Антропоморфный робот

Полезная модель относится к робототехнике и может быть использована при создании антропоморфных роботов и антропоморфных систем.
Известен змеевидный робот для выполнения операций, требующих ловкости, и имеющий несколько манипуляторов, закрепленных на нескольких корпусах (см. международную заявку WO 2015080788, МПК B25J 3/04). Модули манипулятора соединены между собой шарнирной цепью на проксимальных концах, благодаря чему корпуса способны двигаться в разных направлениях. Манипуляторы присоединены к дистальным концам модулей и зафиксированы с помощью шарнирной цепи и звеньев в разных положениях относительно концов корпуса. Конфигурация и положения манипуляторов позволяет роботу выполнять согласованные операции, требующие ловкости.
Особенностью змеевидного робота является недостаточная функциональность, обусловленная наличием только одной оси вращения, параллельной корпусу (вращение звена 9-10). При повороте звена манипулятора вокруг этой оси меняется угол ориентации исполнительного элемента, для восстановления которого в рамках данной конструкции отсутствуют необходимые подвижности. Как результат исполнительный элемент не может выполнять действия с объектами, исключающими их поворот при перемещении.
Известен подвижный робот (см. патент US 7645110 В2, МПК B25J 5/07), который содержит установленный на подвижной тележке сустав (в другом варианте два сустава), который состоит из трех элементов и имеет три независимые оси вращения, при этом в составе
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является робот, содержащий корпус, манипуляторы, плечевые модули которых прикреплены к корпусу через звено, образующее с корпусом шарнир и возможностью поворота относительно манипулятора вокруг оси, параллельной оси шарнира (см. патент US 20090060684 B25J 3/00). Робот является антропоморфным.
Звено, установленное между корпусом и плечевым модулем, позволяет при необходимости изменять положение плечевого модуля по круговой орбите, перпендикулярной оси вращения шарнира. При этом реализуется увеличение дальности выноса кисти манипулятора. Функционирование манипулятора возможно только при использовании одной из степеней свободы плечевого модуля в качестве компенсирующего движения. В противном случае вращение в шарнире ведет к изменению исходной пространственной ориентации манипулятора. Как следствие ограничивается возможность полноценного использования движения в плечевом модуле вокруг оси параллельной оси шарнира, что ведет к снижению зоны обслуживания.
Недостатком данной конструкции является ограниченная функциональная возможность, обусловленная сниженной зоной обслуживания.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении рабочей зоны антропоморфного робота.
Соответственно технический результат, обеспечиваемый при осуществлении настоящей полезной модели согласно формуле, заключается в повышении рабочей зоны антропоморфного робота.
При этом стоит отметить, что при этом увеличение зоны обслуживания достигается интегрированием механизма (нового устройства) в корпус. Это принципиальная разница, т.к. увеличение зоны обслуживания не сопровождается:
- увеличением массы подвижных частей манипулятора;
- снижением грузоподъемности.
Таким образом, решение технической задачи - увеличение зоны обслуживания не приводит к ухудшению функциональных параметров всего устройства - антропоморфного робота.
Это достигается за счет увеличения подвижности манипуляторов относительно корпуса. Таким образом, техническая задача решается тем, что в известном антропоморфном роботе, включающем корпус, два манипулятора, каждый из которых содержит плечевой модуль с тремя вращательными степенями свободы, модули соединены с корпусом через звено, связанное с корпусом через шарнир, ось вращения которого смещена от модуля плечевого сустава, при этом звено выполнено в виде рычажного механизма, а шарнир имеет две разнесенные степени свободы, оси вращения которых взаимно перпендикулярны и не пересекают оси вращения плечевого модуля.
Краткое описание фигур.
Полезная модель поясняется изображениями.
На фиг. 1 представлена кинематическая схема робота.
На фиг. 2 зона обслуживания манипулятора робота в вертикальной плоскости при отсутствии движений в шарнире.
На фиг. 3 зона обслуживания манипулятора робота в вертикальной плоскости при выполнении движения в шарнире.
На фиг. 4 зона обслуживания манипулятора робота в горизонтальной плоскости при отсутствии движений в шарнире.
На фиг. 5 зона обслуживания манипулятора робота в горизонтальной плоскости при наличии движений в шарнире.
Вариант осуществления полезной модели.
Робот включает корпус 1 (фиг. 1), два манипулятора 2 и 3. Каждый манипулятор, например, 2, содержит плечевой модуль 4, рычажный механизм 5, шарнир 6.
1
2
3
Плечевой модуль 4 включает плечо 7 и шарнир 8, с тремя вращательными степенями свободы, по осям 9, 10, 11, в которых обеспечивается поворот плеча 7, соответственно, по обобщенным координатам β, β, β.
Рычажный механизм 5 реализует соединение плечевого модуля 4 с корпусом 1. Рычажный механизм 5 состоит из кривошипа 12, шатуна 13, соединенного с кривошипом 12 вращательной парой 14, и коромысла 15. Коромысло 15 образует вращательную пару 16 с шатуном 13 и соединено с шарниром 8. Кривошип 12 соединен с корпусом 1 вращательной парой 17.
1
2
Рычажный механизм 5 соединен с корпусом 1 через шарнир 6, имеющий две разнесенные степени свободы 18 и 19, смещенные относительно модуля плечевого сустава 4. Оси вращения по степеням свободы, соответственно 20 и 21, взаимно перпендикулярны (углы поворота ϕ и ϕ). Оси вращения 20 и 21 не пересекают оси 9-11. Оси вращательных 14, 16, 17 и 18 параллельны.
Робот действует следующим образом.
1
3
При работе плечо поворачивается в шаровом шарнире 8 вокруг осей 9-11 на углы β-β. Это обеспечивает зону обслуживания А1 (фиг. 2) и A3 (фиг. 4).
При необходимости выполнения действий за пределами зоны обслуживания А1 и A3 реализуется движение за счет рычажного механизма 5 и шарнира 6. Увеличение зоны обслуживания в вертикальной плоскости реализуется за счет вращения кривошипа 12 во вращательной паре 17 (фиг. 3). Благодаря соединению кривошипа 12 и шатуна 13 через вращательную пару 14, обеспечивается движение последнего в шарнире 6 вокруг оси 20. При этом, обеспечивается движение шарнира 8 по дуге радиусом, равном расстоянию смещения модуля плечевого сустава от корпуса (расстояние между осями 20 и шарнира 8).
За счет одновременного движения в шаровом шарнире 8, вокруг оси 11, и движения, реализуемого через рычажный механизм 5, и подвижности по степени свободы шарнира 6 (вокруг оси 20, угол поворота 92) обеспечивается увеличение зоны обслуживания А2 по сравнению с зоной А1.
1
1
При необходимости выполнения действий за пределами зоны обслуживания А2 выполняется движение в шарнире 6 по второй возможной степени свободы - вокруг оси 21, угол поворота ϕ, (фиг. 5). При этом, обеспечивается поворот рычажного механизма и вместе с ним шарнира 8. Совмещенные, по времени, движения в шарнире 8 (вокруг оси β) обеспечивают зону обслуживания А4, существенно превышающую А2.
Отсутствие пересечения осей 20, 21 и осей 9-11 исключает снижение радиусов поворота при движении в шарнире 6 по двум степеням свободы, вокруг осей 20 и 21, и не ведет к уменьшению зоны обслуживания робота.
Таким образом, выполнение звена в виде рычажного механизма 5, и шарнира 6, с двумя степенями свободы и взаимно перпендикулярными осями вращения 20 и 21, обеспечивает увеличение зоны обслуживания робота в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Одновременно с этим не пересечение осями вращения 20, 21 осей 9-11 оси шарнира плечевого модуля 8 исключает снижение зоны обслуживания.
При этом вышеописанное выполнение рычажного механизма, шарнира и модуля 8, а также вышеописанная конструкция шарнирных соединений и креплений к корпусу не ведет к принципиальному изменению структурной схемы, а следовательно не приводит к снижению грузоподъемности или увеличению массы подвижных частей.
При этом важно, что заявленный робот является именно антропоморфным, что явно отражается его описанной конструкцией.
Увеличение зоны обслуживания обеспечивает расширение функциональных возможностей робота за счет эффективной работы на большем расстоянии от корпуса без увеличения его геометрических параметров.