КОНСТРУКЦИЯ РОБОТА МАНИПУЛЯТОРА
STRUCTURE OF A ROBOTIC MANIPULATOR

Изобретение относится к области промышленной робототехники, а именно к конструкциям промышленных роботов-манипуляторов, предназначенных для работы в автоматическом, полуавтоматическом режиме с использованием оператора и нейронных сетей, в промышленности и медицине, например, при перемещении особо-опасных объектов в нефтегазопереработке, химических производствах, конвейерных линиях, а также на других опасных для здоровья человека объектах.
Известен манипулятор (патент РФ №202008, В25В 9/00), который относится к области манипуляторов с программным управлением, в частности к шсстиосевым роботам. Шестиосевой робот содержит основание, представляющее собой нулевое звено, прикрепленную к основанию стойку, представляющую собой первое звено робота, приводные механизмы, выполненные с возможностью обеспечения движения звеньев робота. Причем стойка прикреплена к основанию с возможностью вращения вокруг своей оси. Второе звено прикреплено к стойке с возможностью линейного перемещения вдоль стойки, третье звено прикреплено ко второму звену с возможностью вращения по существу в горизонтальной плоскости, четвертое звено прикреплено к третьему звену с возможностью вращения по существу в горизонтальной плоскости, пятое звено прикреплено к четвертому звену с возможностью вращения в плоскости, по существу параллельной вертикальной оси стойки, а шестое звено прикреплено к пятому звену с возможностью вращения вокруг оси проходящей через продольную ось пятого звена. Под горизонтальной плоскостью понимается плоскость, проходящая перпендикулярно вертикальной оси звена. При этом приводные механизмы робота реализованы на основе серводвигателя.
Недостатком конструкции данного манипулятора является использование приводов, установленных в звеньях с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, а именно вал привода находится в плоскости перпендикулярной плоскости вращения звена, что вызывает высокие нагрузки на вал привода и выражается низкой грузоподъемностью.
Наиболее близким к данной конструкции является манипулятор робота, предназначенный для работы в труднодоступных и опасных для присутствия человека местах в дистанционном режиме (патент RU №2616317). Он содержит последовательно соединенные между собой опорно-поворотное устройство (ОПУ) с фланцем, плечо, предплечье и рабочий орган, каждый из которых снабжен индивидуальным управляемым приводом, отличающийся тем, что места сочленения ОПУ - плечо, плечо - предплечье и предплечье - рабочий орган выполнены в виде рычажных механизмов с возможностью поворота вверх и вниз плеча, предплечья и рабочего органа, при этом привод плеча расположен с его внешней стороны, основание привода закреплено в месте сочленения ОПУ с плечом, а шток на сочленении плеча и предплечья, причем внутри корпуса плеча расположен привод предплечья, основание которого закреплено на корпусе плеча, а его шток через кронштейн рычажного механизма соединен с предплечьем, привод рабочего органа установлен внутри корпуса предплечья, его основание закреплено на корпусе предплечья, а шток соединен с кронштейном рычажного механизма предплечья, причем на кронштейне предплечья установлено приспособление для крепления рабочего органа, выполненное в виде шлицевого вала со стопорным элементом, а на рабочем органе выполнено установочное отверстие под втулку с пазами. Приводы представляют собой линейный актуатор, превращающий возвратно-поступательное линейное движение выходного звена-штока.
Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым техническим решением, - собой опорно-поворотное устройство (ОПУ), плечо, предплечье.
Недостатками известного робота, принятого за прототип, являются места сочленения, выполненные в виде рычажных механизмов, которые обуславливают громоздкость и сложность устройства; низкая силовая характеристика робота, грузоподъемность до 15 кг; расположение поступательно движущегося штока внутри звена манипулятора определяет минимальную жесткость конструкции; ОПУ имеет ротационный привод на основе планетарно-цевочного редуктора, что усложняет конструкцию и порождает трудности со смазыванием зубчатых колес.
Задача изобретения - создание более простой конструкции робота-манипулятора с широким спектром технологических возможностей, способного перемещать в пространстве более тяжелые объекты тяжелые с высокой точностью позиционирования в автоматическом или полуавтоматическом режиме.
Поставленная задача была решена за счет того, что известный робот-манипулятор, содержащий: опорно-поворотное устройство (ОПУ), плечо и предплечье, которые последовательно соединены между собой при помощи шарнирных элементов. В качестве приводов плеча и предплечья используется электромеханический привод: электродвигатель, соединенный посредством муфты с волновой передачей, на которую надета направляющая, та в свою очередь при помощи шарниров связана с одним концом силовых элементов, а другим концом силовые элементы тем же образом соединены с ОПУ и предплечьем. Электромеханические приводы расположены на внешней части плеча и предплечья. На предплечье расположен блок-системы интеллектуального анализа и управления конструкцией, а также машинного зрения с использованием видеокамеры и оптических датчиков.
Кроме того, на предплечье манипулятора установлен электромеханический привод для перемещения схвата манипулятора.
Кроме того, на предплечье манипулятора выполнена проушина для установки схвата манипулятора.
Признаки заявляемого технического решения, являющиеся отличительными от прототипа, - места соединения опорно-поворотного устройства (ОПУ) - плечо, плечо-предплечье выполнено в виде шарнирных соединений, при этом электромеханические приводы расположены на внешней части плеча и предплечья, содержащие электродвигатель соединенный посредством муфты с волновой передачей, на которую надета направляющая, связанная при помощи шарниров с ОПУ или предплечьем, в свою очередь на предплечье установлен блок с процессором, в котором расположены аналитические системы, и на котором крепится видеокамера, а на ней оптические датчики, светодиодный прожектор. Предплечье выполнено с возможностью установки схвата манипулятора.
Использование шарнирных соединений в роли сочленений между опорно-поворотным устройством (ОПУ), плечом и предплечьем позволяет упростить, облегчить конструкцию.
Установка электромеханических приводов плеча и предплечья не в шарнирах, а на их внешней поверхности, вдоль плеча и предплечья позволяет увеличить грузоподъемность.
Использование аналитических систем, а именно машинного зрения с видеокамерой и светодиодным прожектором, интеллектуальной системой управления, позволяет улучшить качество выполняемых задач манипулятором.
Робот-манипулятор имеет простую конструкцию для его изготовления и применения, а эксплуатация возможна при любых условиях окружающей среды.
Конструкция робота-манипулятора поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен чертеж конструкции манипулятора на виде спереди, на фиг. 2 на виде справа, на фиг. 3 в изометрии.
На фиг. 1-3 представлен пример конструкции робота-манипулятора. Он состоит из опорно-поворотного устройства (ОПУ) 1, соединенного посредством шарнира 2 с плечом манипулятора 3, тот в свою очередь тем же образом соединен при помощи шарнира 4 с предплечьем 5, на котором установлен шарнир 6 для установки схвата манипулятора, перемещения плеча на нем установлен электродвигатель 7, соединенный посредством муфты 8 с волновой передачей 9, на которую надета направляющая 10, та в свою очередь при помощи шарниров 11 связана с одним концом силовых элементов 12, а другим концом силовые элементы тем же образом при помощи шарниров 13 соединены с ОПУ, на предплечье установлен электродвигатель 14, соединенный при помощи муфты 15 с волновой передачей 16, на которой установлена направляющая 17, связанная посредством шарниров 18 с одним концом силовых элементов 19, а другим концом они установлены при помощи шарнира 20 крепятся к плечу 3. На предплечье 5 установлен электродвигатель 21, муфта 22, волновая передача 23 с направляющей 24 для перемещения схвата манипулятора, также на предплечье 5 установлен блок процессора 25, который соединен с видеокамерой 26, на которой крепятся оптические датчики 27 и светодиодный прожектор 28.
Робот-манипулятор осуществляет работу следующим образом.
ОПУ 1 монтируется на специально подготовленный фундамент. Манипулятор работает в автоматическом или полуавтоматическом режиме при помощи процессора, расположенного в блоке 25 (фиг. 1, 2, 3), в нем установлены системы интеллектуального управления и машинного зрения, соединенного с источником питания. Оператор устанавливает самостоятельно задачу манипулятору. Машинное зрение при помощи видеокамеры 26 и оптических датчиков 27 (фиг. 1, 2, 3) передают сигнал процессору, который координирует работу электродвигателей 7, 14 и 21, исходя из поставленной задачи. При вращении вала электродвигателя 7 происходит отклонение плеча 3 относительно ОПУ 1, а вращение вала электродвигателя 14 вынуждает перемещаться предплечье 5 относительно плеча 3. В свою очередь ОПУ 1 имеет возможность вращения вокруг своей оси ±360°.
Таким образом, с помощью заявляемой конструкции манипулятора возможно перемещать объекты массы чем аналоги, с высокоточным позиционированием плеча, предплечья и схвата манипулятора.
Предлагаемая конструкция робота-манипулятора в отличие от прототипа является более простой, многофункциональной и обладает лучшими кинематическими и динамическими характеристиками. При помощи прочной конструкции, манипулятор может перемещать тяжелые объекты в пространстве, а использование интеллектуальных систем и машинного зрения, позволяет совершать свою работу в автоматическом или полуавтоматическом режиме, исключение редукторных систем позволяет увеличить долговечность конструкции.