Манипулятор

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в робототехнике. Целью изобретения является повьпяение. грузоподъемности и управляемости манипулятора при сохранении массы элементов. Волновой редуктор выполнен в виде двух генераторов волн и двух гибких колес. Побпедние установлены концентрично Друг другу и закреплены на наружном валу оси шарнира Соединения. При этом промежуточное колесо конической передачи и ведущее колесо планетарной передачи установлены на внутреннем валу оси. Зубчатый венец ведомого колеса планетарной передачи закреплен на внутренней поверхности кулачка генератора волн. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЕЕШйаИ0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО H305PE7EHHRM И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4280542/31-08 (22) 08.07.07 (46) 15.03.89, Бюл. Р 10 (71) Харьковский авиационный институт им. 1I.Е. Жуковского (72) А.Л. Полетучий (53) 62-229.72(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1247262, кл. В 25 J 17/00, 1986. (54) МА11И1УЛЯТОР (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в робототехнике. Целью изобретения является повышение. грузоподъемности

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в робототехнике.

Целью изобретения является повышение груэоподъемности и управляемости манипулятора при сохранении массы элементов.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема предлагаемого манипулятора; на фиг. 2 - шарнир манипулятора, продольный разрез.

11анипулятор содержит основание 1, механическую руку, включающую подвижные звенья 2-4 и схват 5, соединенные между собой и с основанием шарнирами соединения; Каждый з шарниров соединения состоит из полого корпуса и оси, составленной из двух коаксиальных валов, установленных с возможностью вращения друг относительно друга. Внутри каждого шарнира имеются: волновой редуктор, планетар„„SU„„1465300 A 1

15ц4 В 25 3 9/06, В 25 J !7/00 и управляемости манипулятора при сохранении массы элементов. Волновой редуктор выполнен в виде двух генераторов волн и двух гибких колес. ПоI следние установлены концентрично друг другу и закреплены на наружном валу оси шарнира соединения. Рри этом промежуточное колесо конической передачи и ведущее колесо планетарной передачи установлены на внутреннем валу оси. Зубчатый венец ведомого колеса планетарной передачи закреплен на внутренней поверхности кулачка генератора волн, 2 ил.

2 ная и коническая передачи. На основании 1 закреплен двигатель 6 с тормозом на постоянных магнитах, .связанный посредством торсионного вала 7 с ведущим зубчатым колесом 8 конической передачи первого шарнира соединения, связывающего основание 1 со звеном 2, Ведущее зубчатое колесо

8 смонтировано на подшипниковых опорах 9 основания 1 и зацепляется с промежуточным коническим колесом 10, закрепленным на внутреннем валу ll на оси ыарнира соединения и эацепленным с ведомым коническим зубчатым колесом 12, смонтированным на подшипниках 13 на ведомом звене 2 и связанным торсионным валом 14 с ведущим зубчатым колесом 15 конической зубчатой передачи следующего шарнира соединения. Внутренний вал 11 установлен на подшипниковых опорах 16 и

17 в отверстии наружного вала оси

1465300

Шарнира, выполненного из двух жестко оединенных частей 18 и 19. Наружный ал оси шарнира соединен с основанием:

1:, а на нем на подшипниках 20 и 21

Смонтировано ведомое звено 2, На внутреннем валу 11 на подшипнике 22 установлено ведущее зубчатое колесо

Ä3 планетарной передачи, имеющее торповые кулачки 24, эацепляющиеся сателлитами 25, также имеющими торовые кулачки 26, установленные на одшипниках 27 и водилах 28, которые пираются на части 18 и 19 наружного ала оси шарнира. Сателлиты 25 зацепяются с ведомым зубчатым колесом 29, убчатый венец которого нарезан на онкостенной втулке 30, наружная по ерхность которой выполнена эллиптической и является кулачком для гибких !

Подшипников, обра зующих генераторы

31 и 32 волн. Внутренняя поверхность

1 тулки 30 (кулачка) цилиндрическая и опирается на два ряда роликов 33

И 34, внутренние дорожки качения для которых выполнены на наружных поверхностях частей 18 и 19 наружного вала оси генератора. Гибкие под\ нипники генераторов йолн 31 и 32 расположены внутри гибкого зубчатого колеса 35 и насаженного на него гибкого зубчатого колеса 36, имеющих равные числа зубьев, но отличающихся коэффициентами смещения, Гибкие колеса 35 и 36 жестко соединены с наружным валом оси шарнира и зацепляются соответственно с жесткими колесами 37 и 38, связанными с ведомым звеном 2, lia конце внутреннего вала

l1 имеются шлицы 39, по которым базируется кулачковая полумуфта 40, нагруженная пружиной 41 одной из электромагнитных муфт. Посредством кулачков 24 полумуфта 40 связывает внутренний вал 11 с ведущим зубчатым колесом 23 планетарной передачи. На наружной поверхности кулачковой полумуфты 40 нарезаны шлицы 42, по которым базируется вторая кулачковая полумуфта 43, нагруженная пружиной

44 электромагнитного переключателя, а его два соленоида 45 и 46, смонтированные на внутренней поверхности части 19 наружнего вала оси шарнира, имеют общий якорь 47, установленныи с возможностью взаимодействия с полумуфтой 43. !

la части 19 наружнего вала оси шарнира соединения закреплен также

35 статор 48 второй электромагнитной муфты, якорь 49 которой посредством шлицов 50 связан с кулачком 30 генераторов 31 и 32 волн.

Манипулятор работает следующим образом.

В нерабочем состоянии манипулятора его подвижные звенья 2-4 удерживаются от поворота посредством имеющегося в двигателе 6 тормоза на постоянных магнитах. При включении двигателя 6 одновременно отключается его тормоз, при этом получают вращение его торсионный вал 7, связанное с ним ведущее колесо 8, промежуточное колесо 10 и ведомое колесо 12 конической передачи первого шарнира, тор сионный вал 14, ведущее колесо 15 конической передачи следующего шарнира и т.д., т.е. получают вращение все элементы независимой кинематичесхой цепи, состоящей из конических передач и торсионных валов. От промежуточного колеса 10 конической передачи получают вращение внутренний вал 11 и связанное с ним через шлицы

39, кулачковую полумуфту 40 и кулачки 24 ведущее зубчатое колесо 23 планетарной передачи, зацепленнь!е с ним сателлиты 25 и ведомое зубчатое колесо 29, совмещенный с ним кулачок

30 и гибкие подшипники. Вращаясь, генераторы 31 и 32 волн деформируют неподвижные концентрически установленные гибкие колеса 35 и 36, которые зацепляясь с жесткими колесами соответственно 37 и 38, сообщают им вращательное движение. Вместе с жесткими колесами 37 и 38 вращается связанное с кими звено 2, установленное на подшипниках 20 и 21. Вместе с ведомым звеном 2 поворачивается вокруг оси шарнира ведомое колесо 12 конической передачи, обкатываясь по промежуточному колесу 10. Ксли кулачковая полумуфта 43 не соединена с кулачками 26 сателлитов 25, то последние вращаются на своих подшипниках 27 относительно водил 28, смонтированных в половинах оси шарнира, В этом случае ведомое колесо 29 планетарной передачи, связанный с ним кулачок 30 и гибкие подшипники генераторов 31 и 32 волн получают вращение., противоположное вращению ведущего зубчатого колеса 23 планетарной передачи и промежуточного колеса

10 конической передачи. СоответственФ

1465300 6

15 на, имеет противоположное вращение и ведомое звено 2.

Для реверсирования звена 2 подается напряжение на статор 48 и на один из соленоидов, например 45, электромагнитного переключателя. При этом якорь 49, притягиваясь к статору, фиксирует относительно ведущего звена (оснавания 1) кулачок 30 генераторов волн, а следовательно весь волновой редуктор и ведомое звено 2.

В то же время якорь 47, смещаясь вправо (по чертежу) выводит из соединения полумуфту 40 с кулачками 24 ведущего зубчатого колеса 23 планетарной передачи, тем самым разрывая передачу движения к нему от внутреннего вала 11. Эта необходимо для уменьшения окружных скоростей зубчатых колес и облегчения работы кулачков. После этого отключается статор

48 и соленоид 45, и подается напряжение на соленоид 46. Якорь 47 при этом перемещается влево (по чертежу), преодолевая сопротивление пружины

44, одновременно вводит в соединение с кулачками 24 и 26 соответственно полумуфты 40 и 43. Тем самым ведущее и ведомое зубчатые колеса 23 и 29 и сателлиты 25 превращаются в один блок, связанный с внутренним валом

I1 и вращающийся с его частотой как одно целое. В этом случае кулачок

30 генераторов воль имеет то же направление вращения, что и промежуточное колесо 10 конической передачи.

Соответственно, то же направление вращения имеет и звено 2, Если условиям работы манипулятора ведо мое звено 2 не должно вращаться относительно оси шарнира, то как и при реверсиравании, посредством соленоида 45, якоря 47 и полумуфты

40 рассоединяются ведущее зубчатое .колесо 23 планетарной передачи и внутренний вал !1, и одновременно при помощи статора 48 и якоря 49фиксируется кулачок 30 генераторов волн.

При этом волновой редуктор теряет способность передавать движение, а ведомое звено 2 неподвижно относительно оси шарнира.

Управление шарнирами является независимым и каждый из них посредетвам электромагнитного переключателя и электромагнитной муфты может пере-; давать прямое вращение, обратное вращение или фиксировать звенья одно

55 относительна другого, При этом независимая кинематическая цепь, состоящая из торсионных валов и конических передач, постоянно работает и передает вращение да тех пор, пока работает приводной двигатель 6. При отключении двигателя 6 срабатывает его тормоз на постоянных магнитах, независимая кинематическая цепь заторма— живается и все звенья фиксируются.

Для более надежной фиксации зненьев, особенно находящихся под нагрузкой, можно подавать напряжение на статор

48 электромагнитной муфты.

Формула изобретения

Манипулятор, содержащий основание, механическую руку в виде звеньев,шарнирно соединенных между собой, с основанием и с захватом, при этом каждый шарнир соединения включает ось, состоящую из двух коаксиальных валов, установленных с возможностью вращения друг относительно друга, волновой редуктор, жесткие колеса которого снязаны с ведомым звеном механической руки, планетарную передачу, коническую передачу с ведущим, промежуточным и ведомым колесами, а также две электромагнитные муфты и торсионные валы, причем ведущее и ведомое колеса конической передачи установлены соответственно на ведущем и ведомом звеньях механической руки, а конические передачи всех шарниров соединения связаны между собой и с выходным элементом привода, установленного на основании посредством тарсионных валов, о т л и— ч а ю шийся тем, что,. с целью увеличения грузоподъемности при сохранении массы шарниров, волновой редуктор выполнен в виде двух генераторов волн и двух гибких колес, установленных концентрично друг другу и закрепленных на наружном валу оси шарнира соединения, а промежуточное колесо конической передачи и ведущее колесо планетарной передачи установлены на внутреннем валу оси, причем зубчатый венец ведомого колеса планетарной передачи закреплен на внутренней поверхности кулачка генератора волн, а наружный нал оси шарнира соединения выполнен из двух частей, соединенных между собой водилам планетарной передачи, при этом электромагнитные муфты установлены соответ1 М1 5300 ственно на наружном валу с возможно. стью взаимодействия с кулачком гене. раторов волн и на внутреннем валу с возможностью поочередного взаимодействия посредством дополнительно введенного электромагнитного переключателя с ведущим колесом и сателлитом планетарной передачи, !

465300

Составитель А, Ширяева

Техред Л.Сердюкова Корректор A. Обручар

Редактор Т. Парфенова

Заказ 874/20 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина,101