Манипулятор

 

1. МАНИПУЛЯТОР, содержащий шарнирно-рычажный исполнительньй орган с подвижными звеньями, сочлененными одно с другим и с неподвижным основанием двуосными шарнирами, причем звенья выполнены в виде полых цилиндров с концентрически расположенными внутри трубчатыми валами, на концах которых жестко закреплены ведомые и ведущие зубчатые колеса трехзвенных дифференциальных механизмов , а сателлиты этих трехзвенных Дифференциальных механизмов расположены в корпусах шарниров по их осям и равномерно распределены относительно продольных осей звеньев, причем периферийные сателлиты жестко посажены на трубчатые отростки силовых .водил, сочленякшщх корпуса шарниров и приводы подвижных звеньев с выходными валами, установленные на неподвижном основании и кинематически связанные с соответствующими входными зубчатыми колесами исполнительного органа, отличающийся тем, что, с целью кинематической развязки движений и уменьшения мощности приводов , он снабжен двумя дополнительными коническими дифференциалами и суммирующей зубчатой передачей, причем корпуса подвижных звеньев вьшолнены в виде тройников, а двуосные шарниры развернуты один относительно другого на 90,при этом кинематические ветки силовых водил трехзвенных дифференциальных механизмов каждого двуосного шарнира замкнуты парами зуб-чатых шестерен суммирующей конической передачи,одна из которых находится в зацеплении с соответствую1Щ1м зубчатым колесом водила одного из двух дополнительных конических дифференциалов, первые входные зубчатые колеса которых жестко насажены на выходной вал (Л. первого привода, а вторые через сутмируинцую зубчатую передачу кинемас тически связаны с вторым приводом. 2. Манипулятор по п.1, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения маневренности, он снабжен зубчатыми секторами, а каждое подвижное звено вьлолнено в виде кресСП товины, на которой жестко закреплены NBA зубчатые секторы, расположенные по .4 парно во взаимно перпендикулярных сл плоскостях, и сцепленных с зубчатыми со секторами корпусов предьщущего и последукяцего звеньев, а внутри крестовины по двум взаимно перпендикулярHbw ее осям равномерно справа и слева от продольных осей звеньев располо жены входные и выходные сателлиты трехзвенных дифференциальных механизмов , которые трубчатыми валами, концентрически расположенными по осям крестовины, жестко сочленены соответственно с ведомыми зубчатыми

СОЮЗ СОВЕТСКИХ Ю °

РЕСПУБЛИК а(5ц В 25 J 17/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ в

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3559379/25-08 (22) 28.02.83 (46) 23.04.85. Бюл. Р 15 (72) Б.А.Петров, В.П.Дорохов и В.К.Хаткевич (71) Ленинградский завод-ВТУЗ при

Производственном объединении турбостроения "Ленинградский металлический завод" (53) 62-229.72 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

1042989, кл. В 25 3 3/00, 1982. (54)(57) 1. МАНИПУЛЯТОР, содержащий шарнирно-рычажный исполнительный орган с подвижными звеньями, сочлененными одно с другим и с неподвижным основанием двуосными шарнирами, причем звенья выполнены в виде полых цилиндров с концентрически расположенными внутри трубчатыми валами, на концах которых жестко закреплены ведомые и ведущие зубчатые колеса трехзвенных дифференциальных механизмов, а сателлиты этих трехэвенных дифференциальных механизмов расположены в корпусах шарниров по их осям и равномерно распределены относительно продольных осей звеньев, причем периферийные сателлиты жестко посажены на трубчатые отростки силовьм ,водил, сочленяющих корпуса шарниров и приводы подвижных звеньев с выходными валами, установленные на неподвижном основании и кинематически связанные с соответствующими входными зубчатыми колесами исполнительного органа, о т л и ч .а ю шийся тем, что, с целью кинематической развязки двйжений и уменьшения мощности при„„SU„„1151453 A водов, он снабжен двумя дополнительными коническими дифференциалами и суммирующей зубчатой передачей, причем корпуса подвижных звеньев выполнены в виде тройников, а двуосные шарниры развернуты один относительно другого на 90,при этом кинематические ветки силовых водил трехзвенных дифференциальных механизмов каждого двуосного шарнира замкнуты парами зуб-. чатых шестерен суммирующей конической передачи, одна из которых находится в зацеплении с соответствующим зубчатым

:колесом водила одного из двух допол нительньм конических дифференциалов, первые входные зубчатые колеса которых жестко насажены на выходной вал первого привода, а вторые через суъ мирующую зубчатую передачу кинематически связаны с вторым приводом.

2. Манипулятор по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения маневренности, он снабжен зубчатыми секторами, а каждое подвижное звено выполнено в виде крестовины, на которой жестко закреплены зубчатые секторы, расположенные попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях, и сцепленных с зубчатыми секторами корпусов предыдущего н последующего звеньев, а внутри крестовины по двум взаимно перпендикулярным ее осям равномерно справа и слева от продольньм осей звеньев расположены входные и выходные сателлиты трехэвенных дифференциальных механизмов, которые трубчатыми валами, концентрически расположенными по осям крестовины, жестко сочленены соответственно с ведомыми зубчатыми

1151453 колесами предыдущего шарнира и веду- ференциального механизма жестко пощими зубчатыми колесами последующего сажены на трубчатые отростки силовых шарнира, причем два периферийных водил трехэвенного дифференциального входных сателлита трехзвенного диф" механизма последующего шарнира.

Изобретение относится к манипуляторостроению и может быть использовано в качестве исполнительных органов манипуляторов и роботов.

Известен манипулятор, содержащий 5 шарнирно"рычажный исполнительный орган с подвижными звеньями, сочлененными одно с другим и с неподвижным основанием двуосными шарнирами, причем звенья выполнены в виде полых

1О цилиндров с концентрически расположенными внутри трубчатыми валами, на концах которых жестко эакреплень1 ведомые и ведущие зубчатые колеса трехэвенных дифференциальных меха15 ниэмов, а сателлиты этих трехзвенных дифференциальных механизмов расположены в корпусах шарниров по их осям и равномерно распределены относительно продольных осей звеньев, причем периферийные сателлиты жестко посажены на трубчатые отростки силовых водил, сочленяющих корпуса шарниров и приводы подвижных звеньев с выходными валами, установленные на неподвижном основании и кинематически связанные с соответствующими входными зубчатыми колесами исполнительного органа f ).

Недостатками известного устройства являются взаимное влияние кинематических движений звеньев и большая энергоемкость приводов.

Цель изобретения — обеспечение кинематической развязки движений и уменьшение мощности приводов.

Цель достигается тем, что манипулятор, содержащий шарнирно-рычажный исполнительный орган с подвижными звеньями, сочлененными одно с другим и с неподвижным основанием двуоснымн шарнирами, причем звенья выполнены в виде полых цилиндров с концентрически расположенными внутри трубчатыми валами, на концах которых жест- 4$ ,ко закреплены ведомые и ведущие зуб- чатые колеса трехзвенных дифференциальных механизмов, а сателлиты этих трехзвенных дифференциальных механизмов расположены в корпусах шарниров: по их осям и равномерно распределены относительно продольных осей звеньев, причем периферийные сателлиты жестко посажены на трубчатые отростки силовых водил, сочленяющих корпуса mapниров и приводы подвижных звеньев с выходными валами, установленные на неподвижном основании и кинемати- . чески связанные с соответствующими входными зубчатыми колесами исполнительного органа„ снабжен двумя дополнительными коническими дифференциалами и суммирующей зубчатой передачей, причем корпуса подвижных звеньев выполнены в виде тройников, а двуосные шарниры развернуты один относительно другого на 90, при этом кинематические ветки силовых водил трехзвенных дифференциальных механизмов каждого двуосного шарнира замкнуты парами зубчатых шестерен суммирующей конической передачи, одна из которых находится в зацеплении с соответствующим зубчатым колесом водила одного иэ двух дополнительных конических дифференциалов, первые входные зубчатые колеса которьи жестко насажены на выходной вал первого привода, а вторые через суммирующую зубчатую передачу кинематически связаны е вторым приводом.

Кроме того, для повышения маневренности манипулятор снабжен зубчатыми секторами, а каждое подвижное звено выполнено в виде крестовины, на которой жестко закреплены зубчатые секторы, расположенные попарно

so взаимно перпендикулярных плоскостях, и сцепленных с зубчатыми секторами корпусов предыдущего и последующего звеньев, а внутри крестовины по двум взаимно перпендикулярным ее осям равномерйо справа и слева от продоль1151 ных осей звеньев расположены входные и выходные сателлиты трехзвенных дифференциальных механизмов, которые трубчатыми валами, концентрически расположенными по осям крестовины, 5 жестко сочленены соответственно с ведомыми зубчатыми колесами предыдущего шарнира и ведущими зубчатыми колесами последующего шарнира, причем два периферийных входных сателлита трехзвенного дифференциального механизма жестко посажены на трубчатые отростки силовых водил трехзвенного дифференциального механизма последующего шарнира. 15

На фиг. 1 изображена кинематическая схема манипулятора; на фиг. 2— подвижное звено в виде крестовины.

Устройство содержит неподвижное 20 основание 1, на котором установлены приводы 2 и 3 с выходными валами, подвижные звенья 4 и 5, кинематически сочлененные одно с другим и неподвижным основанием двуосными шарни- 25 рами 6 и 7, причем оси шарниров развернуты друг относительно друга на

90о

Подвижные звенья и сочлененный с первым подвижным звеном 4 корпус 1 з0 выполнены в виде полых цилиндров с концентрически расположенными внутри трубчатыми валами. Полые цилиндры звеньев и корпус основания оканчиваются тройниками 8, поперечные оси которых являются осями двуосных шарниров. На тройниках 8 жестко закреплены зубчатые сектора 9 и 10, образующие зубчатые пары между сочленяемыми звеньями. Сочленение звеньев 40 осуществлено парой пустотелых силовых водил 11 и 12 трубчатые отростки которых с тройниками 8 образуют вращательные пары, оси которых являются нижней и верхней осями шарнира.

Внутри тройников 8 расположены ведущие 13 и ведомые 14 зубчатые колеса трехзвенных дифференциальных механизмов, жестко закрепленные на концах трубчатых валов. Сателлиты 15 50 этих трехзвенных дифференциальных механизмов расположены по осям шарниров равномерно по обе стороны от продольной оси звена и трубчатыми валами жестко соединены с ведущими

16 и ведомыми 17 цилиндрическими эубчатыии колесаьпю, расположенными в пустотелых силовых водилах 11,и

453 4

12. Пара периферийных сателлитов трехзвенного дифференциального механизма предыдущего звена жестко посажена на трубчатые отростки силовых водил 11 и 12. С помощью этих периферийных сателлитов трехзвенного дифференциального механизма к шарнирам подводится движение от приводов 2 и 3.

Ведущие цилиндрические зубчатые колеса 16 сцеплены с ведомыми 17 либо непосредственно, либо через проме жуточные зубчатые пары 18, образуя зубчатые передачи, передающие транзитные движения через шарнир последующим подвижным звеньям.

Входные зубчатые колеса 19-22 жестко посажены на концах трубчатых валов корпуса основания 1, попарно кинематически соединены между собой суммирующими шестернями 23-26, а в свою очередь шестерни 24 и 26 сцеплены с зубчатыми колесами 27 и 28 силовых водил дополнительных дифференциальных механизмов 29 и 30. Ведущие колеса 3 1 и 32 этих дополнительных дифференциальных механизмов 29.и 30 спарены между собой и посажены на выходной вал редуктора 33 привода 2, а ведущие колеса 34 и 35 образуют суммирующую зубчатую коническую пеРедачу, суммирующее зубчатое колесо

36 которой посажено на выходной вал редуктора 33 привода З.Входные валы редукторов 33 сочленены с исполнительными двигателями 37 приводов

2и3 °

Конструкция исполнительного органа будет более компактной, а шарнир приобретает свойства, близкие шаровому шарниру, если подвижное звено

4 выполнить в виде крестовины 38.

В этом случае на крестовине 38 в двух взаимно перпендикулярных плоскостях жестко крепятся зубчатые секции 39 и 40, сцепленные соответственно с зубчатыми секторами 41 и 42 предыдущего и последующего подвижных звеньев. Внутри крестовины 38 располагаются сателлиты трехзвенного дифференциального механизма, причем входные сателлиты 43 размещены по одной оси крестовины, а выходные

44 — по другой и трубчатыми валами, концентрически расположенными по этим осям, жестко связаны с цилиндрическими ведомыми зубчатыми колесами первых силовых водил 45 и 46 и

3 11514 с цилиндрическими ведущими зубчатыми колесами вторых силовых, водил 47 и 48.

Устройство работает следующим образом. 5

При согласованном вращении приводов 2 и 3 ведущие колеса 31 и 34 дополнительного дифференциального механизма 29 вращаются в разных направлениях, а зубчатое колесо 27 силово- 10 го водила остановлено. Ведущие колеса 32 и 35 дополнительного дифференциального механизма 30 имеют при этом согласованное вращение, а следовательно, зубчатое колесо 28 си- 15 лового водила этого дополнительного дифференциального механизма вращается в ту же сторону, передавая движение от приводов 2 и 3 суммирующим . шестерням 25 и 26. 20

Так осуществляется суммирование мощности двух приводов.

Суммирующие шес ерни 25 и 26, имея противоположные вращения, приводят во вращение в разных направле- 2s ниях входные зубчатые колеса 21 и 22, передаюшие движение двуосному шарниру 7 и подвижному звену 5. Движение двуосному шарниру 7 передается трубчатыми валами, несущими зубчатые ко- 3р леса 21 и 22, далее через цилиндрические зубчатые передачи 13 и 14 двуосного шарнира 6 передается трубчатыми валами подвижного звена 4, которое ведущими зубчатыми колесами поворачивает пустотелые силовые водила 11 и 12 двуосного шарнира 7 в одном направлении. При повороте силовых водил двуосного шарнира 7 относительно верхней оси шарнира про- 4 исходит поворот в ту же сторону подвижного звена 5 относительно нижней оси шарнира, при этом зубчатый сектор 10 обкатывается по неподвижному зубчатому сектору 9.

Таким образом, суммарный угол поворота Ы подвижного звена 5 относительно звена 4 равен

Ы = j(1 + u) /u j î

53 б

9 и 10 тройников двуосного шарнира 7.

При u = 1 угол поворота подвижного звена 5 равен с =2de Если передаточные числа и„; зубчатых цилиндрических передач, расположенные в пустотелых силовых водилах, выполнить равными передаточному числу и зубчатой пары, образованной зубчатыми секторами 9 и 10, то при неподвижных ведущих цилиндрических колесах 16 ведомые колеса 17 при повороте подвижного звена 5 будут синфаэно с подвижным звеном 4 обкатываться относительно верущих цилиндрических зубчатых колес 16. Этим достигается кинематическая развязка транзитных движений при изгибе подвижных звеньев.

Если теперь приводам 2 и 3 со= общить встречные вращения, то обеспечивается работа манипулятора с той лишь разницей, что в этом случае зубчатое колесо 28 силового водила дополнительного дифференциального механизма 30 будет остановлено, а зубчатое колесо 27 силового водила дополнительного дифференциального механизма 29 приведет в движение силовые водила t1 и 12 двуосного шаряира б и подвижного звена 4, зубчатые колеса переворачивают силовые водила

11 и 12 двуосного шарнира 7 в одном направлении.

При повороте силовых водил 11 и

12 двуосного шарнира 7 относительно верхней оси шарнира происходит поворот в ту же сторону подвижного звена

5 относительно нижней оси шарнира, при этом зубчатый сектор 10 обкатывается по неподвижному зубчатому сектору 9.

Достоинством любого исполнительного органа манипулятора является отсутствие зазоров в сочленениях элементов кинематических цепей. В предлагаемой конструкции отсутствие зазоров достигается предварительной натяжкой замкнутых параллельных ветвей кинематических цепей, подводящих движение к двуосным шарнирам. где с

55 — угол поворота силовых водил 11 и 12 относительно верхней оси двуосного шарнира;

- передаточное число зубчатой пары, образованной зубчатыми секторами

Кинематические цепи, подводящие движения к двуосным шарнирам, содержат по две параллельных ветви, которые на неподвижном основании замкнуты суммирующими шестернями 23-24 и 25"26 соответственно, а в двуосных шарнирах — силовыми водилами 11 и 12, 7 1151453 8 мента торсиона, образованного прокоторые могут поворачиваться только валов обеспечивае е замы- точками, трубчатых валов, ес согласно. Поэтому, если п р д лю- кщая принудительнь нат и яг кинематиканием параллельных ветвей, подклю- кщ б есзсолько ни- ческих цепей, должна ыть неси< чаемых к силовым водилам дополниэтих цепях. большей моментов трения в э тельных. дифференциальных механизмов маниИспользование предлагаемого

29 и 30, используя естественную б ть кинемаl ю пулятора позволяет о еспечи упругость трубчатых валов нли выпол-рычажной няя в них специальные проточки с за- тич ую р еск азвязку шарнирноконструкции исполнительного органа данной жесткостью торсиона, развер- конс е иный. блок привода- .

23 24 и 25 26 по 10 с вынесением в еди нуть шестерни, и енин для двух шарниров часовой или против часов р ой ст елки ми при сохранении ик лярными осями тся натя- с взаимно перпендикулярнь то параллельные ветви окажутся я щности двух нутыми а зазоры в этих цепях выбран- р п инципа суммировани мо

Ф ными. При этом величина упругого мо- приводов.

1151453

ВНИИПИ Заказ 2229/12 Тираж 1050 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4