Устройство для разгрузки звена руки робота

 

Использование: изобретение относится к области робототехники и может быть использовано при создании промышленных роботов. Сущность изобретения: устройство дополнительно содержит третий задатчик сигнала, инвертор, блок выделения модуля, второй, третий и четвертый сумматоры и второй ключ, обеспечивающие повышение точности устройства. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (л)з В 25 J 13/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) afar (-

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 к С> н ых плоскостях, ели, связанные с соответствующих вязанные в центм в и в (21) 4793615/08 (22) 19.02,90 (46) 07.12.92. Бюл. М 45 (71) Конструкторское бюро "Дальнее" (72) B.Â.×åáoêñaðoâ (56) Авторское свидетельство СССР

N 3961219, кл. В 25 J 19/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗГРУЗКИ ЗВЕНА

РУКИ РОБОТА

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при проектировании промышленных роботов и манипуляторов для механической обработки.

Известно устройство для шлифования поверхностей рабочим органом робота (Desing of adaptable; tool guide gor grlndlng

robots. "Rob. апб Comput. Integr. Manuf."., 1985, 2, М 1, 45-54, перевод см. ЭИ "Робототехника", 1986, М 42 при использовании которого рабочий орган, оснащенный специальным жестким направляющим звеном, прижимает к обрабатываемой поверхности силой, заведомо превышающей силу резания, и тем самым предотвращает колебания (скачки) рабочего органа по обрабатываемой поверхности из-за податливости руки робота.

Его недостатком является низкая универсальность, обусловленная наличием направляющего звена, Известно устройство для разгрузки звена руки робота, которое содержит датчики деформации, установленные на звене в двух

„„Я2„„1779580 А1 (57) Использование: изобретение относится к области робототехники и может быть использовано при создании промышленных роботов. Сущность изобретения: устройство дополнительно содержит третий задатчик сигнала, инвертор, блок выделения модуля, второй, третий и четвертый сумматоры и второй ключ, обеспечивающие повышение точности устройства. 4 ил. взаимно перпендикуляр первый и второй усилит датчиками деформации в плоскостях, два рычага, с ральной их части с начало з ена, ер ыи и второй приводы поворота рычагов в этих плоскостях, подключенные к выходам соответственно первого и второго усилителей, и гибкие тяги, один конец каждой из которых соединен с концом звена, а другой конец— с концом рычага. Это устройство наиболее близко к предлагаемому по технической сущности и выбрано за прототип.

Недостатком известного устройства является. низкая точность разгрузки. Устройство разгрузки представляет собой следящую систему с нулевым задающим сигналом по силе. Поэтому, как и всякая следящая система, она имеет ограниченную точность, определяемую коэффициентом передачи разомкнутого контуоа системы. Причем коэффициент передачи не может быть увеличен без потери устойчивости. Математическое моделирование показывает, что таким образом трудно до1779580

25

55 стичь статических деформаций на конце звена менее чем 0,05...0,1 мм (при номинальной нагрузке). Но именно такой порядок имеют глубина резания и подача при механической обработке поверхностей. Поэтому. если оснастить рабочий орган робота обрабатывающим инструментом, например, шлифовальнай головкой, то из-за нежесткости конструкции манипулятора инструмент будет прыгать по обрабатываемой поверхности, врезаясь и тут же отскакивая от нее. Для стабилизации процесса резания применяют специальное снижение жесткости рабочего органа в касательном к обрабатываемой плоскости направлении (Optimal сатрИапсе design for grinding robot

tod holders, Proc lEEE Int. Conf. Rob. and

Autom., 1985", р. 316 — 322) или вводят адаптивное управление подачей в том же направлении (Automated robatig deburring

using impedance control, lEEE Control

System Mag., 1988, 8, М 1, 21-25). Но все эти меры не только снижают производительность операции, но главное, не могут обеспечить заданного размера обрабатываемой детали в широком диапазоне сил.

Цель изобретения — устранение указан- =. ного недостатка, а именно повышение точности механической обработки поверхности рабочим органом робота за счет более полной компенсации деформации длинного звена.

Поставленная цель достигается тем, что, в устройство, содержащее первый и второй датчики деформации, установленные на звене в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, первый и второй усилители, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего датчика деформации, два рычага, связанные в центральной их части с началом звена, первый и второй приводы поворота рычагов и гибкие тяги, один конец-с концом рычага, введены первый задатчик сигнала, первый блок умножения, последовательно соединенные второй задатчик сигнала, вычисленный блок, второй блок умножения первый ключ и первый сумматор, а также последовательно подключенные третий задатчик сигнала, второй сумматор, блок выделения модуля, третий сумматор, инвертор, второй ключ и четвертый сумматор, выход которого саединен с входом второго привода, а второй вход — с выходом второго усилителя и вторым входом второго блока умножения, подключенного первым входом к первому входу первого блока умножения, выход которого соединен со вторым входом второго ключа, а второй вход с выходом первого усилителя и вторым входом первого сумматора, подключенного выходом ко входу первого при15

50 вода, выход второго эадатчика сигнала соединен также со вторым входом второго сумматора, выход первого задатчика сигнала соединен со вторым входом третьего сумматора, выход которого подключен ко второму входу первого ключа.

Главными показателями точности обработанной поверхности являются ее размеры и форма в перпендикулярном сечении.

Смещение инструмента по касательной к поверхности до 1-2 мм практически не влияет на ееточность. В заявленном устройстве обе плоскости разгрузки наклонены к поверхности, поэтому есть вазможность путем деформации во второй плоскости компенсировать проекцию на нормаль к поверхности деформации в первой плоскости (см.фиг.4).

Принятое расположение оси звена в перпендикулярной плоскости, проходящей через зону обработки, гарантирует неухудшение точности от крутильных деформаций длинного звена, т.к. эти деформации идут по касательной к поверхности.

Поскольку первая плоскость разгрузки располагается параллельно среднему направлению силы резания Ррез (это наилучший вариант), то на вторую плоскость разгрузки приходятся небольшие усилия.

Если производится контурная обработка криволинейной поверхности или на детали имеются несколько поверхностей различной ориентации, то ошибка компенсации несколько возрастает. Причем ошибка будет тем больше, чем меньше угол между линией действия силы резания и второй плоскостью разгрузки, поскольку возрастает проекция силы резания на эту плоскость. Следователь- . но, смена законов управления разгружающими силами па мере изменения ориентации и обрабатываемой поверхности позволяет под-. держивать максимальную точность положения рабочего органа робота. При переключении происходит малое смещение рабочего органа по касательной к поверхности, поэтому точность обработки не ухудшается. Таким образом решение соответствует критерию

"положительный эффект", Новые связи известных элементов обусловили появление нового свойства устройства — более полной компенсации деформации длинного звена, обеспечивающей достижение положительного эффекта — повышение точности механической обработки поверхностей различного расположения рабочим органом робота.

На фиг.1 приведена рука робота с устройствам для разгрузки, общий вид; на фиг.2 — структурная схема устройства; на фиг.3 — схема вычислительного блока 12; на фиг.4 — схема сил и смещений рабочего

177958Ñ

ro блока 7 умножения и второго блока 9 умно- 45 жения. Причем выход третьего сумматора 15, связан со вторым входом первого ключа 10 и. через инвертор 19 с первым входом второго ключа 17. Выходы ключей 17 и 18 связаны с

55 органа в плоскости, перпендикулярной к срабатываемой поверхности при работе устройства, Устройство для разгрузки содержит датчики 1 и 2 деформации, установленные на длинном звене 3 руки робота соответственно в плоскостях А и В, взаимно перпендикулярных и проходящих через ось звена 3. Причем плоскость.А (первая плоскость разгрузки) располагается параллельно среднему направлению. силы резания. Например, по экспериментальным данным по шлифовании тангенциальная составляющая силы резания

Р примерно в 2 раза меньше, чем нормальная составляющая Ру. Поэтому первая плоскость разгрузки располагается под углом а ctg 0,5= 27 к перпендикуляру, восстановленному в зоне обработки. Датчики 1 и 2 деформации подключены соответственно к первому и второму усилителям 4 и 5. Выход первого усилителя 4 соединен со вторыми входами первого сумматора 6 и первого блока 7 умножения. Выход второго усилителя 5 соединен со вторыми входами четвертого сумматора 8 и второго блока умножения 9. Устройство также содержит второй задатчик 10 сигнала, выход которого подключен к второму входу второго сумматора 11 и входу вычислительного блока 12, выход которого в свою очередь связан с первыми входами блоков 7 и 9 умножения, Третий задатчик 13 сигнала подключен своим выходом к первому входу второго сумматора 11. Выход последнего присоединен к входу блока 14 выделения модуля, выход которого связан с первым входом третьего сумматора 15. Второй вход третьего сумматора 15 соединен с выходом первого задатчика 16 сигнала, постоянно настроенного на напряжение, соответствующее углу в 95О.

Кроме того, устройство содержит второй ключ 17 и первый ключ 18, второй вход второго ключа 17 и первый вход первого ключа 18 соединены с выходами соответственно первопервыми входами соответственно четвертого сумматора 8 и первого сумматора 6.

Вычислительный блок 12 выполнен по схеме, приведенной на фиг.3, включающей блок 20 определения косинуса, блок 21 определения синуса, выходы которых подключены к входам блока 22 деления.

Устройство для разгрузки звена руки робота включает также первый электрогидравлический преобразователь (ЭГП) 23 и второй (ЭГП) 24 электрические входы кото5

30 рых подключены к выходам соответственно первого сумматора 6 и четвертого сумматора 8, а гидравлические входы — к насосу (не показан). В начале звена 3 в плоскостях А и

В расположены рычаги 25 и 26, шарнирно связанные в центральной их части с началом звена 3 и оснащенные соответственно двигателем 27 и двигателем 28. Концы рычагов 25 и 26 связаны с концом звена 3 гибкими тягами 29, 30, 31 и 32, которые натянуты в тех же плоскостях. Дифференциальные гидравлические выходы первого (Э ГП) 23 соединены с двигателем 27, а дифференциальные гидравлические выходы второго (ЭГП)

24 с двигателем 28. Первый (ЭГП) 23, двигатель 27 вместе составляют привод рычага

25, а второй (ЗГП) 24 и двигатель 28- привод поворота рычага 26.

Ключи 17 и 18 могут быть реализованы, например, по схемам, приведенным в книге

М, В. Гальперина "Практическая схемотехника в промышленной автоматике", M.; 1987, с, 237-247.

При обработке поверхностей большой кривизны в качестве второго задатчика 10 сигнала должна использоваться незанятая в управлении координата. В простейшем случае обработки плоскостей это может быть потенциомстр. Гретий з"-да-,чик 16 сигнала — источник постоянного напояжения, Блоки 7 и 9 умножения и блоки 14,20,21 и

22 могут быть реализованы по схемам, п риведенным в книге И.M.Tåòåftьбаума и

Ю,P.Øíåéäåðà "Практика аналогового моделирования динамических систем: Справочное пособие — M.: 1987, с. 125,145,191,270).

В качестве датчиков 1 и 2 деформации используются полупроводниковые или проволочные тензодатчики, а в качестве усилителей 4 и 5 многоканальный тензоусилитель, например, типа ТА-5.

Устройство работает следующим образом. При начальной наладке устройства устанавливают на выходе первого задатчика сигнала 16 сигнал, соответствующий в принятом масштабе углу в 45О. Перед выполнением операции настраивают третий задатчик 13 сигнала в зависимости от вида обработки. Так для шлифования поверхностей сигнал на выходе этого блока настраивают соответствующим углу примерно в 27О, при фрезеровании— соответствующим углу, 50-55О, пользуясь таблицами режимов резания или экспериментальными данными. Если будет производиться контурная обработка сильно криволинейной поверхности, то второй задатчик сигнала 10 программируется так же как координатные приводы робота. В простейшем случае плоскости поверхности задается постоянный сигнал, соответствующий углу а между нор1779580 груэки В. Этот сигнал поступает на вход второго ЭГП 24, что вызывает пропорциональные сигналу изменения давлений в гидравлических магистралях. связывающих

ЭГП 24 с двигателем 28 привода поворота рычага 26, Усилия натяжения тяг 31 и 32 изменяются так, что деформация hz в плоскости В приближается по величине к(— Ьд х

x ctg а). Как видно из фиг.4, суммарное сме55 малью к обрабатываемой поверхности и первой плоскостью разгрузки А. При этом путем взаимного поворота элементов разгрузочного устройства и обрабатываемого изделия 33 добиваются того, чтобы первая 5 плоскость разгрузки А располагалась параллельно среднему направлению силы резания Pp . Тогда при обработке плоскости или малоискривленной поверхности будет выполняться соотношение и- Р(фиг.4). 10

Рабочий орган 34 робота располагают так, что ось звена 3 находится в плоскости, перпендикулярной к обрабатываемой поверхности в зоне обработки.

Во время обработки сила резания Ррез. 15 вызывает появление деформации изгиба звена 3 в плоскостях А и В, которые воспринимаются датчиками 1 и 2 деформации, Крутильные деформации звена 3 не вызывают существенных смещений рабочего органа 20

34 по перпендикуляру к поверхности. Сигнал с датчика 1, пропорциональный изгибу

Йд в плоскости А, проходит через усилитель

° 4 и сумматор 6 и поступает на вход. электрогидравлического преобразователя (ЭГП) 25

23. На дифференциальных выходах ЭГП 23 возникают обратные по знаку и равные по величине изменения давления в гидравлических магистралях; связывающих ЭГП 23 с двигателем 27 привода поворота рычага 25. 30

При малом повороте рычага 25увеличивается натяжение тяги 30 и уменьшается натяжение тяги 29. В результате изгибающая: составляю-. щая силы резания в плоскости Акомпенсируется и деформации и многократно уменьшаются. 35

На выходе третьего сумматора 15 все время сохраняется при этом сигнал, соответствующий логическому нулю. поскольку

I и — P < 45О, поэтому первый ключ 18 находится в закрытом состоянии, а второй 40 ключ 17 — в открытом, Сигнал, пропорциональный нескомпенсированной составляющей деформации 6д, поступает на второй вход первого блока 7 умножения. На первый вход последнего поступает сигнал, пропор- 45 циональный ctg и, с вычислительного блока

12. Следовательно, на выходе четвертого сумматора 8 формируется сигнал, пропорциональный (ba + Ьд ctg и ), где Ьв деформация звена во второй плоскости раэ- 50 щение рабочего органа hg в плоскости, проходящей через зону обработки перпендикулярно обрабатываемой поверхности, при этом будет практически параллельно этой поверхности, то есть не имеет нормальной составляющей, ухудшающей точность обработки.

При изменении ориентации обрабатыsaeMoA поверхности соответствующим образом изменятся сигнал на выходе блока 14 выделения модуля, пропорциональный (а — P); Как только он превысит сигнал на выходе первого задатчика 16 сигнала, третий сумматор 15 переключится в логическую единицу. При этом второй ключ 17 закроется, а первый ключ 18 откроется, В результате сигнал на выходе четвертого сумматора 8 становится пропорциональным ha, а на выходе первого сумматора 6- пропорциональным (Ьд + ha ctg и), то есть законы управления разгрузкой в плоскостях А и В меняются между собой, плоскость В становится первой плоскостью разгрузки. а плоскость А — второй плоскостью разгрузки.

При этом по-прежнему на вторую плоскость разгрузки приходится меньшая по величине проекция силы резания Рреэ, что обеспечивает наибольшую точность компенсации деформаций.

Применение заявляемого устройства для разгрузки позволяет повысить точность и качество при механической обработке поверхностей рабочим органом робота., Формула изобретения

Устройство для разгрузки звена руки робота, содержащее первый и второй датчики деформации, установленные на звене в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, первый и второй усилители, вход каждого иэ которых соединен с выходом соответствующего датчика деформации, два рычага, связанные в центральной их части с началом звена, первый и второй приводы поворота. рычагов, их гибкие тяги, один конец каждой иэ которых соединен с концом звена, а другой конец- с концом рычага, отлича ющеес ятем.что.с целью повышения точности устройства, оно содержит первый задатчик сигнала, первый блок умножения, последовательно соединенные второй задатчик сигнала. вычислительный блок, второй блок умножения, первый ключ и первый сумматор, а также последовательно подключенные третий задатчик сигнала, второй сумматор, блок выделения модуля, третий сумматор, инвертор, второй ключ и четвертый сумматор, выход которого соединен с входом второго привода, а второй вход — с

37795S0

10 выходом второго усилителя и вторым входом второго блока умножения, подключенного первым входом к первому входу первого блока умножения, выход которого соединен с вторым входом второго ключа, а второй вход — с выходом первого усилителя и вторым входом первого сумматора, подключенного выходом к входу первого привода, выход второго задатчика сигнала соединен также с вторым входом второго сумматора, выход первого задатчика сигна5 ла соединен с вторым входом третьего сумматора, выход которого подключен к второму входу первого ключа.

Составитель В. Чебоксаров

Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор, Э. Лончакова

Заказ 4411 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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