Шестикомпонентный датчик нагрузки манипулятора

 

ШЕСТИКОМПОНЕНТЫЙ ДАТЧИК НАГРУЗКИ МАНИПУЛЯТОРА, содержащий ;Наружное и внутреннее сиЛопередающие звенья, выполненные в виде сбосно расположенных полых цилиндров, соединенных упругими элементами, и связанные с силопередающими звеньями оптические двухкоординатные преобразователи их взаимного относительного перемещения, о тл и ча ющ и и с я тем, что, с целью повьшения точности измерения за счет исключения влияния гистерезиса, упругие элементы выполнены в виде двух снабженных жесткими фланцами тороидальных оболочек П-образного поперечного сечения, в деформируемой части которых выполнены сквозные радиальные прорези, причем тороидальные оболочки расположены соосно силопередающим звеньям, с которыми жестко соединены их наружные и внутренние фланцы, и си1«летрично относительно оптических двухкоординатных преобразователей. (Л с 2S

С ЗЮЭ СОВЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН

«е «и

3QD G 01 5 16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ ПФ.

1.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3513665/18-10 (22) 12 ° 11.83 (46) 23.12.83. Вюл. Р 47 (72) Е.В. Григалюк и A.A. Михайлов (53) 531.781(088.8) (56). 1. Авторское свидетельство СССР

9 795940, кл. В 25 Х 15/00, 1981.

2. Патент США Р 3921445, .

:кл. G 01 L 5/16, 1973 (прототип). (54) .(57) IQECTHKONIIOHEHTblA ДАТЧИК

НАГРУЗКИ МАНИПУЛЯТОРА, содержащий .наружное и внутреннее силопередающие звенья, выполненные в виде соосно расположенных полых цилиндров, соединенных упругими элементами, и связанные с снлопередающими звеньями оптические двухкоординатные преобразователи их взаимного относительного перемещения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повьыения точности измерения за счет исключения влияния гистерезиса, упругие элементы выполнены в виде двух снабженных жесткими фланцами тороидальных оболочек П-образного поперечного сечения, в деформируемой части которых выполнены сквозные радиальные прорези, причем тороидальные оболочки расположены соосно силопередающим звеньям, с которыми жестко соединены их наружные и внут.ренние фланцы, и симметрично относительно оптйческих двухкоординатных преобразователей.

1062537 прорези, причем тороидальные оболочки расположены соосно силопередающим звеньям, с которыми жестко соединены их наружные и внутренние фланцы, и симметрично относительно оптических двухкоординатных преобразователей.

На фиг. 1 показан датчик нагрузки манипулятора, общий вид; на фиг. 2 — сечение A-A на фиг. Т; на фиг. 3 — датчик нагрузки, сечение в плоскости XV-, на фиг. 4 — сечение

Б-Б на фиг. 2 °

Шестикомпонентый датчик нагрузки манипулятора содержит наружное 1 и внутреннее 2 силопередающие звенья, упругие элементы 3 и 4 и оптические двухкоординатные измерительные преобразователи перемещения звена 1 относительно звена 2. Каждый двухкоординатный измеритель перемещения имеет две подвижные части, одна из которых жестко связана со внутренним звеном 2 и выполнена в виде приливов 5-8 на внутреннем звене 2 с установленными в них оптронными парами, а другая - жестко связана с наружным звеном 1 и выполнена в виде стержней 9-12. B каждом из приливов

5-8 имеются радиальные отверстия

13-16, в которые входят соответствующие стержни 9-12 с возможностью перемещаться в любом направлении. Перпендикулярно каждому радиальному отверстию 13-16 в каждом иэ приливов

5-8 выполнены две пары каналов 17, 18 и 19, 20, в каждой из которых установлены с одной стороны канала излучатели 21 и 22 света, например светодиоды, а с другой. стороны канала - фотоприемники 23 и 24, например фоторезисторы. Каналы 17, 18 и 19, 20 пересекаются с радиальным отверстием 14 так, что стержень 10, размещенный внутри отверстия 14, частично перекрывает сечение обоих каналов соответствующей пары каналов 17, 18 и 19, 20.

В исходном состоянии, когда к датчику не приложена нагрузка, перекрытия сечения каждой пары каналов одинаковы, количество света от светоизлучателя к соответствующему фотоприемнику также одинаково в каждом канале рассматриваемой пары, поэтому выходные сигналы этих фотоприемников равны. Фотоприемники включены в мостовую дифференциальную схему.

Изобретение относится к приборостроению, предназначено для измерения составляющих вектора силы и крутящего момента в собственной системе координат шестикоординатного датчика нагрузки манипулятора и может быть использовано при создании систем управления дистанционных манипуляторов, очувствленных по усилию, адаптивных промышленных роботов.

Известны шестикомпонеытые датчики нагрузки манипулятора, содержащие наружное и внутреннее силовые звенья, связанные между собой упругими элементами, и измерительные преобразо- !5 ватели перемещения наружного силового звена относительно внутреннего (1) .

Недос тат к ами т ак их датч иков нагрузки являются невысокая точность 20 измерения и ограниченный диапазон динамических нагрузок.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик, содержащий наружное и внутрен,нее силовые звенья, связанные между собой упругими элементами, и двухкоординатные измерительные преобразователи перемещения наружного силового звена относительно внутреннего. Упругие элементы выполнены из эластичного материала типа каучука f2) .

Недостатками известного датчика являются невысокие точность и стабильность измерений из-за использования упругих элементов, выполненных из эластичного материала, который имеет большую величину гистерезиса.

Невысокая точность измерения определяется также неравномерностью 40 векторного поля жесткости указанного датчика вследствие различия моментов сопротивления упругих элементов, выполненных из эластичного материала данной формы, при прило- 45 жении нагрузки в различных направлениях.

Целью изобретения является повышение точности за счет исключения влияния гистерезиса. 50

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем наружное и внутреннее силопередающие звенья, выполненные в виде соосно расположенных полых цилиндров, соединенных упругими элементами, и связанные с силопередающими звеньями оптические двухкоординатные преобразователи их взаимного относительного перемещения, упругие эле- 60 менты выполнены в виде двух снабженных жесткими фланцами тороидальйых оболочек П-образного поперечного сечения, в дефррмируемой части. которых выполнены сквозные радиальные 65

В каждом приливе 5-8 направления осей одной из пар каналов 19 и 20 ориентированы коллинеарно продольной оси 2 внутреннего звена, а оси другой пары каналов 17 и 18 перпенди- кулярны осям первой пары каналов и оси отверстия 14, причем каналы каж1062537 дой пары между .собой не пересекаются. На фиг. 4 показано сечение одного из выступов в плоскости одной

1 пары каналов,-положение второй пары каналов 19 и 20 на том же выступе

6 показано пунктиром, стержень 10 находится в смещенном положении по оси Z, так что канал 17 перекрыт полностью, а канал 18 открыт.

Конструкция двухкоординатных измерительных преобразователей перемещения, смонтированных в выступах 7-9 силового звена 2, аналогична описанному.

Упругие элементы 3 и 4 выполне; ны в виде имеющих прорези верхнего и нижнего металлических кольцевых профилей тороидального сечения с наружными 25, 26 и внутренними 27

28 фланцами соответственно, которые жестко соединены соответственно с наружным 1 и внутренним 2 звеньями, причем упругие элементы 3 и 4 расположены соосно с наружным 1 и внутренним 2 звеньями.

Для защиты оптронных пар от попацания света 43 окружающей среды фотоприемники и светоиэлучатели могут быть закрыты светонепроницаемыми защитными кожухами индивидуально или парами. Шестикомпонентый датчик нагрузки в сборе может быть помещен в светонепроницаемый кожух, например, из гофрированной резины.

Датчик нагрузки прикрепляется наружным звеном 1 к кисти манипулятора, а внутренним звеном 2 к захвату.

Датчик работает следующим образом.

Усилие от захвата манипулятора

5 воспринимается внутренним силопере- . дающим .звеном 2. Приложенная нагрузка деформирует упругие элементы 3 и 4 в результате чего внутреннее силопередающее звено 2 перемещает 0 ся относительно наружного звена 1 в направлении действия вектора нагрузки. Относительные смещения внутреннего 2 и наружного 1 звеньев измеряются двухкоординатными 5 измерительными преобразователями перемещений, сигналы которых по известным алгоритмам преобразуются в значения составляющих сил и моментов в прямоугольной системе координат, связанной с датчиком. Двухкоординатные измерители перемещений нечувствительны к перемещениям стержней

9-12 вдоль их осей, а также к поворотам стержней 9-12 вокруг своей оси.

Предложенный шестикоординатный датчлк усилий обеспечивает измерение трех поступательных и трех поворотных перемещений внутреннего силопередающего звена относительно наружного силопередающего звена. Эти перемещения соответствуют силам и крутящим моментам, приложенным между наружным и внутренним силовыми звеньями.

Предложенная конструкция имеет

З5 точность и стабильность на 15-20Ъ вьме, чем у известной.

1062537

Фи8.Я б б

Составитель В,Куликов

Редактор;И,Николайчук Техред Y.Ãåðãåëü

Корректор О,Тигор

Подписное филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул..Проектная, 4

Заказ 10207/42 Тираж 873

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий, 113035, Москва, У<-35, Раушская наб,, д. 4/5