Манипулятор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3I3 653

Союз Соеетскик

Социал исти ческик

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 16.11.1970 (№ 1408856/25-8) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 07ЛХ.1971. Бюллетень № 27

Дата опубл икования описания 11.1.1972

МПК В 253 3/04

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете влинистрое

СССР

УД К 621.229.658(088.8) Авторы изобретения

Г. Б. Браверман, А. Е. Кобринский и Л. И. Тывес

Заявитель Государственный научно-исследовательский институт машиноведения

МАНИПУЛЯТОР

Известны манипуляторы с ручным управлением, состоящие из задающего устройства с рукояткой, на которую воздействует оператор и исполнительной руки, обладающей семью степенями подвижности, включая движение схватывания, звенья которой сочленены одно с другим последовательно с помощью поступательных и вращательных кинематических пар, приводов звеньев исполнительной руки и системы управления приводами, содержащей вычислительное устройство. В качестве вычислительного устройства в известном манипуляторе используется универсальная аналоговая электронная вычислительная машина.

Предлагаемый манипулятор содержит специализированную механическую аналоговую модель исполнительной руки, основанную на использовании следящих систем. Это повышает надежность и упрощает систему управления исполнительной рукой.

На фиг. 1 изображена исполнительная рука на фиг. 2 — конструктивная схема задающего устройства; на фиг. 3 — элементы задающего устройства.

Исполнительная рука, имеет семь степеней свободы, включая движение губок схвата, и снабжена силовыми приводами относительного перемещения ее элементов и датчиками относительного положения этих элементов. В качестве датчиков использованы реостатные датчики, 1 Й Ryoь PA К%в 1 Й вЂ” 1 %2>

5 РЙ Rg зь РЙ RQ4р РЙ Rh которые отслеживают относительные углы поворота элементов исполнительной руки. Каждый из гидравлических приводов исполни10 тельной руки (ГПИР) снабжен гидроусилителем, осуществляющим связь гпдроцилиндра с маломощной электрической системой измерения и управления.

Задающее устройство содержит инверсиро15 ванную механическую модель плеча и предплечья исполнительной руки и позволяет осуществлять смешанное позиционно-астатическое управление приводами исполнительной руки. Элементами задающего устройства яв2р ляются направляющие 1, обеспечивающие плоскопараллельное перемещение рамы 2, которая, в свою очередь, обеспечивает плоскопараллельное перемещение ползуна 8. Ползун 4 может совершать только поступательные перемещения в пространстве и служит подвижным основанием для инверсированной модели плеча и предплечья исполнительной руки, а также для дублирующей инверсированной модели с задающей рукояткой. Элеçp менты 1 — 4 образуют трехкоординатный стол, 313653

ЗО

Инверсированная модель плеча и предплечья исполнительной руки имеет поворотную ось 5 с вилкой, рычаги 6 и 7, сочлененные один с другим последовательно с помощью вращательных кинематических пар, крестовину 8 и поворотную ось 9 с вилкой. Ось 9 сочленена с корпусом задающего устройства, а ось 5 — с ползуном с помощью вращательных кинематических пар. Вилка рычага 7, крестовина и вилка оси 9 образуют шарнир Гука. Перекрестие осей крестовины представляет собой точку, неподвижную относительно корпуса задающего устройства. Дублирующая инверсированная модель плеча и предплечья исполнительной руки содержит поворотную ось 10 с вилкой, рычаги 11 и 12, ось И, поворотную вилку 14 и собственно задающую рукоятку (элементы 15 — 19). Ось 10 параллельна оси 5 и сочленена с ползуном с помощью вращательной кинематической пары. Подобие конфигураций соответствующих элементов исполнительной руки и инверсированной модели обеспечивается следящими гидросистемами.

Основными элементами следящих систем являются реостатные датчики 20 и моментный гидроцилиндр 21, воспроизводящие в инверсированной модели ротацию плеча исполнительной руки манипулятора; реостатные датчики 22, РД вЂ” Ryi и моментный гидроцилиндр

28, воспроизводящие в инверсированной модели задающего устройства угол между плечевым суставом и вертикалью, и реостатные датчики 24, РД вЂ” Rcp> и моментный гидроцилиндр 25, воспроизводящие в инверсированной модели угол между плечевым и локтевым суставами, Моментные гидроцилиндры 21, 28 и 25 связывают последовательно элементы 4 и 5, 5 и 6, 6 и 7. Подобие конфигураций плечевого и локтевого суставов инверсированной модели и дублирующей инверсированной модели обеспечивается сельсинами. Сельсины

26 и 27, 28 и 29, 80 и 81 соединены попарно и при отсутствии нагрузки на заданную рукоятку обеспечивают полное геометрическое подобие указанных конфигураций. При наличчии нагрузки на рукоятке электрические валы скручиваются пропорционально воспринимаемым моментам. Реостатные датчики 20, 22 и 24 — сдвоенные. Дублеры датчиков 20, 22 и 24 инверсированной модели и датчики

82 — 84 дублирующей инверсированной модели позволяют измерить рассогласование соответствующих элементов моделей, и вместе с гидроусилителями с обратной связью по расходу и приводами ГПИРI, ГПИР2, ГПИРЗ образуют систему астатического управления перемещениями запястья исполнительной руки.

Управление ориентацией оси схвата в пространстве исполнительной руки осуществляется позиционно и содержит две следящие системы. Задачей этих следящих систем является такое относительное перемещение элементов исполнительной руки, осуществляемое приводами ГПИР4 и ГПИР5, которое обеспечивает коллинеарность (параллельность) оси схвата исполнительной руки и оси 18 рукоятки задающего устройства. При этом одна следящая система, содержащая привод ГПИР 4 и датчики РД вЂ” Rcp> и реостатный датчик 35, путем ротации запястья исполнительной руки обеспечивает параллельность оси ползуна (запястья) и оси шарнира, соединяющего вилку

14 и ось 18 рукоятки задающего устройства.

Следящая система, содержащая привод

ГПИР5, датчик РД вЂ” Кц4 и реостатный датчик 86, отслеживает на исполнительной руке угол, задаваемый относительным положением элементов 12 и 13 задающего устройства. Система позиционного управления положением губок схвата исполнительной руки содержит датчик 19 задающего устройства и привод

ГПИР6 перемещения губок схвата исполнительной руки с потенциометром РД= Rh.

Система астатического управления вращением схвата вокруг собственной продольной оси содержит тензодатчики 87 и привод

ГПИР7. Рукоятка задающего устройства манипулятора, основанием которой служит ось

13, имеет втулку 38, укрепленную при помощи упругих пластин 89 на оси И, втулку 15, связанную с втулкой 88 с рукояткой 16 подшипниками 40 скольжения и губкой управления схватом 17. Внутри рукоятки 16 крепится рычаг 18 с зубом, имеющий возможность поворота относительно оси 41. Рычаг 18 связан с рукояткой 16 упругим элементом 42, выводящим зуб рычага 18 из контакта с втулкой 88.

Упругие пластины снабжены тензодатчиками

37. Относительное расположение губок управления схватом изменяется с помощью реостатного датчика 19.

Оператор прикладывает усилие к рукоятке

16 управления и ориентирует ось И требуемым образом в пространстве. Приложенное оператором усилие вызывает рассогласование конфигураций плеча и предплечья дублирующей инверсированной модели исполнительной руки манипулятора. Приводами

ГПИР1, ГПИР2 и ГПИР3 включаются системы астатического управления. В свою очередь, изменение конфигурации исполнительной руки вызывает изменение конфигурации инверсированной модели. При изменении конфигурации инверсированной модели изменяется конфигурация задающего устройства. Усилия, воспринимаемые электрическими валами, меняются, при этом изменяются величины рассогласования между элементами дублирующей инверсированной модели и инверсированной модели, а, следовательно, изменяются и скорости гидроприводов. Они изменяются так, что линейная скорость запястья остается пропорциональной и параллельной действующему на задающей рукоятке усилию.

Переместив запястье в требуемую точку рабочего пространства, оператор снимает усилие с рукоятки управления. Инверсированная модель приходит в полное согласие с дублирующей инверсированной моделью, и перемеще313653 ния звеньев исполнительной руки манипулятора прекращаются.

Изложенные принципы (принципы построения инверсированной механической модели и дублирующей инверсированной модели) позволяют создать чисто астатический вариант манипулятора, обладающего шестью степеня ми свободы, не считая движения схватывания.

Предмет изобретения

Манипулятор с ручным управлением приводами звеньев исполнительной руки задающим устройство через системы астатического и позиционного управления, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения системы управления исполнительной рукой, задающее устройство выполнено в виде двух моделей исполнительной руки: инверсированной механической модели и дублирующей инверсированной механической модели, связанных трехкоординатным столом и электрическими валами, а каждая из этих моделей снабжена датчиками относительного перемещения элементов, причем инверспрованная

5 механическая модель, имеющая на одномконце закрепленную точку — аналог точки исполнительной руки, например «запястье», снабжена следящими приводами для отслеживания конфигурации исполнительной руки, 10 а дублирующая пнверсированная механическая модель, длины звеньев которой равны длинам звеньев инверсированной механической модели, снабжена датчиками относительного положения и задающей рукояткой, 15 представля|ощей собой кинематическую MOдель механизма запястья, причем сигналами управления скоростями прпводов плеча и предплечья исполнительной руки служат величины рассогласования относительного по20 ложения элементов инверспрованпой модели и дублирующей инверспровапной модели, Редактор Т. Гаврилова

Составитель В. Тупицына

Техред А. А. Камышиикова

Корректор О. Зайцева

Заказ 3464/11 Изд. № 1212 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2