Устройство ручного управления манипулятором

Полезная модель относится к области машиностроения, предназначена для формирования электрических сигналов по четырём каналам управления объекта и может быть использована в ручных электродистанционных системах управления манипуляторами.

Технический результат достигается тем, что в устройстве ручного управления манипулятором, содержащем манипуляционную рукоятку, рукоять-подлокотник с откидным обхватом для крепления на руке оператора и датчики позиционирования, снабженные ограничителями с возвратными пружинами и демпферами, при этом, манипуляционная рукоятка установлена посредством поступательной пары на трехстепенном поворотном узле, состоящем из направляющей, кронштейна и скобы, соединенных вращательными парами между собой и с рукоятью-подлокотником с возможностью обеспечения манипуляционной рукоятке трех вращательных и поступательного движений, причем оси вращательных пар скобы пересекаются в кинематическом центре лучезапястного сустава оператора.

Техническим результатом является повышение точности и расширение функциональных возможностей управления манипулятором.

Полезная модель относится к области машиностроения, предназначена для формирования электрических сигналов по четырем каналам управления объекта и может быть использована в ручных электродистанционных системах управления манипуляторами.

Известно устройство ручного управления подвижным объектом (патент 2253593, МПК B64C 13/04, РФ, опубл. 10.06.2005 г), содержащее корпус, рукоятку, кинематически связанную с механическими узлами, обеспечивающими как раздельное, так и одновременное отклонение рукоятки по двум, взаимно перпендикулярным направлениям, а так же пружинные загружатели и электрические датчики положения рукоятки. Механические узлы, обеспечивающие, отклонение рукоятки, выполнены в виде, консольно закрепленных на соответствующих осях вращения двух дуг, одна из которых отклоняется относительно вертикальной оси в канале азимута, а другая- относительно горизонтальной оси в канале угла места, причем они связаны между собой посредством дугообразной стойки, нижний конец которой посредством вертикальной оси подвижно соединен с дугой канала угла места и жестко соединен с кронштейном рукоятки, а верхний конец дугообразной стойки шарнирно соединен с помощью горизонтальной оси вращения с подвижной скобой, выполненной с возможностью скольжения в направляющем пазе дуги канала азимута, при этом вертикальная ось вращения дугообразной стойки совпадает с осью вращения дуги канала азимута, а верхняя горизонтальная ось вращения дугообразной стойки совпадает с осью вращения дуги канала угла места, кроме этого, в корпусе устройства по каждому каналу управления установлен демпфер, кинематически связанный с осью вращения соответствующей дуги.

Недостатками технического решения является искажение восприятия оператором сопротивления на рукоятке, вызываемое нелинейным характером передачи на нее сил трения скобы в направляющем пазу дуги при разных сочетаниях углов поворота рукоятки в каналах азимута и места, а потому невысокая точность управления и утомляемость мышц кисти оператора, невысокая надежность кинематической пары скольжения скоба - направляющий паз из-за противоречия в избавлении от зазора и возможностью заклинивания. В зависимости от области применения, к недостаткам следует отнести и ограниченное двумя значение числа степеней свободы устройства.

Наиболее близким техническим решением является устройство ручного управления манипулятором - триподом, (патент 2501648 МПК B25J 13/02, РФ, опубл. 20.12.2013), содержащее корпус, манипуляционную рукоятку и датчики позиционирования. Манипуляционная рукоятка установлена посредством сферического шарнира на платформе, связанной с рукоятью-подлокотником, а на стержне манипуляционной рукоятки установлена скользящая втулка, на внешней поверхности которой по окружности через 120 размещены сферические шарниры, в которых крепятся штанги датчиков позиционирования, другие концы которых связаны с платформой посредством цилиндрических шарниров.

Недостатками данного технического решения являются невысокая точность управления, связанная с ограниченной возможностью перемещения манипуляционной рукоятки в продольном, по отношению к продольной оси рукояти-подлокотника, направлению. При этом, по отношению к рукояти-подлокотнику, устройство ручного управления обладает всего лишь двумя степенями свободы, что существенно ограничивает управленческие возможности оператора.

Задачей является разработка эффективного устройства ручного управления манипулятором.

Техническим результатом является повышение точности и расширение функциональных возможностей управления манипулятором.

Технический результат достигается тем, что в устройстве ручного управления манипулятором, содержащем манипуляционную рукоятку, рукоять-подлокотник с откидным обхватом для крепления на руке оператора и датчики позиционирования, снабженные ограничителями с возвратными пружинами и демпферами, при этом, манипуляционная рукоятка установлена посредством поступательной пары на трехстепенном поворотном узле, состоящем из направляющей, кронштейна и скобы, соединенных вращательными парами между собой и с рукоятью-подлокотником с возможностью обеспечения манипуляционной рукоятке трех вращательных и поступательного движений, причем оси вращательных пар скобы пересекаются в кинематическом центре лучезапястного сустава оператора.

Установка манипуляционной рукоятки посредством поступательной пары на трехстепенном поворотном узле, а конкретно на его направляющей, обеспечивает устройству возможность управления исполнительным органом в направлении продольной оси, как, например, при управлении инструментом для движения вперед или назад. Крепление самой направляющей на кронштейне посредством вращательной пары обеспечивает устройству возможность управления исполнительным органом в поперечной плоскости, задавая, например инструменту, наклоны влево или вправо.

Крепление кронштейна на скобе посредством вращательной пары обеспечивает устройству возможность управления исполнительным органом в продольной вертикальной плоскости, задавая инструменту перемещение вверх или вниз.

Крепление скобы к рукояти-подлокотнику посредством вращательной пары обеспечивает устройству возможность управления исполнительным органом в продольной горизонтальной плоскости, задавая инструменту перемещение влево или вправо.

Пересечение осей вращательных пар скобы в кинематическом центре лучезапястного сустава оператора обеспечивает совмещение траекторий движения манипуляционной рукоятки относительно рукояти-подлокотника устройства и кисти оператора относительно его предплечья, зафиксированного откидным обхватом рукояти-подлокотника.

Следствием этого является расширение функциональных возможностей устройства и повышение точности управления манипулятором.

Крепление рукояти-подлокотника к предплечью оператора посредством откидного обхвата обеспечивает устройству жесткую фиксацию при сохранении подвижности оператора, а совмещение рукояти-подлокотника с подлокотником кресла оператора в подвижном объекте, где рукоять-подлокотник с откидным обхватом способны воспринимать воздействие колебаний подвижного объекта на самого оператора, позволяют частично демпфировать тряску и вибрации подвижного объекта, тем самым повышая точность управления манипулятором.

На фиг. 1 изображено устройство ручного управления манипулятором на руке оператора, на фиг. 2 общий вид устройства ручного управления манипулятором, на фиг. 3 трехстепенной поворотный узел.

Устройство ручного управления манипулятором состоит из манипуляционной рукоятки 1, рукояти-подлокотника 2 с откидным обхватом 3, для крепления на руке оператора, датчиков позиционирования 4, имеющих ограничители 5 с возвратными пружинами 6 и демпферами 7. Откидной обхват 3 снабжен застежкой «липучка» для фиксации предплечья оператора. На рукояти-подлокотнике 2 посредством вращательной пары 8 установлена скоба 9, которая посредством вращательной пары 10 соединена с кронштейном 11. При этом оси вращательных пар 8 и 10 скобы 9 пересекаются в кинематическом центре лучезапястного сустава оператора. Кронштейн 11 посредством вращательной пары 12 соединен с направляющей 13, образуя вместе со скобой 9 трехстепенной поворотный узел. Манипуляционная рукоятка 1 установлена на направляющей 13 трехстепенного поворотного узла посредством поступательной пары 14. Вращательные пары 8, 10 и 12 обеспечивают манипуляционной рукоятке 1 возможность трех вращательных движений в продольной горизонтальной, продольной вертикальной и поперечной плоскостях, а поступательная пара 14 обеспечивает манипуляционной рукоятке 1 возможность поступательного движения в продольном направлении.

Устройство ручного управления манипулятором работает следующим образом: устройство фиксируется на предплечье оператора с помощью откидного обхвата 3. В исходном состоянии возвратные пружины 6 создают нейтральное положение датчиков позиционирования 4 по всем четырем каналам, которые обеспечивают управление исполнительными органами, при этом манипуляционная рукоятка расположена вдоль оси рукояти-подлокотника.

При повороте манипуляционной рукоятки 1 кистью оператора влево-право или вверх-вниз происходит соответственное изменение сигналов датчиков позиционирования 4, управляющих исполнительными органами, которые обеспечивают соответственное перемещение орудия или инструмента манипулятора. При снижении усилия, прилагаемого к манипуляционной рукоятке 1, происходит плавный, за счет возвратных пружин 6 и демпферов 7, например, в виде фрикционных шайб, возврат ее в нейтральное положение.

Поворот манипуляционной рукоятки 1 вокруг собственной оси обеспечивает изменение сигнала датчика позиционирования 4 во вращательной паре 12 кронштейна 11 и соответственно крен орудия или инструмента манипулятора в поперечной плоскости.

Перемещение манипуляционной рукоятки 1 вдоль направляющей 13 относительно рукояти-подлокотника 2 в направлении ее продольной оси обеспечивает управление перемещением орудия или инструмента в соответствующих направлениях или, при управлении подвижным объектом, изменением скорости перемещения этого объекта.

Таким образом, устройство ручного управления манипулятором обеспечивает повышение точности управления манипулятором, при существенном расширении его функциональных возможностей.

Устройство для ручного управления манипулятором, содержащее манипуляционную рукоятку, рукоять-подлокотник с откидным обхватом для крепления на руке оператора и датчики позиционирования, снабженные ограничителями с возвратными пружинами и демпферами, отличающееся тем, что манипуляционная рукоятка установлена посредством поступательной пары на трехстепенном поворотном узле, состоящем из направляющей, кронштейна и скобы, соединенных вращательными парами между собой и с рукоятью-подлокотником с возможностью обеспечения манипуляционной рукоятке трех вращательных и поступательного движений, причем оси вращательных пар скобы пересекаются в кинематическом центре лучезапястного сустава оператора.

РИСУНКИ