МАНИПУЛЯТОР
MANIPULATOR

Изобретение относится к машиностроению, в частности к промышленным роботам и манипуляторам, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства.
Наиболее близким аналогом изобретения по технической сущности является манипулятор, содержащий верхнее и нижнее основания, руку, выполненную в виде секций и имеющую захват, и привод руки (RU 2090353 C1, B25J 18/00, опубл. 20.09.1997).
Недостатком известного манипулятора является отсутствие автоматического управления движениями руки с захватом, что снижает точность позиционирования.
Задача изобретения - автоматизация работы манипулятора и обеспечение точности позиционирования.
Поставленная задача решается за счет того, что манипулятор, содержащий верхнее и нижнее основания, руку, выполненную в виде секций и имеющую захват, и привод руки, снабжен полым цилиндрическим корпусом, размещенным между основаниями, секции руки выполнены в виде расположенных в корпусе верхнего и нижнего упругих элементов с опорным элементом между ними; при этом верхний упругий элемент прикреплен одним концом к верхнему основанию, а другим концом - к опорному элементу, нижний упругий элемент прикреплен одним концом к нижнему основанию, а другим концом - к опорному элементу, и оба упругих элемента выполнены в виде перфорированных сильфонов или цилиндрических пружин из материала, обладающего эффектом памяти формы; привод руки снабжен системой циркуляции горячего и холодного теплоносителей, включающей теплообменники, электроуправляемые клапаны и насосы для подачи горячего и холодного теплоносителей в полость корпуса, и системой управления, связанной с системой циркуляции и включающей датчики верхнего и нижнего положений опорного элемента; захват выполнен в виде стержня, прикрепленного к опорному элементу со стороны нижнего упругого элемента и расположенного внутри последнего, в верхней и в нижней частях корпуса или в верхнем и в нижнем основаниях выполнены отверстия для впуска и выпуска горячего и холодного теплоносителей; причем отверстие для впуска горячего теплоносителя и отверстие для впуска холодного теплоносителя сообщены посредством одноименных каналов с установленными в них электроуправляемыми клапанами и общим трубопроводом подключены к системе циркуляции горячего и холодного теплоносителей с возможностью поочередной подачи в один из каналов соответствующего теплоносителя; датчики верхнего и нижнего положений опорного элемента установлены в углублениях внутренней поверхности корпуса и выполнены в виде оптронов, включающих связанные оптическим каналом источники и приемники излучения в виде светодиодов и фотодиодов соответственно; прикрепленные к опорному элементу концы упругих элементов выполнены из материала с низкой теплопроводностью, не обладающего эффектом памяти формы.
Материал, обладающий эффектом памяти формы, из которого выполнены упругие элементы, представляет собой сплав со следующим содержанием компонентов в массовых долях, %: титан 15-20, никель 15-20, медь 8-15, марганец 4,0-4,5, цирконий 0,9-1,2, иттрий 0,2-0,3, углерод 0, 5-1,0, железо - остальное.
Указанное сочетание компонентов обусловлено следующими причинами.
Марганец, никель и медь усиливают термоупругие мартенситные превращения и коррозионную стойкость стали; углерод выбран в качестве легирующего компонента, потому что он улучшает эффект памяти формы; введение циркония способствует увеличению гистерезиса между прямым и обратным мартенситными превращениями; добавление иттрия способствует пластификации матрицы, которая может охрупчиваться при введении в сплав циркония; концентрационный интервал содержания титана обеспечивает мартенситное превращение, технологичность и улучшение проявления эффекта памяти формы.
Изобретение поясняется чертежом, схематично изображающим описываемый манипулятор.
Манипулятор содержит верхнее 1 и нижнее 2 основания, руку, выполненную в виде секций и имеющую захват 3, и привод руки. Манипулятор снабжен полым цилиндрическим корпусом 4, размещенным между основаниями 1 и 2, секции руки выполнены в виде расположенных в корпусе 4 верхнего 5 и нижнего 6 упругих элементов с опорным элементом 7 между ними. При этом верхний упругий элемент 5 прикреплен одним концом к верхнему основанию 1, а другим концом - к опорному элементу 7; нижний упругий элемент 6 прикреплен одним концом к нижнему основанию 2, а другим концом - к опорному элементу 7, причем оба упругих элемента 5 и 6 выполнены в виде перфорированных сильфонов или цилиндрических пружин из материала, обладающего эффектом памяти формы. Привод руки снабжен системой циркуляции горячего и холодного теплоносителей, включающей теплообменники, электроуправляемые клапаны и насосы для подачи горячего и холодного теплоносителей в полость корпуса 4, и системой управления, связанной с системой циркуляции и включающей датчики верхнего и нижнего положений опорного элемента 7. Захват 3 выполнен в виде стержня, прикрепленного к опорному элементу 7 со стороны нижнего упругого элемента 6 и расположенного внутри последнего. В верхней и в нижней частях корпуса 4 (или в верхнем и в нижнем основаниях 1 и 2) выполнены отверстия для впуска 10 и выпуска 17 горячего теплоносителя и для впуска 11 и выпуска 18 холодного теплоносителя. Отверстие 10 для впуска горячего теплоносителя и отверстие 11 для впуска холодного теплоносителя сообщены посредством одноименных каналов 12 и 13 соответственно с установленными в них электроуправляемыми клапанами 14 и 15 и общим трубопроводом 16 подключены к системе циркуляции горячего и холодного теплоносителей с возможностью поочередной подачи в один из каналов 12 или 13 соответствующего теплоносителя. Датчики верхнего 8 и нижнего 9 положений опорного элемента 7 установлены в углублениях внутренней поверхности корпуса 4 и выполнены в виде оптронов, включающих связанные оптическим каналом источники и приемники излучения в виде светодиодов и фотодиодов соответственно. Установка датчиков 8 и 9 в углублениях обеспечивает беспрепятственное скольжение опорного элемента 7 по внутренней поверхности корпуса 4.
Прикрепленные к опорному элементу 7 концы упругих элементов 5 и 6 выполнены из материала с низкой теплопроводностью, не обладающего эффектом памяти формы. Наличие указанных участков, практически не подверженных деформациям при изменении температуры, предотвращает деформацию опорного элемента 7 и обеспечивает его беспрепятственное скольжение по внутренней поверхности корпуса 1.
Для усиления эффекта упругие элементы 5 и 6 могут быть «настроены» на разные температуры, при которых происходят их деформации. Например, элемент 5 распрямляется при нагревании и сжимается при охлаждении, а элемент 6, наоборот, сжимается при нагревании и распрямляется при охлаждении.
Манипулятор работает следующим образом.
По сигналам системы управления горячий теплоноситель поступает в трубопровод 16 и далее в канал 12. Когда электроуправляемый клапан 14 открывает отверстие 10, горячий теплоноситель поступает в полость корпуса 4, свободно перетекая через зазоры и перфорацию сильфона или витки пружины упругих элементов 5 и 6. Вследствие проявления эффекта памяти формы упругие элементы 5 и 6 «вспоминают» свою форму, в результате чего элемент 5 распрямляется, а элемент 6 сжимается, опорный элемент 7 с захватом 3 перемещается в нижнее положение. При этом оптический канал, связывающий источник и приемник излучения датчика 8 верхнего положения, при смещении опорного элемента 7 открывается, а оптический канал, связывающий источник и приемник излучения датчика 9 нижнего положения, перекрывается опорным элементом 7.
Принцип работы оптрона заключается в преобразовании электрических сигналов системы управления в свет, его передаче по оптическим каналам обратно в систему управления и в последующем преобразовании обратно в электрические сигналы системы управления, обеспечивающей бесконтактное управление подачей теплоносителей насосами, подогрев или охлаждение теплоносителей посредством теплообменников и включение или выключение электроуправляемых клапанов системы циркуляции.
По сигналам системы управления электроуправляемые клапаны закрывают отверстие 10 для впуска горячего теплоносителя и открывают отверстие 17 для выпуска горячего теплоносителя, через которое теплоноситель отсасывается в систему циркуляции.
Затем по сигналам системы управления холодный теплоноситель поступает в трубопровод 16 и далее в канал 13. Когда электроуправляемый клапан 15 открывает отверстие 11, холодный теплоноситель поступает в полость корпуса 4, свободно перетекая через зазоры и перфорацию сильфона или витки пружины упругих элементов 5 и 6. Вследствие проявления эффекта памяти формы упругие элементы 5 и 6 «вспоминают» свою форму, в результате чего элемент 5 сжимается, а элемент 6 распрямляется, опорный элемент 7 с захватом 3 перемещается в верхнее положение.
При этом оптический канал, связывающий источник и приемник излучения датчика 9 нижнего положения, при смещении опорного элемента 7 открывается, а оптический канал, связывающий источник и приемник излучения датчика 8 верхнего положения, перекрывается опорным элементом 7.
Далее цикл повторяется.
Возвратно-поступательные перемещения упругих элементов 5 и 6 с опорным элементом 7 между ними обеспечивают точное позиционирование захвата 3 в автоматическом режиме.
В качестве теплоносителя могут быть использованы как жидкости (например, вода), так и газы (например, воздух). Причем замкнутая система циркуляции позволяет использовать в нагретом или охлажденном состоянии один и тот же теплоноситель, периодически подаваемый в полость корпуса.
Изобретение обеспечивает создание надежного манипулятора, обеспечивающего автоматический режим и удобного в эксплуатации.