ЗАХВАТ МАНИПУЛЯТОРА

Полезная модель относится к робототехнике и может быть использована при создании исполнительных устройств манипуляторов.
Известен захват манипулятора, содержащий сочлененные с ладонью пальцы, трос, соединяющий пальцы с приводом, концы троса закреплены на конечных элементах пальцев, средняя часть охватывает блок, установленный на выходном звене привода, при этом, пальцы захвата выполнены в виде винтовых конических пружин сжатия, трос расположен внутри пружин со смещением относительно продольной оси в сторону внутренней поверхности (см. патент РФ №1237419, B25J 15/12).
Недостатком данного устройства является низкая надежность, обусловленная относительным движением пальцев по захватываемой детали в процессе работы. При натяжении троса пружина подвергается изгибу и сжатию. Имеет место классическое нецентральное сжатие пружины. При этом пружина изгибается, что обеспечивает охват детали и одновременно сжимается. Расстояние между витками уменьшается. Как следствие, имеет место относительное движение витков по поверхности детали. Результатом этого движения является нежелательное перемещение пальца по поверхности детали, уменьшается длина контакта палец - деталь, что ведет к снижению устойчивости объекта в захвате. Повышается вероятность его выхода из захвата.
Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является захват манипулятора, содержащий корпус, соединенные с ним структурные группы, имеющие первую, вторую и третью фаланги, первая соединена с основанием, вторая соединена с первой, третья со второй вращательными парами (US 20110068595 B25J 15/10).
При этом третья фаланга кинематически связана через шарнирное соединение со вторым. Движение первой и второй фаланги обеспечивается от двух пар гибких тяг, дистальные концы которых соединены с приводами. В состав гибких тяг включены пружины.
Недостатком известного решения является низкие функциональные возможности, обусловленные незначительной величиной усилий, передаваемых через гибкие тяги на вторую (третью) фалангу. Гибкие тяги, обеспечивающие движение второй и третьей фаланги, огибают блок, установленный на оси второго звена. Диаметр блока определяется диаметром гибких тяг. Он, в свою очередь, зависит от величины усилия. Нагрузка на данные тяги значительна, т.к. обеспечивается движение (и преодоление сил) действующих на вторую и третью фалангу. Однако диаметр блока не может быть существенным, т.к. ограничен поперечными размерами фаланги. Малые значения усилий со стороны второй и третьей фаланги снижают область возможного использования. Это преимущественно выполнение кинематических действий и силовых, не требующих больших усилий. Захват не может быть использован при взаимодействии с объектами, требующими приложения больших усилий, например, работа с тяжелым инструментом: молотками, электроинструментом.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении надежности работы захвата манипулятора.
Техническая задача решается тем, что в известном захвате манипулятора, содержащем две пары гибких тяг, пружину, основание и соединенные, с ним открытые структурные группы, каждая из которых имеет три звена, при этом звенья соединены вращательными парами через оси вращения, первое звено - с основанием, второе звено - с первым звеном, третье звено - со вторым звеном, при этом третье звено соединено через шатун с первым звеном, две пары гибких тяг соединены одними концами с приводами, он снабжен блоком, установленным с возможностью вращения на оси первого звена, второе звено соединено через шатуны с блоком и коромыслом, установленным на оси первого звена посредством вращательной пары и подпружиненным относительно основания, при этом гибкие тяги другими концами соединены с блоком, а пружина выполнена круговой.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена кинематическая схема одной структурной группы захвата манипулятора, на фиг.2 объемное изображение структурной группы.
Захват включает в себя основание 1 (фиг.1) несколько структурных групп (на фиг.1 условно показана одна), каждая из которых содержит звенья 2, 3, 4. Звенья соединены вращательными парами: первое звено 2 с основанием 1 - парой 5, второе звено 3 со звеном 2 - парой 6, третье звено 4 со звеном 3 через пару 7. Звено 4 соединено дополнительно со звеном 2 через шатун 8, образующий с каждым из звеньев вращательные пары 9 и 10. На оси вращательной пары 5 установлен с возможностью свободного вращения блок 11. Блок 11 соединен с концами тяг 12 и 13, противоположные концы которых соединяются с приводами (на фиг.1 условно не показаны). Звено 3 соединяется шатуном 14 с коромыслом 15, через вращательные пары 16 и 17. Коромысло 15 соединяется вращательной парой с основанием 1. Кроме того, коромысло 15 дополнительно соединяется с основанием через пружину 18. Шатун 19 соединяется со звеном 3, через вращательную пару 17 и блоком 11 с через вращательную пару 20.
Пружина 18 может быть выполнена в виде пружины сжатия (фиг.1) или в виде круговой пружины (фиг.2).
Захват работает следующим образом.
При включении привода, обеспечивающего движение звеньев структурной группы по часовой стрелке, создается натяжением в гибкой тяге 13. Гибкая тяга 12 при этом ослабляется. Движение от гибкой тяги 13 передается блоку 11, который поворачивается против часовой стрелки. С блока 11 движение передается шатуну 19 за счет их соединения вращательной парой 20 и далее звену 3 через вращательную пару 17. Звено 3 совершает поворот во вращательной паре 6 относительно звена 2.
Поворот звена 3 приводит к вращению звено 4 вследствие соединения звена 4 со звеном 2 через шатун 8. Одновременно с этим звено 2 поворачивается против часовой стрелки во вращательной паре 5 вследствие соединения звена 3 с коромыслом 15 через шатун 14. Неизменное положение коромысла 15 относительно основания 1 обеспечивается пружиной 18. Поворот звеньев 2, 3 и 4 происходит до тех пор, пока одно из звеньев не войдет в контакт с захватываемым объектом.
Наиболее вероятным является первоначальное взаимодействие звена 2 с объектом. При этом движение звена 2 прекращается. Продолжающееся движение гибкой тяги 13 и блока 11 обеспечивает движение шатуна 19 и далее звеньев 3 и 4. Одновременно шатун 14 перемещается вправо к вращательной паре 5 и поворачивается против часовой стрелки. Эти движения сопровождаются поворотом коромысла 15 во вращательной паре 5 по часовой стрелке. Пружина 18 сжимается. Поворот звена 3 продолжается до вступления его в контакт с захватываемым объектом. После этого движение звеньев прекращается. Если звено 3 не входит в контакт с захватываемым объектом, то движение звеньев 3 и 4 продолжается до контакта звена 4 с захватываемым объектом. Во всех случаях конструкция захвата обеспечивает взаимодействие, по меньшей мере, двух звеньев структурной группы с захватываемым объектом.
Установка блока 11, на оси вращательной пары 5, с возможностью свободного вращения обеспечивает передачу движения от привода шатуну 19. За счет движения, которого осуществляется движение звена 3, через вращательную пару как при остановленном, так и при свободном звене 2. Это реализуется за счет соединения шатуна со звеном 3 через вращательную пару 17 и с блоком 11, через вращательную пару 20.
При остановке на объекте звена 2, передача движения звену 3 от привода не прекращается. Это обеспечивается поворотом коромысла 15, в паре соединяющей его с основанием 1 и сжатием пружины 18.
Обеспечивается передача движения от одного привода звену 2 и 3 как при подвижном звене 2, так и при его остановке на захватываемом объекте. Как результат, от одного привода обеспечивается гарантированный контакт с объектом и звена 2 и звена 3. Наличие двух точек контакта, в каждой структурной группе, повышает устойчивость объекта и расширяет возможности применения захвата для работы с тяжелыми объектами и имеющих сложную форму поверхности.
Освобождение удерживаемого объекта производится следующим образом. Привод гибких тяг 12 и 13 включается в реверсивном направлении. Обеспечивается натяжение гибкой тяги 12 и ослабление гибкой тяги 13. Под действием сжатой пружины происходит движение коромысла 15 против часовой стрелки. Что обеспечивает поворот звена 3 и звена 2 по часовой стрелке. Этому движению способствует поворот блока 11 по часовой стрелке и через шатун 19 передается звену 3. Движение звена 3, в свою очередь, через шатун 8 вызывает поворот звена 4 по часовой стрелке во вращательной паре 7. Движение звеньев 2, 3 и 4 направлено от захватываемого объекта, что обеспечивает его освобождение от захвата.
Движение от привода подвижным звеньям 2 и 3 передается через дополнительные шатуны: 19 - соединяющего блок 11 со вторым звеном, 14 -соединяющего второе звено с коромыслом 15 установленным на оси поворота звена 2. Жесткость шатунов 14 и 19 и, передаваемые через них усилия, определяются их поперечными размерами и многократно превышают усилия, передаваемые гибкими тягами 12 и 13. Это позволяет выполнить их с размерами, не превышающими поперечные размеры звеньев 2, 3 и 4.
Большие значения усилий, передаваемые через шатуны 14, 19 звеньям 3 и 4, обеспечивают повышение силовых воздействий со стороны звеньев на захватываемый объект. Реализуется возможность удерживать объекты с более высокой массой, что обеспечивает расширение номенклатуры захватываемых объектов и расширяет функциональные возможности захвата.
Таким образом, заявляемое устройство, обладает большими функциональными возможностями.