Манипулятор

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в робототехнике. Целью изобретения является повышение грузоподъемности и производительности за счет устранения проскока зубьев волновых передач в период пуска и торможения двигателей. При вращении корпуса 16 генератора 17 волн от ведомого шкива 12 ременной передачи движение передается через синхронизатор вращения на второй генератор 23 волн. Деформация гибкого колеса 18 преобразуется во вращательное движение первого жесткого колеса 21, установленного в ведомом звене шарнира манипулятора. 3 ил.

союз советских социАлистических

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTKPblTVIRM

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОЬРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4428330/31-08 (22) 23.05.88 (46) 07.09,90. Бюл, М 33 (71) Харьковский авиационный институт им. Н.Е.Жуковского (72) А.И.Полетучий (53) 621;229.72 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР.

М 1509245, кл, B 25 J 11/00, 1987. (54) МАНИПУЛЯТОР (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в робото„„53J, Ä 1590372 А1 (5!)5 В 25 J 11/00, 17/00 технике. Целью изобретения является повышение грузоподъемности и производительности за счет устранения проскока зубьев волновых передач в период пуска и торможения двигателей. При вращении корпуса

16 генератора 17 волн от ведомого шкива 12 ременной передачи движение передается через синхронизатор вращения на второй генератор 23 волн. Деформация гибкого колеса 18 преобразуется во вращательное движение первого жесткого колеса 21, установленного в ведомом звене шарнира манипулятора. 3 ил. (л

О

С>

6д

1590372

55

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в робото технике.

Целью изобретения является повышение грузоподьемности и производительности за счет устранения проскока зубьев волновых передач в период пуска и торможения двигателей.

На фиг.1 показана схема манипулятора с тремя шарнирами, вид сверху; на фиг.2— шарнир, соединяющий стойку с первым подвижным звеном, продольный разрез; на, фиг,3 — разрез Я-А на фиг,2, 1

Манипулятор содержит стойку 1 и шарнирно связанные с ней звенья 2-4. Со зве - ном 4 соединен схват 5. На стойке 1 ! установлены двигатели 6-8. На валу двига, теля 6 закреплен ведущий зубчатый шкив 9, а на цапфе 10, жестко связанной со стойкой

1, смонтирован на подшипнике 11 ведомый зубчатый шкив 12, связанный зубчатым ремнем 13 с шкивом 9. Зубчатый шкив 12 посредством переходника 14 и вала 15 соединен с корпусом 16 кулачкового генератора 17, расположенного. внутри гибкого зубчатого колеса 18, имеющего внешний зубчатый венец 19 и внутренний зубчатый венец20, с которым зацепляются соответственно внешнее жесткое колесо 21 и внутреннее жесткое колесо 22.

В плоскости зацепления зубчатого венца 20 с внутренним жестким колесом 22 гибкое колесо 18 схвачено внешним генератором 23 волн. Генераторы 17 и 23 волн кинематически связаны между собой посредством зубчатых передач, состоящих из двух дополнительно введенных зубчатых колес 24 и 25 с внутренними зубьями с одинаковым числом зубьев и эацепленных с ними колес соответственно 26 и 27, также с равным числом зубьев. Внутреннее зубчатое колесо 24 соединено с генератором 17 волн, а внутреннее зубчатое колесо 25 — с генератором 23 волн, Зубчатые колеса 26 и

27 установлены на общем валике 28, смонтированном на подшипниковой опоре 29 в расточке внутреннего жесткого колеса 22, непосредственно связанного с валом 30 шарнира. Вал 30 с одной стороны жестко соединен со звеном 1, а с другой стороны опирается на него через подшипник 31 корпуса 16 кулачкового генератора 17 и через подшипник 32, На вал 30 шарнира через подшипники качения 33 и 34, корпус 16 генератора 17 волн и подшипник 31 опирается ведомое звено 2, соединенное с внешним жестким колесом 21.

Устройство всех шарниров манипулятора является аналогичным, отличие заключается в количестве подшипников и шкивов на

40 цапфе 10, Так, для первого шарнира, соединяющего стойку 1 и подвижное звено 2, на цапфе 10 смонтировано пять подшипников и соответственно пять зубчатых шкивов 1238, Зубья шкивов 35-38 соответственно имеют общие ступицы, т.е. они сдвоены, так как вращаются с одинаковой частотой, На цапфе следующего от стойки 1 шарнира, т.е. соединяющего звенья 2 и 3, смонтированы на подшипниковых опорах уже только три зубчатых шкива 39-41, причем шкив 39 является ведомым для этого шарнира и соединен с генератором волн волновой сдвоенной зубчатой передачи своего шарнира, Цапфа последнего, третьего шарнира, несет на себе только один подшипник и один шкив 42, связанный с генератором волн своей волновой передачи, Шкив 42 зубчатым ремнем 43 связан со шкивом 41, смонтированным на цапфе предыдущего, шарнира, имеющим общую ступицу со шкивом 40, связанным в свою очередь зубчатым ремнем 44 со шкивом 37, имеющим общую ступицу со шкивом 38, связанным зубчатым ремнем 45 со шкивом 46, насаженным на вал двигателя 8. Аналогично ведомый шкив

39 второго шарнира связан зубчатым ремнем 47 со шкивом 36 первого шарнира, имеющим общую ступицу со шкивом 35, который зубчатым ремнем 48 связан со шкивом 49, насаженным на вал двигателя 7. На звеньях 2 и 3 закреплены кронштейны 50 и

51 с подвижными роликами (не показаны) для периодического натяжения ремней.

Передаточное отношение всех ременных зубчатых передач равно единице, а подшипники, смонтированные на них шкивы и зубчатые ремни имеют соответственно одинаковые параметры для всех ременных передач, что значительно упрощает и удешевляет конструкцию манипулятора.

Манипулятор работает следующим образом. В исходном положении манипулятора, если он не нагружен полезной нагрузкой, его звенья удерживаются от перемещений при помощи тормозов на постоянных магнитах, имеющихся на двигателях. При работе манипулятора все его шарниры могут включаться одновременно или два из них, или один независимо от остальных. Например, для поворота звена 2 относительно звена 1 на требуемый угол включается двигатель 6, вследствие чего получает вращение с частотой вала двигателя шкив 9, приводящий во вращение через зубчатый ремень 13 ведомый шкив 12, и связанные с ним переходник 14, вал 15, корпус 16 генератора 17 волн и сам генератор 17 волн, от которого вращение через зубчатые колеса

1590372

35

55

24 и 28, валик 28. зубчатые колеса 25 и 27 передается генератору 23 волн. Вращаясь, генераторы 17 и 23 волн деформируют гибкое зубчатое колесо 18, которое, зацепляясь с жесткими колесами 21 и 22, вызывает замедленное вращение жесткого колеса 21 и связанного с ним ведомого звена 2. При этом жесткое колесо 22. связанное с валом

30 шарнира и ведущим звеном 1, является относительно них неподвижным звеном волновой передачи.

Для поворота на требуемый угол звена

3 относительно звена 2 включается двигатель 7, приводящий во вращение зубчатый шкив 49 и через ремень 48 — сдвоенные зубчатые шкивы 35 и 36, передающие вращение через ремень 47 на ведомый зубчатый шкив 39 шарнира, соединяющего звенья 2 и 3. От шкива 39 осуществляется привод сдвоенной волновой зубчатой передачи аналогично предыдущему шарниру..

Для поворота на требуемый угол звена

4 относительно звена 3 включается двигатель 8, который через шкивы 46 и 38, 37 и 40, 41 и 42, связанные зубчатыми ремнями соответственно 45, 44 и 43, включает в работу волновую сдвоенную передачу шарнира, приводящего в движение звено 4.

Поворот подвижных звеньев 2 — 4 и схвата 5 может осуществляться одновременно, в одном или разных направлениях за счетреверса двигателей.

Генератор 17 волн сохраняет заданную форму деформации гибкого колеса 18 нэ участке его зацепления с жестким колесом

21, а генератор 23 волн — на участке его зацепления с жестким колесом 22. Привод генератора 23 волн осуществляется в первую очередь эа счет бегущей. волны деформации гибкого колеса 18 и при установившемся режиме работы момента этого привода вполне достаточно для нормальной работы волновой передачи и шарнира.

Однако во время быстрого разгона или торможения звена 2 манипулятора генератор 23 волн вследствие своей инерционности стремится отстать на некоторый угол от генератора 17, Если бы это случилось, то произошло бы рассогласование осей деформации генераторов 17 и 23 и искажение зацепления гибкого колеса 18 с жесткими колесами 22 и 21, что привело бы к проскоку зубьев и вибрациям, т.е. практически к потере работоспособности шарнира.

Устранение рассогласования вращения генераторов 17 и 23 волн осуществляется за счет синхронизатора их вращения.

Таким образом без синхронизатора вращения генераторов шарнир манипулятора, как и весь манипулятор, становится неработоспособным. Учитывая малые величины передаваемых нагрузок, так как около

70 приводного момента для генератора 23 реализуется за счет бегущей волны деформации, зубчатая передача синхронизатора будет весьма компактной и незначительно усложнит конструкцию шарнира.

Учитывая тот факт, что роботы работают в динамическом режиме, предлагаемый манипулятор с волновой сдвоенной переда-. чей, снабженной синхронизатором. будет иметь повышенную нагрузочную способность.

Манипулятор имеет модульную схему, состоит иэ набора одинаковых элементов и узлов, поэтому обладает простой экономичной конструкцией. 3а счет применения точных регулируемых двигателей, бесшумных ременных зубчатых передач. допускающих высокие скорости, и волновых сдвоенных зубчатых передач, обладающих высокой нагруэочной способностью и точностью, но пониженным по сравнению с обычными волновыми передачами передаточным отношением, предлагаемый манипулятор является скоростным и высокопроизводительным, имеет высокую точность позиционирования при минимальном числе датчиков, хорошие управляемость и программируемость.

Формула изобретения

Манипулятор. содержащий основание с установленными на нем двигателями, механическую руку, состоящую из ведущих и ведомых звеньев, связанных посредством шарниров, каждый из которых включает сдвоенную волновую зубчатую передачу, гибкое колесо которой имеет два зубчатых венца, образующих зацепление с двумя жесткими колесами, установленных соответственно на ведомом и на ведущем звеньяХ, причем два соосных генератора волн этой передачи кинематически связаны с соответствующим двигателем, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения грузоподьемности и производительности эа счет устранения.проскока зубьев волновых передач в период пуска и торможения двигателей; каждый шарнир снабжен синхронизатором вращения, BblflOJIHBHHblM в виде двух валиков, расположенных симметрично относи. тельно продольной оси шарнира и шарнирно связанных с одним из жестких колес волновой зубчатой передачи, а также в виде двух аналогичных зубчатых передач. колеса которых жестко установлены на торцах соответствующих валиков, при этом второе жесткое колесо волновой зубчатой передачи выполнено с внешним зубчатым

1590372

Составитель А,Уваров

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Король

Редактор С,Пекарь

Заказ 2607 Тираж 691 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при f КНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 венцом и зубчатое колесо каждой пары зубчатых передач синхронизатора вращения образует зубчатое зацепление с дополнительно введенными внутренними зубчатыми венцами, расположенными на первом и втором генераторах волн, причем соответствующий зубчатый венец гибкого колеса выполнен внутренним и образует зацепление с внешним зубчатым венцом второго жесткого колеса, а второй генератор волн

5 кинематически связан с внешней поверхностью гибкого колеса.