ПАЛЕЦ АНТРОПОМОРФНОГО МАНИПУЛЯТОРА

Полезная модель относится к робототехнике, а именно к захватным головкам, приводимым действие сервомеханизмами, и может быть использована при конструировании антропоморфных манипуляторов, механизмов захвата высокой степени точности и роботов-гуманоидов.
В настоящее время существует множество конструкций пальцев антропоморфных манипуляторов. Например, из уровня техники известна кисть руки робота (RU 2551740 C2, МПК B25J 15/08, опубл. 27.05.2015). Манипулятор выполнен в виде упрощенной конструкции, которая включает пальцы, двигатели, сухожилия, помещенные внутри направляющих трубок и закрепленные на подвижном корпусе двигателя, винты, два диска, соединенные друг с другом трубкой с пазами, между которыми жестко закреплен каждый из винтов. В то же время радиально расположенные пластины жестко прикреплены к корпусу двигателя, что позволяет им перемещаться в указанных канавках и предотвращает вращение двигателей вокруг своей оси. Ротор каждого из двигателей выполнен в виде вращающейся гайки, насаженной на соответствующий винт, который устанавливает направление движения двигателя.
Недостаток известного изобретения связан с необходимостью использования в конструкции руки тросов, что со временем может привести к снижению точности позиционирования пальцев руки, обусловленную ослаблением силы натяжения тросов, кроме того рука обладает низкой технологичностью, вследствие ее сложной конструкцией в целом.
Наиболее близким к предлагаемому устройству техническим решением, выбранным в качестве прототипа, признана конструкция пальцев компактной руки робота (US 6244644 B1, МПК B25J 15/00, B25J 15/10, B25J 9/10, опубл. 12.06.2001). Рука робота содержит несколько видов пальцев: пальцы, используемые для манипулирования объектом, пальцы для поддержания стабильного захвата объекта и большой палец. Пальцы для манипулирования объектом состоят из элементов, напоминающих части человеческого пальца и характеризуются тремя степенями свободы.
Недостатками представленной в патенте конструкции пальца для манипулирования является то, что каждый палец содержит множество шарнирно соединенных элементов, что увеличивает сложность и вес его конструкции.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение технологичности пальца антропоморфного манипулятора, за счет снижения сложности его конструкции и, как следствие, уменьшения его веса.
Указанная задача решена тем, что палец антропоморфного манипулятора содержит корпус с закрытым пазом и Г-образным кронштейном, выполненным заодно с корпусом в его правой части, при этом на верхнем торце кронштейна выполнен горизонтальный Т-образный паз, а на левой боковой поверхности кронштейна на первой оси установлено первое подвижное звено, соединенное с помощью второй оси со вторым подвижным звеном, соединенным с помощью третьей оси с третьим подвижным звеном.
Отличает манипулятор от известных аналогов то, что в закрытом пазе корпуса установлен серводвигатель, на валу которого закреплен первый рычаг-маятник, второй конец которого шарнирно соединен с ползуном, установленным в Т-образном пазе Г-образного кронштейна. На левой боковой поверхности ползуна на оси установлен второй рычаг, шарнирно соединенный с проушиной первого подвижного звена. В нижней правой и верхней левой частях первого подвижного звена выполнены первый и второй сквозные радиальные пазы, в которых на третьей и четвертой осях установлена первая радиальная тяга, связывающая первое и второе подвижные звенья, третья ось продета в первый паз, а четвертая - во второй, при этом ее конец закреплен в отверстии второго подвижного звена, выполненного в его правой верхней части. Первое подвижное звено связано с третьим подвижным звеном с помощью второй радиальной тяги, установленной на пятой и шестой осях, при этом пятая ось установлена в отверстии, выполненном в левой нижней части первого подвижного звена, а шестая - в отверстии, выполненном в правой верхней части третьего подвижного звена.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков, является повышение технологичности пальца за счет упрощения его конструкции, что достигается реализацией манипулятора в виде кинематического механизма, в котором первое подвижное звено представляет собой подобие проксимальной фаланги человеческого пальца, второе подвижное звено представляет собой подобие средней фаланги человеческого пальца, а третье подвижное звено представляет собой подобие дистальной фаланги человеческого пальца. Манипулятор характеризуется тремя степенями свободы, все подвижные звенья выполнены с возможностью одновременного движения с передаточными звеньями (первой и второй тягами), при этом используется только один сервопривод, позволяющий создать недорогой малогабаритный роботизированный рычаг.
Конструкция пальца антропоморфного манипулятора поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан механизм в сборе в изометрической проекции слева; на фиг. 2 показан механизм в сборе в изометрической проекции справа; на фиг. 3 показана конструкция первого подвижного звена; на фиг. 4 показана конструкция второго подвижного звена; на фиг. 5 показана конструкция третьего подвижного звена; на фиг. 6 показано взаимное расположение подвижных звеньев пальца при их горизонтальном положении (палец разогнут); на фиг. 7 показано взаимное расположение подвижных звеньев пальца при повороте первого подвижного звена на 30° (палец полусогнут); на фиг. 8 показано взаимное расположение подвижных звеньев пальца при начальном первого подвижного звена на 60° (палец согнут).
Палец антропоморфного манипулятора устроен следующим образом. Он содержит корпус 1 с закрытым пазом 2 и Г-образным кронштейном 3, выполненным заодно с корпусом в его правой части, при этом на верхнем торце кронштейна выполнен горизонтальный Т-образный паз 4, а на левой боковой поверхности кронштейна на первой оси 5 установлено первое подвижное звено 6, соединенное с помощью второй оси 7 со вторым подвижным звеном 8, соединенным с помощью третьей оси 9 с третьим подвижным звеном 10. В закрытом пазе 2 корпуса 1 установлен серводвигатель (на фигурах условно не показан), на валу которого закреплен первый рычаг-маятник 11, второй конец которого шарнирно соединен с ползуном 12, установленным в Т-образном пазе 4 Г-образного кронштейна 3. На левой боковой поверхности ползуна на оси установлен второй рычаг 13, шарнирно соединенный с проушиной 14 первого подвижного звена 6. В нижней правой и верхней левой частях первого подвижного звена 6 выполнены первый и второй сквозные радиальные пазы 15 и 16, в которых на третьей и четвертой осях 17 и 18 установлена первая радиальная тяга 19, связывающая первое и второе подвижные звенья 6 и 8. Третья ось 17 продета в первый паз 15, а четвертая 18 - во второй 16, при этом ее конец закреплен в отверстии 20 второго подвижного звена 8, выполненного в его правой верхней части. Первое подвижное звено 6 связано с третьим подвижным звеном 10 с помощью второй радиальной тяги 21, установленной на пятой и шестой осях 22 и 23, при этом пятая ось 22 установлена в отверстии 24, выполненном в левой нижней части первого подвижного звена 6, а шестая 23 - в отверстии 25, выполненном в правой верхней части третьего подвижного звена 10. Детали манипулятора могут быть изготовлены из пластика путем их печати на 3D-принтере, а в качестве серводвигателя может быть использован любой миниатюрный асинхронный или шаговый электродвигатель, снабженный блоком управления, выполненным на основе восьми- или тридцатидвухразрядного микроконтроллера.
Палец антропоморфного манипулятора работает следующим образом. Первоначально его собирают, установив ползун 12 в Т-образный паз 4, а серводвигатель в закрытый паз 2 корпуса 1, соединив его вал с первым рычагом-маятником 11. Далее устанавливают первое подвижное звено 6 на ось 5, закрепив ее в корпусе 1, соединяют первое и второе звенья 6 и 8 посредством оси 7, установив ее в отверстия 26 и 27, соосно выполненные в первом и втором звеньях 6 и 8. Соединяют второе и третье подвижные звенья 8 и 10 с помощью оси 9, установив ее в отверстия 28 и 29, выполненные соосно во втором и третьем звеньях 8 и 10. Затем на оси 17 и 18 устанавливают первую радиальную тягу 19, на оси 22 и 23 - вторую тягу 21, а второй рычаг 13 соединяют с проушиной 14 первого подвижного звена 6, После выполнения указанных сборочных операций палец готов к работе.
При работе манипулятора блок управления подает управляющие сигналы на серводвигатель, обеспечивая вращение его вала против часовой стрелки. Последний, воздействуя на первый на рычаг-маятник 11, преобразует вращательное движение вала двигателя в возвратно-поступательное движение ползуна 12, который передвигаясь в Т-образном пазе 4 Г-образного кронштейна 3 в направлении подвижных звеньев 6, 8 и 10 посредством второго рычага 13 приводит во вращательное движение против часовой стрелки первое подвижное звено 6. Посредством первой и второй тяг 19 и 21 вращательное движение первого подвижного звена 6 передается второму и третьему подвижным звеньям 8 и 10, что приводит к сгибанию звеньев-фаланг (фиг. 6, 7, 8), обеспечивая выполнение пальцем операции захвата.
Для выполнения операции разгибания блок управления подает управляющие сигналы на серводвигатель, обеспечивая вращение его вала и, соответственно, первого рычага-маятника 11 по часовой стрелке. При этом ползун 12 передвигается в направлении противоположном подвижным звеньям 6, 8 10 через второй рычаг 13 приводит во вращательное движение по часовой стрелке первое подвижное звено 6. Посредством первой и второй тяг 19 и 21 вращательное движение первого подвижного звена 6 передается второму и третьему подвижным звеньям 8 и 10, что приводит к разгибанию звеньев-фаланг пальца.