Многокомпонентный датчик усилий и моментов

 

1. МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ ДАТЧИК УСИЛИЙ И МОМЕНТОВ для очувствления прокышленных р оботов и манипуляторов и управления , содержащий опорный и силопередающий , связывающую их упругую подвеску и измерительные преобразователи перемещении фланцев или деформаций упругой подвески, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет исключения взаимовлияния напряжений в упругой подвеске, в него дополнительно введен второй опорный фланец, жестко связанный с первым опорным фланцем, причем плоскости опорных фланцев параллельны друг друГУ упругая подвеска выполнена из четного числа упругих элементов растяжения - сжатия, средние части которых жестко ев язаны с- (ередс1ющим фланцем, а ксжцы жестко связаны с опорными фланцами, упругие расположены вдоль образующих однополостного гиперболиода вращения, причем плоскость силопередёиощего фланца . $ совпадает с плоскостью горлового сечения гиперболиода вргицения. 2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что упругая прдвеска состоит из восьми струн, попарно пересекающихся в горловом сечении гиперболиода под углом 90 , 3. датчик по п. 1 и 2, о т л и-. t««i чающийся тем, что измерительные преобразователи перемещений или деформаций связаны со струнами. сд

СОЮЗ СОВЕТСКИХ ,СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

M59 G 01 1 5/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3468425/10 (22) 12.07.82 (46) 30. 09 . 83. Бюл. М . 36 (72) В.Д.Кожин „ A.Ø.Êoëêcêoð, A.È.Êoрендясев, A.Ï.Êóçíeöoâ, Г .Н.Орлова, Б.Л,Саламандра, Ю.В.Столин и Л.И.Тывес (71) Институт машиноведения им.

А,A,Áëàãîíðàâîâà (53) 531.781(088.8) (56) 1, F) atau . Force in Robots and 1

Manipu)atons. Theory and praktice of

robots and manipu)atops. Sec, Ent.

CIST — 1FTOMM SYMPOSIUM, Warsaw, Po)and, Sept. 14-17, 1976, р. 305-310.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 3306895/10, 13.05.81, (прототип) . (54)(57) 1. МЯОГОКОМПОНКНтНЫИ ДАТЧИК

УСИЛИИ И МОМЕНТОВ для очувствлення промышленных роботов и манипуляторов и управления ими, содержащий опорный и силопередающий фланцы, связывающую их упругую подвеску и измерительные преобразователи перемещения фланцев или деформаций упругой подвески, отличающийся тем, что, с

„„Я0„„1045020 A целью повышения точности измерения эа счет исключения взаимовлияния напряжений в упругой подвеске, в него дополнительно введен второй опорный фланец, жестко связанный с первым опорным фланцем, причем плоскости опорных фланцев параллельнй друг дру" гу, упругая подвеска выполйена Hs четного числа упругих элементов растяжения - сжатия, средние части которых жестко связаны с,сил Жередающим фланцем, а концы жестко связайы с опорными фланцами, упругие элементы расположены вдоль образующих однополостного гиперболиода вращения, при" чем плоскость силопередающего фланца > совпадает с плоскостью горлового Е сечения гиперболиода вращения.

2. Датчик по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что ynpyraa подвеска состоит иэ восьми струн, попарно йересекающихся в горловом сечении гиперболиода под углом 90

3. Датчик по и. 1 и 2, о т л и-. ч а ю шийся тем, что измерительные преобразователи перемещений или деформаций связаны со струнами, 1045020

Многокомпонентный датчик работает следующим образом.

При приложении нагрузки к силопередающему фланцу 3 она через упругую подвеску передается опорным фланцам

1 и 2, при этом в струнах упругой подвески возникают натяжения — асевые силы, уравновешивающие нагрузки.

Эти силы обуславливают деформации струн, которые и фиксируются измерительными преобразователями 4-9 деформаций.

Малый диаметр струн обеспечивает отсутствие изгибных, крутильных и сдвиговых напряжений в них. Струны передают нагрузки только в направлениях, соединяющих точки крепления их к опорньм фланцам 1 и 2.Поскольку взаимное расположение струн известно и жестокостные характеристики струн известны (точка приложения равнодействующей внешних сил также обычно известна), то в соответствии с формулами теоретической механики составляются зависимости между деформациями струн и компонентами усилий и моментов, которые используются для расчетов на ЭВМ. Наиболее простыми эти зависимости будут при числе струн равном восьми и при эна.Изобретение относится к машиностро.ению и может быть использовано д« очувствления промышленных роботов и в качестве управляющей рукоятки ма«ипулятора.

Известны многокомпонентные датчики усилий и моментов, содержащие опорный и силопередающий фланцы, связывающую их упругую подвеску и измерительные преобразователи перемещений или деформаций (1 ).

К недостаткам укаэанных устройств относятся низкая точность определения компонент усилий и моментов, обусловленная взаимным влиянием различных видов напряжений в элементах упругой подвески, и нетехнологичность входящих в него деталей.

Наиболее близким к преглагаемому по технической сущносты и достигаемому результату являетс я многокомпон ентный О датчик усилий и моментов, например, для очувствления промышленных роботов, содержащий опорный и силопередающий фланцы, измерительные преобразователи силы, установленные на шести стержнях, 5 соединяющих посредством сферических шарниров три расположенные не на одной прямой точки одного фланца с тремя точками другого фланца, также расположенными не на одной прямой (2 .go

Недостаток заключается в невысокой точности определения.скомпонент усилий и моментов вследствие того, что для устранения зазоров в сферических шарнирах многокомпонентный датчик приходится нагружать известным постоянным усилием, превы- шающим измеряемые, При этом сила трения в,сферических шарнирах обусловливает наличие изгибных напряжений в стержнях, искажающих информацию о 40 напряжениях сжатия в стержнях, по которым и определяют компоненты усилий и моментов.

Цель изобретения — повышение точности измерения эа счет исключения 45 взаимовлияния напряжений в элементах упругой подвески.

Поставленная цель достигается тем, что в многокомпонентный датчик усилий и моментов для очувствления про . g мышленных роботов и манипуляторов и управления ими, содержащий опорный и силопередающий фланцы, связывающую .их упругую подвеску и измерительные преобразователи перемещений фланцев или деформаций упругой подвески, дополнительно введен второй опорный фланец, жестко связанный с первым опорным фланцем, причем плоскости опорных фланцев параллельны друг другу, упРугая подвеска выполнена иэ четного числа упругих элементов растяжения - сжатия, средние части которых жестко связаны с силопередающим фланцем, а концы жестко связаны с опорными фланцами, упругие элементы 65 расположены вдоль образующих однополостного гиперболоида вращения, пРичем плоскость силопередающего фланца совпадает с плоскостью горлового сечения одноплостного гиперболоида вращения. упругая подвеска состоит из восьми струн, попарно пересекающихся в горловом сечении гиперболоида под углом

Измерительные преобразователи перемещений или деформаций связаны со струнами.

На чертеже изображена схема предла гаемого многокомпонентного датчика, Многокомпонентный датчик усилий и моментов содержит опорные 1 и 2 и силопередающий 3 фланцы,связывающую их упругую подвеску, в которЬй в качестве упругих элементов растяжения — сжатия использованы струны

АЬ, Bc, Cd, De, Kf, Fg, Gh, На, Ап, Ва, Cb, Dc, Ed, Fe, Gf, Hg, и шесть измерительных преобразователей 4-9 деформаций струн. Указанные струны протянуты вдоль образующих однополостного гиперболоида вращения и концами укреплены в точках А, В, С, D, Эти точки принадлежат соответственно двум окружностям на опорных фланцах

1 и 2 и делят их на равные части.

Струны Ab и Ва, Вс, и Cb, Cd u Dc u т.д. попарно пересекаются в горловом сечении гиперболоида и крепятся в точках пересения g, m, n, о, р, ч, s, t к силопередающему фланцу.

1045020

Составитель В.Годэиковский

)Редактор A.Ëåæíèíà Техред M.Êóçüìà Корректор Ю.Макаренко

Заказ 7537/40 - Тираж 873

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий .

113035, Москва, E-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ч енин угла между п ерес екающими с я в горловом сечении струнами равном

9.0

Многокомп он ен т ный датчик, примемен яемый дл я оч ув с твл ен и я и ромышл е нных роботов и манипуляторов, устанавлив аетс я на механических руках так,, ч то, силоп ередающий флан ец с в язываетс я со охватом, а опорные фла нцы - с ближайшими к схв а ту звеном руки . Многокомпонентный датчик, и римен яемый дл я управлени я промышленным роботом или манипулятором в режиме ручного управления, крепится опорнымн фланцами к основанию, а к с илопередающему флак цу крепится руко я тка, на которую воздействует оператор .

В последнем случае, когда условия миниатюризации датчика не столь жесткие, измерительные преобразователи перемещений могут быть установ,лены между фланцами.

Предлагаемый многокомпонентный датчик имеет простую конструкцию, содержит минимально необходимое число измерительных преобразователей деформаций (шесть) . Кроме того, он обладает высокой точностью, так как не требует дополнительных нагружающих устройств, в его конструкции исключены элементы, между которыми могло бы быть сухое трение. В результате более чем .в два раза повышается vyscTaHTaasHocTs ц при одном и том же диапазоне изменения измеряемых усилий и моментов.