SU1733233A1

SU1733233A1 - Manipulator joint

Info

Publication number: SU1733233A1
Application number: SU874300889A
Authority: SU
Inventors: Олег Иванович Поздняков; Владимир Павлович Степанов; Владимир Бенцианович Великович; Сергей Анатольевич Родионов; Игорь Витальевич Калабин
Original assignee: Экспериментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков
Priority date: 1987-07-07
Filing date: 1987-07-07
Publication date: 1992-05-15

Abstract

Изобретение относитс к машиностроению и может быть использовано при проектировании подвижных соединений звеньев манипул ционных механизмов Целью изобретени вл етс повышение точности позиционировани ведомого звена и улучшение динамических характеристик за счет уменьшени длины кинематических цепей , св зывающих ведущее и ведомое звень При подаче з,нер| ии к статору 3 возThe invention relates to mechanical engineering and can be used in the design of movable joints of links of manipulative mechanisms. The aim of the invention is to improve the positioning accuracy of the slave link and improve the dynamic characteristics by reducing the length of kinematic chains connecting the master and slave link. And to the stator 3 voz

Description

Фиг 1Fig 1

никает планетарное движение кат щегос полого ротора 4. При этом сателлиты 5 двух планетарных механизмов, передающих каждый половину суммарного силового потока , образуют зубчатое зацепление с цент- ральными зубчатыми колесами 11 и вызывают медленное вращение ведомого звена 1, с которым жестко св заны колесаThe satellites 5 of two planetary mechanisms transmitting each half of the total force flow form a gear with the central gear wheels 11 and cause the slow rotation of the driven link 1, with which the wheels are rigidly connected.

11.Дополнительна кинематическа цепь11. Additional kinematic chain

12,св зывающа сателлиты 5 планетарных12, the satellites 5 planetary satellites

механизмов с дисками 13, определ ет наличие планетарного движени ротора 4. При этом эксцентрикова ось 6 за счет жесткой св зи с датчиком 9 системы управлени позвол ет определ ть положение ведомого звена 1 относительно ведущего звена 2. Управл емый тормоз 10 позвол ет стопорить ведомое звено 1 относительно ведущего звена 2 в заданном положении. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.mechanisms with disks 13, determines the presence of the planetary motion of the rotor 4. At the same time, the eccentric axis 6 due to the rigid connection with the sensor 9 of the control system allows determining the position of the slave link 1 relative to the driving link 2. The controlled brake 10 allows to stop the driven link 1 relative to the leading link 2 in a predetermined position. 4 hp f-ly, 4 ill.

Изобретение относитс к машиностроению и может быть использовано при проектировании подвижных соединений звеньев манипул ционных механизмов.The invention relates to mechanical engineering and can be used in the design of movable joints of links of manipulation mechanisms.

Цель изобретени - повышение точности позиционировани ведомого звена и улучшение динамических характеристик за счет уменьшени длины кинематических цепей , св зывающих ведущее и ведомое звень .The purpose of the invention is to improve the positioning accuracy of the slave link and improve the dynamic performance by reducing the length of the kinematic chains connecting the drive and drive link.

На фиг.1 представлен шарнир с эксцентриковым валиком, поперечное сечение: на фиг.2 - шарнир с пальцем, поперечное сечение; на фиг.3 - шарнире шариком поперечное сечение, на фиг.4 - шарнир с зубчатой передачей, поперечное сечение.Figure 1 shows the hinge with eccentric roller, cross section: figure 2 - hinge with a finger, the cross section; figure 3 - hinge ball cross-section, figure 4 - hinge with gear, cross-section.

Шарнир содержит ведомое 1 и ведущее 2 звень . Соосно шарниру установлен статор 3 электродвигател с кат щимс полым ротором 4, причем статор 3 жестко св зан с ведомым звеном 1. На торцах ротора 4 симметрично установлены сателлиты 5 планетарных зубчатых механизмов. При этом сам ротор 4 выполн ет роль водила этого планетарного зубчатого механизма. Внутри кат щегос полого ротора 4 на роликовых опорах качени установлена эксцентрикова ось 6, торцы 7 и 8 которой также установлены в опорах качени на ведущем звене 2. На ведущем звене 2 установлены диаметрально противоположно датчик 9 системы управлени и управл емый тормоз 10. При этом выходные валы датчика 9 и тормоза 10 жестко св заны с торцами 7 и 8 соответственно эксцентриковой оси 6. На ведомом звене 1 соосно статору 3 установлены два центральных зубчатых колеса 11, которые образуют зубчатое зацепление с сателлитами 5. Каждый планетарный зубчатый механизм, расположенный с соответствующего торца кат щегос полого ротора 4. имеет дополнительную кинематическую цепь 12, соедин ющую соответствующий сателлит 5 с соответствующим диском 13, которые в свою очередь жестко св заны с ведущим звеном 2. Дополнительна кинематическа цепь 12 может быть выполненаThe hinge contains the slave 1 and the leading 2 links. A stator 3 of an electric motor with a rolling hollow rotor 4 is mounted coaxially to the hinge, and the stator 3 is rigidly connected to the driven link 1. At the ends of the rotor 4, satellites 5 of planetary gears are symmetrically mounted. In this case, the rotor 4 itself performs the role of the carrier of this planetary gear mechanism. An eccentric axis 6 is installed inside the rolling hollow rotor 4 on roller rolling bearings, the ends of which 7 and 8 are also installed in rolling bearings on the driving link 2. On the driving link 2, the sensor 9 of the control system and the controlled brake 10 are installed. the shafts of the sensor 9 and the brake 10 are rigidly connected to the ends 7 and 8, respectively, of the eccentric axis 6. On the driven link 1 coaxially with the stator 3 there are two central gear wheels 11, which form a gear with the satellites 5. Each planetary a gear mechanism located at the corresponding end of the rolling hollow rotor 4. has an additional kinematic chain 12 connecting the corresponding satellite 5 with the corresponding disk 13, which in turn are rigidly connected to the driving link 2. The additional kinematic chain 12 can be performed

в виде эксцентрикового валика 14, который установлен на опорах качени в каждом сателлите 5 и диске 13 (фиг.1). Эксцентриситет валика 14 равен эксцентриситету эксцентриковой оси 6.in the form of an eccentric roller 14, which is mounted on rolling bearings in each satellite 5 and disk 13 (Fig. 1). The eccentricity of the roller 14 is equal to the eccentricity of the eccentric axis 6.

На фиг.2 изображен иной вариант исполнени дополнительной кинематической цепи 12. В данном случае используютс пальцы 15, которые подвижно установленыFigure 2 shows another embodiment of an additional kinematic chain 12. In this case, fingers 15 are used, which are movably mounted

в дополнительно выполненных глухих отверсти х 16 на дисках 13 и без зазора уста- новпены в других дополнительно выполненных на сателлитах 5 глухих отверсти х 17. При этом диаметр отверстий 17in additionally made blind holes 16 on the disks 13 and without a gap, installed in other 5 blind holes additionally made on satellites 17. At the same time, the diameter of the holes 17

равен сумме эксцентриситета оси 6 и диаметра пальца 15.equal to the sum of the eccentricity of the axis 6 and the diameter of the finger 15.

Следующий вариант использовани цепи 12 представлен на фиг.З. В данном случае используюс шарики 18, которые безThe next use of circuit 12 is shown in FIG. In this case, I use balls 18, which without

зазора установлены в дополнительно выполненных в сателлитах 5 и дисках 13 сферических лунках 19. Рассто ние между центрами кривизны этих лунок 19 равно эксцентриситету оси 6.the gaps are set in spherical holes 19 additionally made in satellites 5 and disks 13. The distance between the curvature centers of these holes 19 is equal to the eccentricity of axis 6.

На фиг.4 представлено выполнение кинематической цепи 12 в виде внутреннего зубчатого зацеплени цилиндрических колес 20 и 21. При этом зубчатые колеса 20 жестко св заны с кат щимс полым ротором 4, а зубчатые колеса 21 с внутренними зубчатыми венцами установлены соосно шарниру и жестко св заны с ведущим звеном 2. Межцентровое рассто ние в каждом зубчатом зацеплении колес 20 и 21 равноFigure 4 shows the implementation of the kinematic chain 12 in the form of internal gearing of cylindrical wheels 20 and 21. Gears 20 are rigidly connected to a rolling hollow rotor 4, and gears 21 with internal gears are coaxially attached to the hinge and rigidly connected with a driving link 2. The center distance in each gearing of the wheels 20 and 21 is equal to

эксцентриситету оси 6.axis eccentricity 6.

Шарнир работает следующим образом. При подаче энергии к статору происходит планетарное вращение кат щегос полого ротора 4. Это планетарное движениеThe hinge works as follows. When power is applied to the stator, a planetary rotation of the rolling hollow rotor 4 occurs. This is a planetary motion.

представл ет собой суммирование двух движений - вращени ротора 4 относительно статора, которое определ етс наличием электрического пол электродвигател , и вращени ротора 4 относительно собственной эксцентричной оси, которое определ етс наличием дополнительно введенной кинематической цепи 12. При этом потокis a summation of two movements - rotation of the rotor 4 relative to the stator, which is determined by the presence of the electric field of the electric motor, and rotation of the rotor 4 relative to its own eccentric axis, which is determined by the presence of an additionally introduced kinematic chain 12. In this case, the flow

мощности распредел етс на два равнозначных потока, передаваемых планетарными зубчатыми механизмами, которые расположены с торцов ротора 4 Сателлиты 5, обега центральные зубчатые колеса 11 этих планетарных механизмов, обеспечивают их вращение вместе с ведомым звеном 1. При планетарном вращении кат щегос полого ротора 4 происходит быстрое вращение эксцентричной оси 6. Св занный с этой осью датчик 9 системы управлени позвол ет отсчитывать относительное положение звеньев 1 и 2, например абсолютное значение угла поворота ведомого звена 1 относительно ведущего звена 2, а также скорость изменени значени этого угла. При включении управл емого тормоза 10 происходит стопорение эксцентриковой оси 6. Вследствие этого стопоритс в заданном положении шарнир, так как кат щийс полый ротор 4 не будет иметь одного из слагаемых движений , а следовательно и суммарного планетарного движени . Предлагаемые варианты использовани дополнительной кинематической цепи 12с помощью эксцентрикового валика 14, пальцев 15, шариков 19 либо зубчатых колес 20 и 21 определ ют вращение ротора 4 относительно собственной оси, а сами они также совершают планетарное движение.power is distributed to two equivalent flows transmitted by planetary gear mechanisms located at the ends of the rotor 4 Satellites 5, bypassing the central gears 11 of these planetary mechanisms, ensure their rotation together with the driven link 1. When the planetary rotation of the rolling hollow rotor 4 occurs fast rotation of the eccentric axis 6. The control sensor 9 associated with this axis allows the relative position of links 1 and 2 to be read out, for example, the absolute value of the angle of rotation of the driven link 1 relative to the leading link 2, as well as the rate of change of this angle. When the controlled brake 10 is engaged, the eccentric axis 6 is locked. As a result, the hinge stops in a predetermined position, since the rolling hollow rotor 4 will not have one of the components of the motions and, therefore, the total planetary motion. The proposed options for using an additional kinematic chain 12c use the eccentric roller 14, fingers 15, balls 19 or gear wheels 20 and 21 to determine the rotation of the rotor 4 about its own axis, and they themselves also perform a planetary motion.

Использование в шарнире электродвигател с кат щимс ротором совместно с планетарными механизмами и дополнительной кинематической цепью, св зывающей сателлиты этих механизмов с ведущим звеном, позвол ет получить движение ведомого звена с малой скоростью и высоким крут щим моментом при условии управлени движением ведомого звена по скорости вращени быстроходного ротора электродвигател .The use of an electric motor with a rolling rotor in conjunction with planetary mechanisms and an additional kinematic chain connecting the satellites of these mechanisms with the drive link allows the movement of the follower link at low speed and high torque, provided that the movement of the driven link is controlled by the speed of rotation of the fast link. electric motor rotor.

Claims

Claim 1. Manipulator hinge containing a driving and driven link, an electric motor placed coaxially with the longitudinal axis of the hinge, the stator of which is rigidly connected to the driving link, and the rotor kinematically connects the driving and driven link by means of two planetary gears symmetrically located relative to the rotor ends. whose input elements are rigidly connected to the rotor, and the output elements are drove rigidly connected to the driven link, as well; :) the control system tach that is mounted on the driving link, its output shaft is rigidly connected to one of the ends of the rotor, characterized in that, in order to improve the positioning accuracy of the driven member and improve the dynamic characteristics by reducing the length of the kinematic chains connecting the driving and driven members, it is equipped with a controlled brake and an eccentric axis, and the electric motor is made with a rolling hollow rotor, inside of which this eccentric axis is located on the additionally introduced supports, the ends of which are rigidly connected respectively to the output shaft

0 of the sensor of the control system and with the output shaft of the controlled brake, the casing of which is rigidly mounted on the drive link, while the satellites of the planetary mechanisms are rigidly connected with the coaxial rotor of the electric motor and coaxial with it. the central wheels of these mechanisms are rigidly mounted on the driven link coaxially with the stator, and the satellites are connected to the drive link by an additionally introduced kinematic chain.

2 A hinge according to Claim 1, of which is that each additionally introduced kinematic chain is designed as installed on the additionally inputted

5 rolling bearings of an eccentric roller, whose eccentricity is equal to the eccentricity of the specified eccentric axis, with the longitudinal axis of these supports parallel to the longitudinal axis of the hinge.

03. A hinge according to claims 1 and 2, so that each additionally introduced kinematic chain is made in the form of a finger, the longitudinal axis of which is parallel to the longitudinal axis of the hinge, one end

5 of which is movably mounted in an additionally made aperture of the leading link, and the other is installed without a gap from an additionally made aperture of the satellite of the planetary mechanism, and the diameter of the blind hole in the satellite is equal to the sum of the eccentricity values of the eccentric axis and the diameter of the finger.

4. A hinge according to claims 1 to 3, characterized by 5, in that each additionally introduced kinematic chain is made in the form of a ball, located without a gap in the spherical holes, which are additionally made in the satellite and on the lead link, whose centers of curvature 0 are located at a distance of a research institute equal to the eccentricity of the eccentric axis,

5. A hinge of a pao of claims 1 to 4, characterized in that each is additionally introduced5 onto a kinematic chain made in the form of internal gearing of two cylindrical wheels, one of which having an external gearing, is rigidly connected with a rolling hollow rotor of an electric motor and the other, having an internal / u / i toothed rim, is installed coaxially with the longitudinal axis of the hinge and rigidly connected with the driving link, with the center-to-center distance in this wheel engagement being equal to the eccentricity of the eccentric axis.

-g

and

five

h ft v figz

SS

sh shshshsh% sh

13 //

2

eleven