Манипулятор

 

СОВХОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) »51) 4 В 25 J 9, 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ рону.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3605467/25-08 (86) PCT/US 82/01353 (24.09.82) (22) 03.06.83 (31) 813365 (32) 05.10.81 (33) 1 10 (46) 15.04.87. Бюч. !i= 14 (71) Грлко Роботикс, инк (US) (72) Оле 1олеуг (110) (53) 62-229.72(088.8) (56) Патент С111Л 1» 4259876, кл. В 25 3 9/00, опублик. 1981. (54) (57) 1. МЛНИПУ.)ЯТОР, содержащий опорную плиту и установленное на ней основание с приводом ега поворота, а также шарнирно соединенные последовательно три звена, первое из которых установлено на основании, а последнее — третье звено — имеет размещенный в нем с воэможностью вращения держатель инструмента и установленные на основании двигатели, каждый из которых своей кинематической цепью связан с соответствующим звеном, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности позиционирования, привод угловых перемещений третьего звена и вращения держателя инструмента выполнен в виде трех управляющих стержней, которые кинематически связаны с одной стороны с третьим звеном и держателем инструмента соответственно, а с другой — с соответствующими двигателями посредством идентичных кинематических цепей, причем третье звено связано с вторым звеном с помощью сферического шарнира и снабжено дополнительным шарниром, ось которого перпендикулярна осН врлшения цержлтеля 1»нструме» т . и

ILiаРНИР11О CB 1»э Л»»<1 СН а»!МИ К Oi»1;ЛМI! канцлми двух уг.рлн.-»яю»и»»х cтерж»»ей, шлрнирнс снязл::11 .iK мс»;",ó саба .—.oi»еречинай-:. 13 которой B»ипал»-:ен i",радал»-ный плз, 1 ри э. с. „-: нтаиак не»е v станавлены три ры »лгл. л †;:кже i»BHðàâляюший:и-.»»йт, катаный pë-.мешен» в пазу

11niiepeH»-IHBf, 11 нлл, a!!;»н ка»»е,» которага кинемлтически f EHçàff с держ;.телем инструмента-,;: 11руга»- . слабже:». в»11»товай н"-,ðåçêîé, нл которой yc1 I»»oI»I»ef»a гайка, злкреп» е»»1»ля нл канне третьего стержня,, причем другие кан;;ь», и рлвляюших стерж»»е»1 1»;.ÿ p:иpHo связаны соответствую»E»ì»! э 1=;BI лми нтапага звена. а клкд»и": рь:члг второ -о звена также связан с cooòãåòстнуни:нм двигателем кине !B;1!i»ccKай» цепь;",, садержл— щей три гибких э»»ементл и тягу, адин конец катсрай шлр»п»рно соедине:» с саатветствуюцим рыча; ом нтарага звена, уCTRHOB "1e»1HH;I. -H;. а 1»авл:-п»и не»1у»яий б IOK связ лнный C GB!11 BTE Bf B. I, H направляющиее po:IHK11, ади11 из кот арык уcтановлен нл 1»еpBC .:::е»»е, л двл других — HP основан 111: а обе стороны от плоскости, †..роходящей через ась блока и ось роликл -ерва-.а звенл, при этом гибкие эле.»е»»ты ад ими сваи и концами з акре-.::»е »В» 1»;= ведущем блоке а другими — нл тяге, ахв",òûBàþò раба. чие поверхнос-., роликов, обращенные друг к другу. и "..лспалажены на недущем блоке и pO..i.ке 11PpBol о звена так, что один гибкий элемент агиблет их рабочую »1oBepKI;oc-. расположенную по одну сторону ат нх аси, л два других гибких элемBí1ë — па другую сто)) ) ". и

). ОЛИ l(C) 1

:10

r> P;! I I I R 0 и Е (>T 0 E В а -,;,:."! (ес ;и анип»J опреНИИ ОТ держарачиOCH.

2 изоб:1;3 (:l))1 /- IЯ (ор

Ч rl К) Ц lс и С H . сн"i, Ч I,! (i> l!I:1;) !Ii !

) (1 " ) l!! : ь!13 .-Я)01((р ";0) с )) ) с) а;Чл ):1 l! Я.> Сс!()Е)>!» пр око;:!с!.(!с(с чер е, )ñH 1) 0)J(ri с )1, (if., (:, -! >

fIHß П(! ))000 I ())) .1-(П / ) 10;Ilj!1 i(---,") ,:, п1у.тятс)р,о

-1 P ..; .!) .,I р! С с) I ЕМ. )ГI 0 .!. .С-! ) 1;1

Г

ЛИКО!30СПОВППИЯ СОС*! ПВ:1сlат -., ) ., (;;—

Мо ГР» P () II!((а ПЕРВ 0 () 3 13 Ечс: ., 1, ; Ë (O! О Я ) 111 Е ) ЕЖ !) У 0 C 11> I!) 1!> » О П И О ((.бр I 0> !r!» .-; (),)0»(f r;r - .! )):;>

С )):; !11.=; ) 13 - ;) I C) С : i "-, >!, I!!1 I " Я Г(НО . I-.: .; . (1П -(О (! I->.P .)-,3 l!:i l11!

-;Л ));l!i )т))Ь. ():",,:(11 :. !„ !% il > 11

1 . . ., » . ():: .Г Я :: .). ))) - - )

>>)сн ., В сс ) ))!) ).;,):,.(!l )()i()) ) С -,(!(;;С P÷(,;Е-> l i J (Oj!!>!.I ЛRQ(-cr °

I iri", !),,- .,*, )1)с>,(у(т;(о;:,п.--нп(,е с .0 3;,,0)j,l!c >!с )-,р,"ш;:-ПИЯ::) О! ОРПсо." и. И-) Е ...i)!i " 1 а:.:—

)

1 и действу)!0щего через т! -y на пер -" ---

ВЫЙ КО)ПЕсlЧаТЫЙ РЫЧаГ .)» 1>РИКР ЕПЛЕН ня>lй I(Фикс )рованному валу б 00E(oH;».— ния !, Один кОнец первОГ() звон(/ 1а нип1)лятора установлен с -,озможностьк: вра(3(ения на основании (, а другой 1" конец первого звена / макк- лятора шарнирно связан с вторым звеном 8, другой ко:eu которого связан через

r )(;il> !1 !

),, и! (r:. !)(. (п )

С,! С P (! i !, i . 1,П(н . - . )р

1 f ) !! !!» Р;:) с "0)) - : !(, !, (l! :.1 .! I j "... .:с

I.! ., ", ".!3 !П .": ), . .(: * . : ) .." -! «

:.,;i 0 j II 0 >! .))!fli !!I>с) ) ) - !!. !1!:

) е т > с с! ) ). (>:;...,,1,:, -) с - —. р >3 .. Ii, !.:-) )

I3 . 0 !(0 i! :.;i > — . с ., С т I-; ) : !!ро I 1.: P Ir! :,",) 1 „.! 1, . ), !.1, !( . ): j) (: (3 Е : .; Н ° " . !, ); . с:

: ) ЯМ).ЖП:; С .: К,! ;:. ::! 1!" r,>ПИ ....::..: : Л C(i Я

1!(I" )if I "1 ) "с)

Основании 1, . ppтье звено iО м

3(ятора может б!..ть повернуто на Р IEEIÍÛé c/I 0:i Е3 .,;0)(:Yi HаПРаВJI(3 носительно в-: Оро о .!вена 8, а тель инструмента 11 может пово

E3<»ться вокруг своей продольной

Для большей ясности на фиг. р,))3(ена только одна из трех упомянутых кинематических цепей для передачи!

30474! усилия с гидравлическим сервацилиндром 21.

Перемещения третьего звена 10 вызываются двумя продольно перемещаемыми управляющими стержнями, размещенными на втором звене 8 манипулятора, из которых для большей ясности на фиг.! показан только один (позиция 22). Второй из упомянутой пары управляющих стержней изображен на 10 фиг.3 и 4 и обозначен позицией 23.

Вращение держателя инструмента 11 вокруг его продольной оси осуществляется с памошью третьего управляющего стержня 24 (фиг.3 и 4). 15

Все управляющие стержни кинематически связаны с соответствующими гидравлическими сервоцилиндрами 21.

Шток поршня сервацилиндра 21 прикреплен с помо1цью оси к одному концу 20 тяги 25, другой конец которой присоединен с помощью оси к выступу 26 на блоке 27, который с помощью аси смонтирован в основании 1 и который одновременно выполняет роль коленчатого 25 рычага. Блок 27 огибает закрепленный на нем одним своим концом первый гибкий элемент 28, который далее своей внешней стороной касается ролика 29, установленного на оси в основании 1, 30 и огибает ролик 30, установленный на оси в первом звене 7 манипулятора под шарниром, связывающим первое 7 и второе 8 звенья. Второй конец гибкого элемента 28 закреплен на конце тяги 31, другой конец которой шарнирно связан с рычагом 32, который в свою очередь установлен на оси во втором звене 8 манипулятора. К рычагу 32 присоединен с помощью шарнира 40 также и конец стержня 22.

Кроме того, к блоку 27 прикреплены концы второго 33 и третьего 34 гибких элементов, которые также огибают блок 27, но с противоположной стороны от гибкого элемента 28, которые проходят через ролик 35, установ. ленный в основании 1, и через ролик

30 ° Другие концы этих гибких элементов закреплены на тяге 31 около шарнира, связывающего ее с рычагом 32.

Таким образом, гибкие элементы 33 и

34 на всем пути оказываются параллельными. Гибкий элемент 28 по всему пути своего прохождения расположен в плоскости, перпендикулярной осям вращения блока 27 и роликов 29, 30 и

35, и проходит между гибкими элементами 3 1 и 34 которые распада Kpilkl н параллел1.иых и Iock oc TEE . В результате того, чта гибкий э 1емент 28 проходит между вторим 33 и третьим 34 гибкими элемента.1и, и пад уг.".ам к их направлению у верхней части радика

30, напряжение, которое возникает в тяге 31 па", воздействием гибких элекентов, не является перекашивающим.

Тяга 31 снабжена паваротным11 замками для крепления гибких элементов (не показаны).

KFIkIe IaTFI IecE «1! цепь привал";:звеньев манипулятс ра спроектирован» таким образа.l, 1та пер ае з" спа 7:акгт быть повернута а —..!Iаc..1òåëk Iio с с . с вг .— ния 1, а втарое зве1 а 8 — относите Ek на звена 7 бсз ва .1;1сйc1 ви11 и» ) 11" кие элементы 28, 33 и 3- и саатkie Тс Tk>eиío а управ.-1яющ1«й с т еркеп1 . 0TO;ko стигается б.1агсдаря таму, -:та ро: ик 1

29 и 35 устанаглап:,l -. аснсвании 1 на равном и ги I-.ракт1 1ески р-:виан р:сс To5IHHFI ат ме с та "i . ". Eioki ki .i o c ki oki;1 нии 1 блока 27,,,;а —.;:: же 1.1а1 адар я тому, что первое з-е«а 7 k; .IIF EIYIE Topa устанав.тена B осиoP,;kiiøi таким абразом, чта ось е: а pð IILekii .E распалагается пред-ачтитсльиа акал- плоскости, проходящей через ockk рал:-кав 29 и 35, например ниже этой плоскости Ii; расстоянии 1736 диаметра ра11икав "9 и

35, причем ась врап1е1гия первого звена 7 распалагае —.ся иа а;инаковом расстоянии от асей врспце:i:1я ра;псков 29 и 35, а диаметр ра IFII oâ выбран таким. что на них намаTI!E1p:-còcÿ участки гибких элемен;ов 28 и. † 33, 34 такай длины, чта расстояние между роликами

29 и 35 соответственна и роликам 30 сакра,aeòñÿ в ре,уль-.ате „-1вижения первого звена 7, а напряжение в гибких элементах под ерживается постоянным. В результате движения первого звена 7 манипулятора с роликами 35 и

29 отматывается чаc.Tü гибких элементов 33, 34 или 28 такой длины, что расстояние между ними и po.-.èêîì 30 увеличивается, причем напряжение B гибких элементах поддерживается постоянным. Эта означает, что ролик 30 не вращается, а тяга 31 не получает продольного перемещения при перемещении первого звена относительна основания 1. Ролик 30 установлен на первом звене 7 манипулятора на расстоянии от оси вращения звена 7 и звена

8 равном или практически равном ра1304 !- >1 воляющую получить угловые перемещения звеньев манипулятора в прямой зависимости от хода поршней сервоцилиндров. Сервоцилиндры (фиг.5) имеют гильзу 46, шток 47, жестко присоединенный к поршню 48, который снабжен уплотнительными желобами 49 (желобами распределения давления). Другим своим концом шток 47 жестко прикреплен к направляющей 50, приспособленной скользить на опорах 51 с трением качения в фиксированных направляющих

52. К направляюшей 50 прикреплен с помощью оси один конец тяги 53, другой конец которой прикре ен с помо- 15 щью оси к коленчатому рычагу 54,жестко присоединенному к установленному с возможностью вращения валу 55, смонтированному в основании 1 робота манипулятора. Измерительная система сервоцилиндра (не показана) присоединена с помощью стальной проволоки 56 к выступу 57 на направляющей 58.

В результате того, что длина а коленчатого рычага 54 и длина о тяги

53, а также расстояние с между осью вращения вала 55 и осевой линией штока 47 находятся в диапазоне (в значениях я) от 1,8а до 1,33 с! по отношению один к другому, расстояние О между осью соединения тяги 53 и направляющей 50, когда ось находится в удаленной позиции, и точкой пересечения осевой линии штока 47 и осевой линии, перпендикулярной к ней и прохо- 35 дящей через ось вращения вала 55, составляет 0,39 а, длина хода поршня сервоцилиндра составляет 1,66 о, достигается эффект, выражающийся в том, что линейное перемещение поршня сервоцилиндра преобразуется во вращательное движение вала 55 таким образом, что отношение между- углом поворота вала 55 и соответствующим изменением в расположении поршня 48 сервоцилиндра практически постоянно во всем рабочем диапазоне сервоцилиндра.

Вьппеописанная практически линейная передача движения от серно цилиндрл к вращающемуся валу 55 грлфически изображена нл фиг.б, где кривая в системе координат показывает знлчение угла поворота 1 в функции от расстояния между направляющей 50 и нормллью к осевой линии вала 55, когда длина хода поршня е сервоцилиндра установлена равной 200 мм.

Двл практических размера параметров О и Е отмечены нл оси абсцисс.

В соответствии с изобретением трение между штоком 47 и уплотнением 59 поршневого стержня во всех гидрлвлических сервоцилиндрах манипулятора сведено к минимуму благодаря применению специального у стройства, Б котором диаметр штока 47 сокращен по рлзмера, соответствующего меньшему пре делу прочности на изгиб дл штскл, свободно установленного об;цеизвестным способом, Со стороны штока сервО цилиндр снабжен напран",ÿþùåé 58, в которой кроме уплотнения 59 установлен роликовый подшипник 60. через который проходит шток 47. Роликовь|й подшипник 60 имеет такую длину, что часть штока 4 4/, находяп;ляся внутри роликового подшипника 60, в любой момент действует так, клк если бь| она была там фиксирована. Ь резуль— тате того, что шток 47 фиксирован обоими своими концами, удалось значительно сократить его диаметр по сравнению с диаметром што;:=ÿ=,,который в связи с возможностью и"-гиба был бы необходим если бы шток 47 был свободно установлен по обоим его концам.

Таким образом, удалось, например, сократить диаметр штока с 20 до

8 п1. Это означает, что длина окружности поршневого стержня уме,ьшена с 62,8 до 25,1 мм. Поскольку трение между поршневым стержнем и уплотнением пропорционально давлению >-плотнения на единицу площади, оно оказывается значительно сниженным.

),! ) /!

I

4/.-.!

j (>

/ /

/ )

/

/

-/.(!

Г7

I,---- —.-), (, ) f

I г, r? г У!

) .) )

)

Г /

) / о/,/=:,): у!

) !

L —...-.— ! ) )

) .) —. с

l ! ---,! :---

1 ! ) . )

) ! ! )

) !

)

) ) ! * )

I )

)!! ! ()

) !. ! !

) .)- !. !! ! ! L

) ) !

)!

18.. I i .:1-,),- ., 1

) ).:1

) ! !

/ // !

))

/ / / / / // !/ / / //

/i/

I"

1/) /,3,.,)

)/ ),, 3

/ g р/, ./ г 4)

1 у,,/

/ / / П7 /4-, I) ,б ) к,)1

) )- ....,. ) -Х"

) 130ч741

Составитель Е.Ермолаев

Техре„-! В.Кад р Корректор М.Самборская

Редактop H.Киштулинец

Заказ )325/58

Т.ираж 95 Подпис ное

ВИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. /5

Производственно-полиграфическое гредприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4