Очувствленный манипулятор

 

ОЧУВСТВЛЕННЬЙ МАНИПУЛЯТОР, содержавший захват, соединенный через упругие элементы с механической рукой , два датчика перемещения схвата относительно механической руки, каждый из которьос включает источник света , прерыватель светового потока и фотоэлементы , отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и обеспечения надежности, оптические оси датчиков расположены взаимно перпендикулярно, источник света и фотозлементы каждого датчика установлены диаметрально противоположно на механической руке, а прерыватель светового потока выполнен в виде четырех , расположенных параллельно , одна из которых установлена на механической руке перед источником света, а другие - на схвате, при зтом средняя из диафрагм, установленная на схвате, расположена в плоскости , проходящей через продольную ось механической руки.,

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕООУБЛИН (I9) ())) А (5))4 В 25 J 11/00

%"

«1

II

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОНМ СИИДВТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

N) ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21-) 3707828/25-08 (22) 06 ° 03.84 (46) 15.11.85. Бюл. У 42 (71) Институт технической кибернетики AH БССР (72) Г. И. Солоцкин, В. В. Березовик, В. А. Дубовский и С. В. Зинченко (53) 62-229.72(088.8)

{56) Патент.США 1 3952880, кл. 214-1СМ, 1975. (54)(57) ОЧУВСТВЛЕННЬЙ ИАНИПУЛЯТОР, содержащий захват, соединенный через упругие элементы с механической рукой, два датчика перемещения схвата относительно механической руки, каждый из которых включает источник света, прерыватель светового потока н фо» тоэлементы, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и обеспечения надежности, оптические оси датчиков расположены взаимно перпендикулярно, источник света и фотоэлементы каждого датчика установлены диаметрально противоположно на механической руке, а прерыватель светового потока выполнен в виде четырех диафрагм, расположенных параллельно, одна из которых установлена на механической руке перед источником света, а другие — на схвате, при этом средняя из диафрагм, установленная на схвате, расположена в плос- Я кости, проходящей через продольную ось механической руки.

ll91 !

Изобре-= ние относится к машиностроению и может быть использовано в робототехнических устройствах.

Цель изобретения — упрощение конструкции и обеспечение надежности ма- S нипулятора расположением оптических каналов датчиков.

На фиг. 1 изображен очувствленный манипулятор, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг, l на 10 фиг, 3 - разрез Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 — размещение элементов манипулятора на оптической оси У; на фиг. 5 — экраны двух датчиков с фо- тоэлементами (на экраны нанесены теневые зоны от слоев, размещенных в центре чувствительного узла); на фиг. 6 — совмещенные проекции на экраны диафрагм и слоев с оптической осью Y в нейтральном положении 211 схвата; на фиг. 7 — совмещенные проекции диафрагм и слоев на экраны одного датчика при действии на схват составляющих сил и моментов; на фиг. 8 — то же, для другого датчика.

Очувствленный манипулятор состоит из механической руки 1, схвата 2, соединенного с механической рукой i посредством упругих элементов 3; Упругие элементы 3, например резиновые З прокладки, прикреплены между поверх- . ностью 4 детали 5 и поверхностью-6 механической руки 1. Чувствительный узел 7 включает в себя два датчика перемещения схвата, имеет относитель- .

35 но подвижные части, перемещение которых происходит при воздействии на схват 2 сил и моментов. Сигналы, вырабатываемые чувствительным узлом 7, соответствуют компонентам относительного перемещения подвижных элементов в трех ортогональных направлениях Х, Y Z. Точка пересечения осей X Y и 2 лежит в центре чувствительного узла 7, 45

В чувствительном узле 7 выполнены световые каналы 8 и 9. На оптической оси светового канала 8, совпадающей с осью Х, последовательно размещены элементы одного из датчиков, источник5в

10 света, коллиматор !1, прерыватель светового потока, выполненный в виде четырех диафрагм 12-15 и экран 16, На оптической оси светового канала 9, совпадающей с осью У, последователь- 55 но размещены элементы другого датчика: источник 17 света, коллиматор 18, прерыватель светового потока, выполI

280 ненный в виде четырех диафрагм 19-22 и экран 23 °

Диафрагмы 12 и 19 закреплены неподвижно на механической руке l a диафрагмы 13-15 и 20-22 закреплены на детали 5 и являются относительно подвижными частями чувствительного узла 7, при перемещении которых на выходе чувствительного узла 7 появляются сигналы, соответствующие вели чине и направлению действующих на схват 2 сил и моментов.

Диафрагмы 14 и 21 лежат в ортогональных плоскостях, проходящих через центр чувствительного узла 7.

Диафрагмы 12-15 и 19-22 представляют собой прозрачные пластины, на поверхности которых нанесены слои 24»

3! светопоглощающего материала.

Положительные направления действующих на схват 2 сил совпадают с направлениями осей Х, Y и Z, силы обозначены соответственно F<, F>, F . Стрелками (фиг. 4) показаны положительные направления действующих на схват 2 моментов относительно осей Х, Y и Е, моменты обозначены соответственно Их, М,„ н М

На экране 16 размещены фотоэле« менты 32-37 для восприятия следующих

Ю составляющих сил и моментов. силы наклона F > — фотоэлемент 32; F уфотоэлемент 33; силы захвата F „—

+ фотоэлемент 34, F > — фотоэлемент 35; момента наклона М - фотоэлемент 36;

М,, - фото элемент 37 .

На экране 23 размещены фотоэле-. менты 34-39 для восприятия следующих составляющих сил и моментов: силы поворота F " фотоэлемент 38; Fx х

Ф фотоэлемент 39; момент поворота М хфотоэлемент 40; Мх - фотоэлемент 41 момент кручения M — фотоэлемент 42;

М вЂ” ôoòoýëåèåíò 43, В качестве фотоэлементов 32-37 используют фоторезисторы, чувствительные к,изменению светового потока, служащие для формирования сигнала, пропорционального освещенности его поверхности, что дает возможность контролировать не только направление, но и величину действующих на схват

2 сил и моментов. фотоэлементы 34-41 вынесены на экранах 16 и 23 за пределы теневых зон от слоев 26 и 30, (фиг. 5 ), что обеспечивает восприятие чувствитель3 1) 91 ным узлом 7 .одновременно шести составляющих сил и моментов, Размеры слоев 24-31 определяются положением на экранах 16 и 23 фотоэлементов 32-43 и размерами активной поверхности последних, Перед началом работы очувствленного манипулятора подвижные части чувствительного узла 7 находятся в нейтральном положении относительно центра подвижности, при этом слои

24-31 в световых каналах 8 и 9 блокируют световой поток, идущий от источников 10 и 17 к фотоэлементам

32-43 на экранах 16 и 23 (фиг. 6).

Следовательно, на выходе чувствительного узла 7 сигналы отсутствуют.

Во время работы очувствленного манипулятора при контакте его с объектами схват 2 под действием сил и 2б моментов смещается относительно механической руки 2. Вместе со схватом

2 происходит смещение относительно центра чувствительного узла 7 диафрагм 13-15 и 20-23. Смещение диафрагм gg

13-15 и 20-23 сопровождается изменением положения на экранах 16 и 23 проекций слоев 25-31 (фиг, 7 и 8).

Если на схват 2 действует, на+ пример. Составляющая силы Рх. то 30 проекции слоев 29-31 на экран 23 сдвигаются по оси Х вправо относительно нейтрального положения (проекция слоя 28 - неподвижна), при этом на экране 23 освещается часть актив35 ной поверхности фотоэлемента 38, фотоэлементы 39-43 остаются неосвещенными (фиг. 8 и 9). Фотоэлементы 32-37 на экране 16 также остаются неосвещенными, так как под действием сос+ тавляющей F x слои 25-27 смещаются. в световом канале 8 вдоль лучей. Площадь освещенной поверхности фотоэлемента 38 пропорциональна величине составляющей Р „, при использовании в,4> качестве фотоэлементов 32-43 фоторезисторов на выходе из чувствительного узла 7 появляется сигнал, соотвеч» ствующий величине силы Р 1, Если на схват 2 действует, например, составляющая момента M, то диафрагмы 20-22 вместе со схватом 2 поворачиваются вокруг оси Х, при

280 4 этом проекция слоя 29 сдвигается на экране 23 вниз по оси 2, проекция слоя 31 — вверх, а проекция слоя 30 также как и слой 28, остается неподвижной. Между слоями 29 и 31 образуется щель, через которую световой поток падает на активную поверхность фотоэлемента 41, фотоэлементы

38-40, 42 и 43 остаются неосвещенны ми (фиг, 6 и 9). Фотоэлементы 32-37 на экране 16 также остаются неосвещенными, так как поворот диафрагм

1.3-15 вокруг оси Х существенно не изменяет блокировку светового потока в канале 8. Площадь освещ!.иной поверхности фотоэлемента 4! пропорциональна величине составляющей М >.

При использовании в качестве фотоэлементов 32-43 фоторезисторов, на выходе из чувствительного узла 7 появляется сигнал, соответствующий величине момента М „.

Действие на схват 2 любой из составляющих сил н моментов по трем ортогональным направлениям Х, Y u Z или совместное действие нескольких оставляющих приводит к появлению сответствующих сигналов на выходах отоэлементов 32-43: выход фотозле+ мента 32 - сигнал Ру, выход фотоэлемента 33 - сигнал Р>, выход фотоэлемента 34 — сигнал F выход фотоэлемента 35 — сигнал F ; выход фотоэлемента 36 — сигнал М,„; выход. фотоэлемента 37 - сигнал M>, выход фотоэлемента 38 — сигнал F» выход фотоэлемента 39 — сигнал Р >, выход фотоэлемента 40 — сигнал М» выход

+ ° фотоэлемента 4! — сигнал М„; выход фотоэлемента 42 — сигнал М, выход фотоэлемента 43 — сигнал М>.

Таким образом,в предлагаемом устройстве обеспечивается восприятие действующих на схват сил и моментов раздельно по составляющим относительно осей Х, Y u Z причем разделение на составляющие осуществляется механически, без использования специальных электронньм схем, сигналы о величине и направлении сил и моментов снимаются непосредственно с фотоэлементов чувствительного узла.

1191280

10!!9!280 т-E

ll9l280

2b

+uc 6 аз(м

Фси 8

Составитель С. Новик

Редактор Л, Пчелинская Техред Л.Мартяшова КорректоР Е. Рашко

Заказ 70Ь4/14 Тираж 1049 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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