Силомоментный датчик

 

Изобретение может быть использовано для силомоментного очувствления роботов различного назначения . Целью изобретения является повышение точности измерения силы и момента и возможности использования датчика в роботах при сборочных операциях. Фланец 1 датчика крепят к руке робота, а фланец 2 соединяют со схватом робота, к которому прилагаются нагрузки. Жестко скрепленные по центру каркасы 3 и 4 соединены с фланцами через упругие элементы, выполненные в виде пластин прямоугольного сечения. Продольные оси пластш расположен{,1 во взаимно перпендикулярных плоскостях, а на их широких гранях размещены измерители 14 информации. Эластичные амортизаторы, установленные компланарно в кольцевых пазах отверстий фланца I, удерживают его в подвешенном состоянии. Во фланце 2 вьпюлнены четыре одинаковых отверстия , расположенные сооспо с продольными осями упругих элементов. При действии силы или крутящего момента будут деформироваться соответствующие упругие элементы, на измерителях деформации появятся сигналы, после суммирования которых определяется требуемая величина . 3 ил. i СП с к h . 1 W l о: о: СХ) о

C0IO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 01 ? 1/22 5 16 /PE P + IA A )< P, ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 гг

М Ю 1 д В 14 фи@!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3774875/24-10 (22) 25.07.84 (46) 07.03.86. Бюл. 11- 9 (7I) Научно-исследовательский институт .интроскопии (72) В.Г.Занускалов, А.К.Легкобыт и P.Н.Чернышев (53) 531.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М- 579548, кл. 0 01 ? 5/16, 1975.

Авторское свидетельство СССР

9 1155878, 13.12.83. (54) СИЛОМОМЕНТНЫЙ ДАТЧИК (57) Изобретение может быть использовано для силомоментного очувствления роботов различного назначения. Целью изобретения является повышение точности измерения силы и момента и возможности использования датчика в роботах при сборочных операциях. Фланец 1 датчика крепят к руке робота, а фланец 2 соединяют со схватом робота, к которому

ЛК, 1216680 А прилагаются нагрузки. Жестко скрепленные по центру каркасы 3 и 4 соединены с фланцами через упругие элементы, выполненные в виде пластин прямоугольного сечения. Продольные осн пластин расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях, а на их широких гранях размещены измерители 14 информаций. Эластичные амортизаторы, установленные компланарно н кольцевых пазах отверстий фланца I, удерживают его в подвешенном состояшш. Во фланце

2 вы»»олнены четыре одинаковых отверстия, расположенные соосно с продольными осями упругих элементов.

Прп действии силы или крутящего момента будут деформироваться соответствующие упругие элементы, на измерителях деформации появятся сигналы, после суммирования которых определяется требуемая величина. 3 ил.

1216680

5 !

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано для силомоментного очувствления роботов различного назначения в металлургии, машиностроении и др.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерения и возможности использования датчика в роботах при сборочных операциях, Иа фиг. 1-3 изображены три проек-, ции конструкции датчика.

Датчик содержит соосно расположенные первый и второй силовосприппмающие флапцы 1 и 2, первый и " второй каркасы 3 и 4 с жестко присоединенными упругими элемептамн соответственно 5-12 и виде пластин, продольные оси которых расположены во взаимно перпендикулярпых плоскостях, образованных, например, координатными осами х> у, а точки пересечения продольных осей

-лежат на ocI 2. симметрии датчика, и измерители 13 и 14 деформаций, размещенные на широких гранях эле-. ментов -12. Продольные упругие элементы 5-7, 6-8 и 9-11, 10-12 лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях, пересекающихся по оси симметрии датчика. Фланец 1 связан с каркасом 3 через упругие элементы 5-8, широкие грани которых лежат в плоскости перпендикулярной оси Z датчика. Фланец 2 связан с каркасом 4 через упругие элементы 9-12, широкие грани которых лежат в плоскостях параллельных оси 7. датчика. Соединение фланца с упругими элементами 5-8 выполнено шарнирным в виде цилиндрической двухподвижной кинематической пары, соединение фланца 2 с упругими элементами 912 выполнено также шарнирным, но в виде многоугольной, например четырехугольной, двухподвижпой кинематической пары. Сопрягающиеся между собой цилиндрические поверхности отверстий 15-18 фланца 1 и окончаний

19-22 элементов 5-8 выполнены с зазором, обеспечивающим возможность трехкоординатного перемещения фланца l относительно координатных осей х, у, z датчика. Поперечные сечения отверстий 15-18 Фланца 1 снаб евы кольцеьыми пазами 23-2),в которые установлены комнланарно эла!

55 стичные амортизаторы 27-30, выполненные, например, из резины в виде шайб, удерживающие фланец в подвешенном состоянии. Величина зазора 8 мелеву поверхностями отверстий 15-18 и цилиндрических окончаний 19-22 выбирается из условия обеспечения необходимой величины податливости, определяемой погрешностью позиционирования схвата робота, в который встраивается датчик, и определяется соотношением &

?7-30 обеспечивают деформацию резиновым амортизаторам 27-30 в пределах, не вызывающих разрушение материала амортизатора ° Сопрягающиеся между собой поверхности отверстий

31-34 фланца 2 и окончаний 35-38 упругих элементов 9-!2 выполнены с возможностью перемещения фланца 2 только в направлениях продольных осей упругих элементов 9-12. Каркас

3 с упругими элементами 5-8 и каркас 4 с упругими элементами 9-12 выполнены раздельными и жестко скреплены между собой по оси симметрии датчика, Так как механическая жесткость материала эластичных амортизаторов на два-четыре порядка меньше механической жесткости материала упругих элементов 5-12, то деформация амортизаторов 27-30 на величину & практически не вызывает изменения сигнала на измерителях 14 деформаций. В качестве измерителей деформаций могут бьггь фольговые, полупроводниковые и др. тепзореэисторы, выводы которых распаяны на плате и собраны в жгут (не показаны), обеспечивающий сопряжение датчика с внешними устройствами.

Датчик работает следующим образом. . Датчик укрепляют за фланец 1 к месту базирования, например, к руке робота, а фланец 2 соединяют со схватом робота, к которому прилагаются нагрузки.

При действии силы 1"7, направленной по оси Z симметрии датчика, деформируются в одинаковом направлении все упругие элементы 5-8, на

1216680!

О!

25

35

45 измерителях 12 деформации которых появляются сигналы одного знака с одной стороны упругих элементов .

5-8 и другого знака — с другой стороны упругих элементов 5-8.

После суммирования сигналов одного знака получают искомую величину Р, действующую по оси Z симметрии датчика.

При действии силы, направленной по одной иэ координатных осей в плоскости, перпендикулярной оси 2. симметрии датчика, например по оси х, деформируются в одинаковом направлении упругие элементы 9 и 11, на измерителях 14 деформации которых появляются сигналы одного знака с одной стороны упругих элементов

9 и 11. После суммирования сигналов одного знака получают искомую силу

Г„. Аналогично определяется сила Г, .

При действии крутящего момента

M относительно оси симметрии дат2 чика деформируются упругие элементы 9-12, причем их однонаправленные грани деформируются в противоположных направлениях. Поэтому величина момента M определяется суммированием сигналов одного знака с измерителей !4 упругих элементов 9-12.

Прн действии крутящего момента

М„ деформируются упругие элементы

5 и 7, причем их однонаправленные грани деформируются в противоположных направлениях. Поэтому величина момента М > определяется в результате суммирования сигналов одного знака измерителей 14 упругих элементов 5 и 7 и инверсного суммирования сигналов другого знака.

Аналогично определяется крутящий момент И относительно оси у.

Формула изобретения

Силомоментный датчик, содержащий соосно расположенные первый и второй силовоспринимающие фланцы и первый и второй жестко скреплен-. ные между собой по центру каркасы gp с жестко присоединенными упругими элементами в виде пластин прямоугольного сечения, продольные оси которых расположены во взаимно перпендику-. лярных плоскостях, а точки пересечения этих осей лежат на оси симметрии датчика, и измерители деформаций, размещенные на широких гранях упругих элементов, при этом фланцы соединены с каркасами через упругие элементы, широкие грани которых лежат в плоскости, перпендикулярной оси симметрии датчика для перво- . го фланца, и в плоскостях параллельных оси симметрии датчика для второго фланца, причем соединение первого фланца с цилиндрическими концами упругих элементов выполнено шарнирным в виде цилиндрической подвижной кинематической пары, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьш енпя точности измерения и возможности использования датчика в роботах при сборочных операциях, концы упругих элементов второго каркаса выполнены многогранными, а второй фланец снабжен четырьмя одинаковыми отверстиями, расположеннымп саосно с продольными осями упругих элементов,. соединенными с вторым каркасом, профиль сечения отверстий второго каркаса геол1етрически подобен профилю концов упругих эл ментов, отверстия в первом фланце снабжены кольцевыми пазами, равностоящими от оси симметрии датчика, в которые введены эластичные кольцевые амортизаторы, охватывающие цилиндрические концы упругих элементов первого каркаса, при этом диаметры кольцевых пазов и отверстий первого фланца и диаметры цилиндрических концов упругих элементов первого каркаса выбраны из соотношения (0,8-0, 9)Э„=D,=(1, 1 — 1,2 )Dк, где 3„, D — диаметры кольцевых пазов и отверстий первого фланца, мм, соответственно, Э вЂ” диаметр цилиндрических концов упругих элементов первого каркаса,мм, причем жесткость упругих элементов в направлении, перпендикулярном широким гранял, составляет (10 -1О )

2 жесткости эластичных амортизаторов в этом же направлении..

12I6680

Фиг. Я

Заказ 996/53

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

)13035, Москва, W-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Составитель В.Годзиковский

Редактор В.Иванова Техред С,Мигунова Корректор Е.Сирохман