Дистанционный манипулятор

Полезная модель может быть использована в робототехнике при создании манипуляторов с дистанционным управлением. Техническая задача заключается в упрощении конструкции и управления манипулятором. Задача решается за счет того, что управляющая часть 1, не связанная механической связью с исполнительной 1, выполнена идентичной руке оператора. При этом положение осей степеней подвижности суставов оператора 34, 31, 35, 32, 36, 33 совпадают с соответствующими кинематическими парами 27, 24, 28, 25, 29, 26 управляющей части 2, а исполнительная часть 1 выполнена аналогично управляющей 2 ил., 1 з.п. ф-лы.

Полезная модель относится к робототехнике и может быть использовано при создании манипуляторов с дистанционным управлением.

Известен задающий орган манипулятора, содержащий основание, ложемент под локоть оператора и рукоятку для кисти, при этом ложемент и рукоятка между собой и основанием кинематически связаны рычажно-шарнирным механизмом с возвратными пружинами, а каждый механизм представляет собой рычаг с двумя взаимно перпендикулярными шарнирами. Ложемент кроме того, дополнительно соединен с основанием шарнирным параллелограммом (см. а.с. СССР 1546248, B25J 3/04).

Недостатком такого известного решения является сложность конструкции в силу избыточного количества звеньев - элементов шарнирно-рычажных механизмов, и кинематических пар.

Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является двухкомпонентный дистанционный манипулятор (см. а.с. СССР 2363570, B25J 3/04). В соответствии с известным решением манипулятор содержит управляющую руку, связанную с оператором и исполнительную руку. Последняя состоит из трубчатого звена проходящего через стенку и последовательно соединенных звеньев с рабочим органом. При этом указанные звенья образуют шарнирную последовательность. Управляющая и исполнительная руки не связаны прямой механической трансмиссией, оборудованы интерфейсной системой. Каждая рука, содержит механизмы приводов, которые объединены через интерфейсную систему согласовывающую движения выдаваемые управляющей рукой и выполняемые исполнительной. При этом приводная часть содержит стационарный кожух, барабан, установленный с возможностью вращения в кожухе и закрепленный на трубчатом звене, стационарный двигатель и трансмиссию, содержащую зубчатое колесо вокруг барабана и орган зацепления с зубчатым колесом и соединяющую барабан со стационарным двигателем.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и управления исполнительной частью манипулятора.

Значительное число подвижных элементов в управляющей руке, существенно превышающих число степеней подвижности манипулятора, увеличивает массу, усложняет конструкцию и создаю дискомфорт в работе оператора. Несовпадающие кинематические схемы управляющей и исполнительной руки затрудняют действия оператора и усложняют управление исполнительной частью манипулятора.

Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в упрощении конструкции и повышении эффективности управления.

Техническая задача решается тем, что в известном дистанционном манипуляторе, содержащем без соединения механической связью, исполнительную часть, образованную звеньями соединенными вращательными парами с индивидуальными приводами по каждой степени подвижности, управляющую часть, управляемую оператором и формирующую сигналы индивидуальным приводам, отличающийся тем, что управляющая часть выполнена идентично руке оператора, связана с рукой с совпадением положения осей степеней подвижности, а исполнительная часть выполнена аналогично управляющей.

На фиг.1 представлена кинематическая схема дистанционного манипулятора.

Дистанционный манипулятор содержит исполнительную часть 1 (фиг.1), и управляющую часть 2, связанную с рукой оператора 3. Исполнительная часть 1 образованна шестью подвижными звеньями 4, 5, 6, 7, 8, 9. Звенья 4 и 5, 6 и 7, 8 и 9 соединены между собой вращательными парами соответственно: 10, 11 и 12, с осями вращения перпендикулярными продольным осям звеньев. Стойка 13 и звено 4, звенья 5 и 6, 7 и 8, соединены вращательными парами с продольными осями вращения 14, 15, 16. Каждая кинематическая пара обеспечивает соответствующую степень подвижности исполнительной части 1. Общее число степеней подвижности равно шести.

Управляющая часть 2 образованна шестью подвижными звеньями: 17, 18, 19, 20, 21, 22, и неподвижным звеном 23. Звенья 17 и 18, 19 и 20, 21 и 22 соединены между собой вращательными парами соответственно: 24, 25 и 26, с осями вращения перпендикулярными продольным осям звеньев. Неподвижное звено 23 и звено 17, звенья 18 и 19, 20 и 21, соединены вращательными парами с продольными осями вращения, соответственно: 27, 28, 29. Шесть кинематических пар: 24, 25, 26, 27, 28, и 29 обеспечивают шесть степеней подвижности управляющей части 2.

В силу совпадения числа звеньев, видов вращательных кинематических пар их соединяющих, управляющая часть 2 и исполнительная часть 1 дистанционного манипулятора аналогичны.

Управляющая часть 2 управляется рукой оператора 30 и крепится на его руке 30. При этом управляющая часть 2 идентична руке, т.е. расстояния между вращательными парами 24 и 25 равны расстоянию между суставами 31 и 32. Расстояние между вращательными парами 25 и 26 равно соответственно расстоянию между суставами 32 и 33. Это обеспечивает совпадение в пространстве осей степеней подвижности управляющей части 2 и руки оператора. Вращательные пары с продольной осью вращения: 27, 28, 29 размещаются над подвижностями типа ротации руки человека, соответственно: 34, 35 и 36. Крепление управляющей части 2 к оператору осуществляется к корпусу 37 и кисти 38 и подвижными соединениями: 39 - к предплечью 40, 41 - к локтю 42. Дистанционный манипулятор, с шестью степенями подвижности обеспечиваемых шестью вращательными парами, в исполнительной части 1, в управляющей части 2, имеет наименьшее из возможных, из условия независимости формируемых управляющих сигналов для индивидуальных приводов, число кинематических пар - шесть. Это обеспечивает выполнение дистанционного манипулятора с наименьшим совокупным число звеньев и кинематических пар, т.е. обеспечивает упрощение его конструкции.

Дистанционный манипулятор работает следующим образом.

В исходном положении управляющая часть 2, закрепленная через неподвижные соединения на корпусе оператора - 37, на кисти - 38, занимает пространственное положение, согласованное с рукой оператора. Обеспечивается совпадение относительных углов поворота звеньев в кинематических парах 27, 24, 28, 25, 29, 26 и соответствующими подвижностях в суставах: 34, 31, 35, 32, 36, 33.

Углы начальной установки звеньев в кинематических парах: 14, 10, 15, 11, 16, 12 исполнительной части 1 устанавливаются совпадающими с аналогичными углами в кинематических парах управляющей части 2: 27, 24, 28, 25, 29, 26.

Движения в суставах оператора 34, 31, 35, 32, 36, 33 обеспечивают, за счет неподвижных и подвижных соединений управляющей части 2 и руки оператора, движения звеньев в идентичных кинематических парах: 27, 24, 28, 25, 29, 26 соответственно. При этом, формируются управляющие сигналы, например через энкодеры (на фиг.1 - кинематической схеме, условно не показаны), установленные в каждой из кинематических пар управляющей части 2. Управляющие сигналы передаются на управляющие приводы, обеспечивающие движения в аналогичных кинематических парах исполнительной части 1. Например, поворот в суставе 32 локтя 42 относительно предплечья 40 на угол 27,5° обеспечивает, за счет их связи через подвижные соединения 39 и 41 со звеньями 19 и 20, управляющей части 2, идентичный поворот в кинематической паре 25 так же на 27,5°. При этом, энкодер, установленный в кинематической паре 25 формирует управляющий сигнал, передаваемый на систему управления двигателем поворота звена 7 относительно звена 6 (кинематическая пара 11 аналогичная кинематической паре 25).

Таким же образом обеспечиваются движения во всех остальных кинематических парах исполнительной части 1 дистанционного манипулятора.

Дистанционный манипулятор в исполнительной части 1 содержит шесть подвижных звеньев: 4, 5, 6, 7, 8, 9 и шесть степеней подвижности обеспечиваемых шестью кинематическими парами: 10, 11, 12, 14, 15, 16. Управляющая часть 2 состоит из шести подвижных звеньев: 17, 18, 19, 20, 21 и шести кинематических пар: 27, 24, 28, 25, 29, 26. В силу идентичности и совпадения положения осей подвижностей управляющей части и руки оператора обеспечивается формирование полного объема управляющих команд индивидуальными приводами исполнительной части. Таким образом, функционирование исполнительной части 2 с шестью степенями подвижности обеспечивается шестью кинематическими парами в управляющей части 1. Достигается минимально возможное число подвижных звеньев и кинематических пар, что обеспечивает упрощение конструкции дистанционного манипулятора. Идентичность выполнения управляющей части 1 с рукой оператора, не ограничивает его движений обеспечивая их полную свободу, а в силу аналогичности с исполнительной частью 1, отсутствует необходимость в преобразовании движений. Образующаяся прямая аналогия движений руки оператора и движений идентичных звеньев исполнительной части обеспечивает простое и эффективное управления.

Таким образом, заявляемый дистанционный манипулятор, обладает более простой конструкцией и упрощает управление исполнительной частью манипулятора.

Дистанционный манипулятор, содержащий управляющую часть и исполнительную часть, образованную звеньями, соединенными вращательными парами с индивидуальными приводами по каждой степени подвижности, при этом управляющая часть крепится на руке оператора и выполнена с возможностью формирования сигналов индивидуальным приводам, отличающийся тем, что управляющая и исполнительная части имеют идентичные звенья, равные аналогичным частям руки оператора, при этом управляющая часть связана с рукой с совпадением положения осей степеней подвижности, и в каждой кинематической паре управляющей части установлены энкодеры для формирования управляющих сигналов индивидуальным приводам.