МАНИПУЛЯТОР

Заявляемая полезная модель относится к робототехнике, в частности, к устройствам для воспроизведения действий или команд от оператора с высокой степенью точности.
Известна конструкция манипулятора, материал о котором опубликован, в патенте US 7,296,835 В2 от 20 ноября 2007 г. Манипулятор, содержит пальцы, кисть, запястье и основание, на котором установлены электродвигатели, управляющие пальцами, и пневматические цилиндры, управляющие запястьем манипулятора. Пальцы манипулятора состоят из четырех фаланг, которые приводятся в действие посредством тросов, идущих от электродвигателей, причем, за исключением большого пальца кисти, пальцы имеют только одну независимую степень подвижности. В большом пальце кисти, реализованы три независимые степени подвижности. Тросы, управляющие степенями подвижности, передают на них движение через шкивы, обеспечивающие отсутствие переломов тросов при работе манипулятора.
Недостатком известного манипулятора является, малое количество независимых степеней подвижности, а также невозможность обеспечить высокое быстродействия в степенях подвижности при попытке реализовать существенное усилие сжатия на пальцах манипулятора из-за жестких ограничений на размеры используемых электродвигателей.
Также известен манипулятор, материал о котором опубликован в патенте US 6,247,738 В1 за 19 июня 2001 г., принятый в качестве ближайшего аналога.
Данный манипулятор включает в себя большой палец, а также, по крайней мере, два обычных пальца, расположенных напротив большого пальца. Пальцы состоят из трех фаланг, между которыми расположены подвижные шарниры, первые фаланги пальцев закреплены на основании кисти. Через фаланги пальцев проходят тросы, от исполнительных двигателей, закрепленные каждый на своей фаланге. Первый трос проходит через две первые фаланги и подсоединяется к последней фаланге пальца, второй трос проходит через первую фалангу и подсоединен ко второй фаланге пальца. Сгибание пальцев происходит под действием тросов, идущих от исполнительных двигателей, возврат пальцев в исходное положение происходит под действием пружин, расположенных в степенях подвижности. При этом тросы, идущие к последним фалангам пальцев, проходят через первые степени подвижности в непосредственной близости от центра их вращения, что позволяет пружинам компенсировать усилия, передаваемые через эти тросы.
Преимуществом данного манипулятора по сравнению с предыдущим аналогом является большое количество независимых степеней подвижности, расположенных в каждом пальце, что позволяет ему выполнять более широкий круг операций. При этом использование пружин в качестве возвратных механизмов позволяет значительно упростить конструкцию пальцев за счет уменьшения количества идущих через пальцы тросов.
Недостатком данного манипулятора является невозможность использования установленных в степенях подвижности пружин в качестве возвратных механизмов для исполнительных двигателей одностороннего действия, обладающих высоким быстродействием и развиваемым усилием, поскольку они не могут создать достаточного в этом случае возвратного усилия. Указанный недостаток сильно снижает динамические характеристики изделия.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение динамических характеристик изделия при сохранении простоты конструкции пальцев, при том же или большем количестве независимых степеней подвижности в каждом пальце.
Указанная задача решается за счет того что, в манипуляторе, содержащем основание, кисть и не менее трех пальцев, включающих в себя, по крайней мере, три фаланги, соединенных друг с другом одностепенными шарнирами, где каждая из подвижных фаланг управляется посредством троса идущего от исполнительного двигателя, а возвращается в исходное положение за счет упругого элемента в качестве исполнительных двигателей применены компактные пневматические элементы, выполненные на основе гибких армированных оболочек, а в качестве возвратных упругих элементов используется пружины, вынесенные за пределы пальцев и установленные на основании манипулятора, причем тросы от возвратных пружин проходят через все степени подвижности пальцев манипулятора.
Как минимум в одном из пальцев манипулятора количество подвижных фаланг равно четырем, причем, ось вращения первой степени подвижности этого пальца располагается перпендикулярно относительно последующих степеней подвижности.
Техническим результатом полезной модели является улучшение динамических характеристик изделия, таких как увеличение развиваемого момента в степенях подвижности пальцев и скорости их перемещения, а также расширение его функциональных возможностей.
Благодаря наличию возвратных пружин, обеспечивающих высокие возвратные усилия, возможно, реализовать в степенях подвижности пальцев реверсивное движение с высокой скоростью при использовании исполнительных двигателей одностороннего действия в виде пневматических оболочковых элементов.
Благодаря применению пневматических оболочковых элементов, обладающих высокой удельной мощностью, возможно, увеличить скорость перемещения фаланг манипулятора, при увеличении значений развиваемых усилий в степенях подвижности пальцев и сохранении плавности хода.
Благодаря наличию большего количества степеней подвижности, а также степеней подвижности, оси которых располагаются в других плоскостях, расширяются функциональные возможности манипулятора при сохранении его динамических характеристик.
На Фиг.1 представлена схема расположения в манипуляторе кисти 1, в которую входят пальцы 2а-2д, относительно основания 3 манипулятора. На основании 3 манипулятора показаны пневматические оболочковые элементы 4 и возвратная пружина 5, тросы от которых 6а и 6б идут к степеням подвижности пальца 2а. Пневматические оболочковые элементы 4 и возвратные пружины 5, управляющие пальцами 2б-2д манипулятора условно не показаны.
На Фиг.2а представлено расположение тросов 6а, 6б в пальце 2а манипулятора. Рассматриваемый палец состоит из четырех подвижных фаланг 7а, 7б, 7в, 7г, которые соединены посредством осей 8, обеспечивающих возможность вращении последующих фаланг в одной из плоскостей. Пальцы 2а-2д крепятся к кисти 1 посредством одной из осей вращения 8. Для исключения переламывания тросов 6а, 6б при работе манипулятора в конструкцию пальцев 2а-2д введены шкивы 9 и промежуточные оси 10. На Фиг.2б показано расположение троса 6б от возвратной пружины 5 в пальце манипулятора, а также его крепление 11 к последней фаланге 7г. На Фиг.2 в показано крепление 11 тросов ба от пневматических оболочковых элементов 4 к фалангам 7а-7г рассматриваемого пальца 2а манипулятора. На Фиг.2г показано расположение транзитно проходящих через фаланги 7а-7г тросов 6б от пневматических оболочковых элементов 4. Другие пальцы 2б-2д манипулятора имеют аналогичную конструкцию, отличающуюся только количеством подвижных фаланг 7а-7г и их расположением.
В целом манипулятор функционирует следующим образом.
При наличии возвратных пружин 5, обеспечивающих высокие возвратные усилия и исполнительных двигателей одностороннего действия в виде пневматических оболочковых элементов 4 в степенях подвижности 8 пальцев 2а-2д реализуется реверсивное движение с высокой скоростью.
При использовании пневматических оболочковых элементов 4, обладающих высокой удельной мощностью обеспечивается высокая скорость перемещения фаланг 7а-7г пальцев 2а-2д, а также развиваются значительные усилия при сохранении плавности хода.
При сгибании пальцев 2а-2д манипулятора в различных плоскостях, расширяются функциональные возможности изделия при сохранении его небольших габаритов и высоких динамических характеристик.
Техническим результатом полезной модели является улучшение динамических характеристик манипулятора, таких как развиваемый момент в степенях подвижности пальцев и скорость их перемещения, а также расширение функциональных возможностей изделия.