gripper 3 is memorized.

When gripping a part with a grip 3, for example,

interconnected and orthogonal to each other, with one of the plates located in a plane perpendicular to the central

according to the programmed command from the control - 25 axis of the joint, and on each plate

A connecting computer (not shown) at the outputs of the corresponding channels, depending on the location of the gripper 3 with the part relative to the coordinate center ZXY of the joint, three strain gauges are electrically fixed, one of which is located along the symmetry axis of the plate on one side, and the other two parallel to the first strain gauge and symmetrically relative to it, on the other hand, are stoical signals characterizing a total of 30 rons of the plate,

action grip 3 with detail. Since each of the six measuring channels carries force-moment information about the parameters of the corresponding forces and moments developed by the grips both individually and modernly, plates located in one plane symmetrically with respect to the central axis of the joint, a different number of strain gages is fixed.

2. The robot's wrist joint according to claim 1, is not the same as the part, then by the known force

Individual information about the grip 3 and in total with the part determine the presence of the part in the grip 3 and the forces that occur when the required position of the part with the grip 3 is reached.

When manipulating parts that have a mass many times larger than the weight of gripper 3, a computational operation to determine the presence of a part or the resulting forces in gripper 3 can be

40

force measurement includes measuring bridges, the opposite arms of which contain strain gauges mounted on the same side plates, located in the same plane symmetrically relative to the central axis of the joint, and an electrical circuit for measuring moments includes measuring bridges whose opposite arms contain strain gauges fixed to simplify, if the stiffness of the elastic beams is 45 on the opposite side plates, choose such that the weight of the gripper 3 is not located in the same plane Symmet - caused mechanical deformation elastically with respect to the central axis of the joint.

gikh beams, exceeding the threshold of joint sensitivity.

Invention Formula

1. Sensitive wrist joint of the robot, containing inner and outer flanges coaxially located on the central axis of the joint to attach to the base of the gripper and forearm, while the flanges are interconnected by four cross-shaped elastic beams,

fixed strain gauges connected in

electrical measuring circuits, wherein the beams are rigidly connected to one of the flanges, and hinged to the other, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, each of the elastic beams is made in the form of two plates,

three strain gauges are fixed, one of which is located along the symmetry axis of the plate on one side, and the other two are parallel to the first strain gauge and symmetrically relative to it on the other side of the plates located in the same plane symmetrically relative to the central axis of the joint, a different number of strain gauges is fixed.

2. The robot's wrist joint in accordance with claim 1

force measurement includes measuring bridges, the opposite arms of which contain strain gauges mounted on the same side plates, located in the same plane symmetrically with respect to the central axis of the joint, and an electrical circuit for measuring moments includes measuring bridges, opposite arms of the shaft

15

20

thirty

28

Fig.C

23

21

73

34

2lt

7

l

nineteen

sixteen

27

Z9

fg

FIG. five

Phage. 6

12

26

V

25

35

FIG. eight

Phage.9