манипулятор

Формула изобретения

1. Манипулятор, состоящий из секций, смонтированных с возможностью независимого одна от другой перемещения относительно его продольной оси и выполненных в виде набора чечевицеобразных соосных дисков, имеющих расположенные по их периферии радиальные отверстия и связанных между собой тросами, проходящими через упомянутые отверстия и закрепленными одним концом на последнем расположенном со стороны схвата диске, отличающийся тем, что секции манипулятора расположены последовательно вдоль его оси, диски выполнены с центральным осевым отверстием и связаны между собой шаровыми опорами, а манипулятор снабжен размещенными в междисковом пространстве напряженными пружинами для перераспределения усилия растяжение - сжатие плоскостям дисков, имеющими систему привода намоточными барабанами для тросов с элементами крепления концов тросов, размещенными на предусмотренных в манипуляторе опорных дисках, несущих электродвигатели с намоточными барабанами, при этом намоточные барабаны для тросов, проходящих через радиальные отверстия дисков, расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и выполнены в виде обращенных друг к другу вершинами конусов со спиралевидными канавками одного направления, причем диаметры дисков, расстояние между дисками, диаметры расположения точек крепления тросов на дисках, диаметры расположения точек крепления пружин в междисковом пространстве, количество секций имеют разные значения.

2. Манипулятор по п.1, отличающийся тем, что электродвигатели с намоточными барабанами установлены на опорных дисках посредством компенсирующих опор, устраняющих эксплуатационное удлинение тросов.

3. Манипулятор по п.1 или 2, отличающийся тем, что в опорных дисках на тросах, проходящих через радиальные отверстия дисков, размещены имеющие электромагнитные защелки регуляторы натяжения тросов, выполненные в виде установленной на оси, смонтированной с возможностью вращения, качающейся рейки, несущей симметрично расположенные относительно оси и установленные с возможностью вращения ролики с канавками под трос.

4. Манипулятор по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что электродвигатель вращения манипулятора относительно его продольной оси установлен вне конструкции манипулятора.

5. Манипулятор по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что через центральное осевое отверстие дисков проходит дополнительный трос для управления схватом, намоточный барабан для этого троса выполнен в виде цилиндра со спиралевидной канавкой под трос и соединен с электродвигателем, оснащенным тормозом.

6. Манипулятор по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что намоточные барабаны для тросов, проходящих через радиальные отверстия дисков, жестко связаны с электродвигателями и через мультипликаторы с многооборотными потенциометрами.

7. Манипулятор, состоящий из секций, смонтированных с возможностью независимого одна от другой перемещения относительно его продольной оси и выполненных в виде набора чечевицеобразных соосных дисков, имеющих расположенные по их периферии радиальные отверстия и связанных между собой тросами, проходящими через упомянутые отверстия и закрепленными одним концом на последнем расположенном со стороны схвата диске, отличающийся тем, что секции манипулятора расположены последовательно вдоль его оси, диски выполнены с центральным осевым отверстием и связаны между собой шаровыми опорами, а манипулятор снабжен размещенными в междисковом пространстве напряженными пружинами для перераспределения усилия растяжение - сжатие плоскостями дисков, имеющими систему привода намоточными барабанами для тросов с элементами крепления концов тросов, размещенными на предусмотренных в манипуляторе опорных дисках, несущих электродвигатели с намоточными барабанами, при этом намоточные барабаны для тросов, проходящих через радиальные отверстия дисков, расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и выполнены в виде цилиндров со спиралевидными канавками, закручивающимися в одном направлении, причем диаметры дисков, расстояние между дисками, диаметры расположения точек крепления тросов на дисках, диаметры расположения точек крепления тросов на дисках, диаметры расположения точек крепления пружин в междисковом пространстве, количество пружин для каждой секции, количество секций имеют разные значения.

8. Манипулятор по п.7, отличающийся тем, что электродвигатели с намоточными барабанами установлены на опорных дисках посредством компенсирующих опор, устраняющих эксплуатационное удлинение тросов.

9. Манипулятор по п.7 или 8, отличающийся тем, что в опорных дисках на тросах, проходящих через радиальные отверстия дисков, размещены имеющие электромагнитные защелки регуляторы натяжения тросов, выполненные в виде установленной на оси, смонтированной с возможностью вращения, качающейся рейки, несущей симметрично расположенные относительно оси и установленные с возможностью вращения ролики с канавками под трос.

10. Манипулятор по любому из пп.7 - 9, отличающийся тем, что электродвигатель вращения манипулятора относительно его продольной оси установлен вне конструкции манипулятора.

11. Манипулятор по любому из пп.7 - 10, отличающийся тем, что через центральное осевое отверстие дисков проходит дополнительный трос для управления схватом, намоточный барабан для этого троса выполнен в виде цилиндра со спиралевидной канавкой под трос и соединен с электродвигателем, оснащенным тормозом.

12. Манипулятор по любому из пп.7 - 11, отличающийся тем, что намоточные барабаны для тросов, проходящих через радиальные отверстия дисков, жестко связаны с электродвигателями и через мультипликаторы с многооборотными потенциометрами.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области механики, в частности является манипулятором с приводом от электродвигателей. Аналогом предлагаемого манипулятора послужил манипулятор робота "Спайн" ([1] с.22, с.27), в нем используется секционный принцип построения, где верхняя м нижняя секции двигаются независимо друг от друга. Тело манипулятора состоит из множества чечевицеобразных дисков из стали, которые соединены между собой двумя парами тросов, обеспечивающих натяжение. Тросы соединены с поршнями гидравлических цилиндров, которые создавая натяжение, вызывают перемещение манипулятора.

Цель изобретения - достижение значительной гибкости секций, копирование криволинейного канала телом манипулятора, снижение энергопотребления.

Изобретение поясняется на фиг.1-3.

На фиг. 1 представлена часть манипулятора содержащая набор дисков A, B, C. .., связанных шаровыми опорами 1 при наличии в межкостковых пространствах подобранных по усилию сжатия и находящихся в напряженном состоянии пружины 2. Изменение позиционирования манипулятора в одной плоскости осуществляет электродвигатель 3, жестко связанный с намоточным барабаном 4. В другой плоскости работает электродвигатель 5 с намоточным барабаном 6. Тросы, идущие от барабанов, пропущены без фиксации через отверстия дисков B, C, ... с закреплением на диске A, имеющим схват 7. Трос управления схватом идет по центру шаровых опор от барабана 8, соединенного с электродвигателем 9, имеющим электромагнитный тормоз 10. Электродвигатели 3 и 5 связаны через мультипликаторы (не показаны) с многооборотными потенциометрами 11 и 12, сопротивление которых - обратная связь положения схвата в пространстве. Электродвигатель 13 установленный вне конструкции манипулятора поворачивает его вокруг продольной оси через шестеренчатую пару. В очерченных окружностях (фиг. 1) установлены одинаковые по конструкции компенсаторы 14, 14", 14A, 14A". Компенсаторы изготовлены в виде двух роликов 15, 15", закрепленных на рейках 16, 16", способных отклоняться на оси крепления в обе стороны за счет действия пружины 17, 17" и натяжения тросов. Рейки крепятся на стройках 18, 18". Положения реек на стройках фиксируются электромагнитными защелками (на фиг.3 не показаны).

На фиг. 2 изображен манипулятор состоящий из двух секций, в которых все сцепки, намоточный барабан, электродвигатель, многооборотный потенциометр конструктивно аналогичны п.3, 4, 11.

На фиг. 3 показаны компенсаторы 14 и компенсирующиеся опоры 19 с защелками 20. Намоточные барабаны 4 и 6 изготовлены в виде двух конусов, соединенных вершинами друг к другу с проточенными по поверхностям определенной кривизны спиралевидными канавками, закручивающимися в одном направлении и служащими для укладки тросов.

Конструкция барабанов позволяет за один оборот при незначительном рыскании по поверхности получить наибольший коэффициент пропорциональных отношений удлинения, укорочения частей тросов управления. Барабан 8 выполнен конусным с проточенной спиралевидной канавкой, закручивающейся в одном направлении по длине барабана.

Работает манипулятор следующим образом.

В вертикальном положении (фиг. 1) трос, работающий в одной плоскости, занимает одинаковое по диаметру положение в канавках конусного барабана 4. При вращении электродвигателя 3 по часовой стрелке на правом конусе барабана 4 происходит намотка части троса на канавку с большим диаметром, а на левом конусе барабана 4 трос укладывается в канавку меньшего диаметра, вследствие чего происходит пропорциональное укорочение, удлинение частей троса, что в свою очередь приводит к отклонению диска A на определенный угол от горизонтали при перераспределении энергии напряженных пружин 2, передающих свои усилия сжатия, растяжения плоскостями дисков, тем самым способствуя изгибу тела манипулятора в сторону наименьшей длины части троса. Отклонения в другой плоскости происходят аналогично описанному выше. Совмещая отклонения во взаимно перпендикулярных плокостях с вращением манипулятора вокруг продольной оси электродвигателем 13, добиваемся сложных траекторий движения схвата в сферической системе координат. Секции (фиг.2) работают по тому же принципу, но для получения большей гибкости тела манипулятор расстояния между дисками A, B, C..., первой секции и расстояния P, R..., второй секции различны, а также различны диаметры, на которых лежат точки крепления концов тросов на дисках A и P, что дает возможность при меньшем диаметре расположения точек крепления и незначительных перемещениях тросов управления плоскостей получать большие отклонения дисков A и P и как следствие значительные изгибы манипулятора.

Электродвигатель 9, вращая барабан 8, наматывает трос, приводящий к смыканию схвата с фиксацией вала электродвигателя 8 фрикционом электромагнитного тормоза 10, приводимым в действие усилием сжатой пружины, что дает экономию электроэнергии на время удержания сомкнутого состояния схватом. Растормаживание вала происходит в момент подачи напряжения на обмотку электромагнитного тормоза. Барабан 8 выполнен в виде конуса, расположенного на валу электродвигателя 9. Способность тела манипулятора, проникая в канал, адаптироваться к его кривизне описывается следующим образом.

Рейки 16, 16" компенсаторов 14, 14" при срабатывании электромагнитных защелок приобретают относительную степень свободы на своих осях и при вводе с определенным усилием в канал, имеющий кривизну, ведут себя двояко, т.е. диск A при проходе криволинейного участка изгибается, копируя кривизну канала, при этом часть диска, имеющего закрепленный трос управления, проходя участок канала с меньшим радиусом кривизны, отклоняется в сторону, приводящую к ослаблению натяжения троса, в результате образуется провис троса, который убирается за счет поворота рейки 16 компенсатора 14 по часовой стрелке (фиг. 3) усилием закручивающей пружины 17, а при прохождении другой частью диска изогнутого участка с большим радиусом кривизны и также имеющего закрепленный конец троса, располагающийся в той же плоскости, что и описанный выше, имеем отклонение этой части диска в сторону натяжения троса, воздействующего через ролики 15" на рейку 16" компенсатора 14" с усилением, большим усилия закручивающей пружины 17", что в свою очередь приводит к ориентации рейки 16" против часовой стрелки и как следствие удлинению этой части троса. Возможность компенсировать относительные изменения линейных размеров частей тросов при неподвижных намоточных барабанах позволяет манипулятору при вводе с усилием в изогнутый канала, охватывающий тело манипулятора по периметру, копировать его дисками и при выходе схвата в зону за каналом на необходимую длину, зафиксировав электромагнитными защелками рейки 16, 16" компенсаторов 14, 14", 14A, 14A", дальнейшее позиционирование в пространстве зоны осуществлять намоткой тросов на конусные барабаны 4 и 6.

Компенсирующиеся опоры 19, на которых закреплены намоточные барабаны с электродвигателями, мультиплекаторами и многооборотными потенциометрами, предназначены для устранения эксплуатационных удлиннений тросов за счет выталкивания пружины опор крепления до момента натяжения тросов с фиксацией положения опор защелками 20, тем самым устраняются проскальзывания тросов по спиралевидным канавкам конусных барабанов, сведя до минимума погрешности позиционирования схвата в пространстве.

Манипулятор выполнен в виде двух вариантов. Первый вариант содержит секции, имеющие баконические намоточные барабаны с электродвигателями и далее частные случаи исполнения манипулятора с элементами, описанными выше. Второй вариант содержит секции, имеющие цилиндрические намоточные барабаны с электродвигателями, компенсаторами тросов и далее частные случаи исполнения манипулятора с элементами, описанными выше.

Количество секций в манипуляторе может быть больше двух.