КИСТЬ МАНИПУЛЯТОРА АНТРОПОМОРФНОГО РОБОТА

Полезная модель относится к области робототехники и может быть использована в исполнительных органах манипуляторов роботов различного назначения.
Известен схват руки робота, имеющий вид «варежки» и состоящий из 2-х частей: одна часть представляет собой подвижный элемент, который крепится на оси второй части, состоящей из 3-х металлических пластин, соединенных шарнирами. К внутренним сторонам каждой из частей жестко закреплены пневматические плоские мышцы. При подведении схвата к объекту в мышцы подают газ и они надуваются, при этом происходит обволакивание объекта любой формы и стягивание обеих частей схвата. [Патент РФ №2247650, МПК B 25 J 18/00, 2003 г.]
Однако данный схват не может быть использован в антропоморфных роботах, т.к. пневматический привод, как правило, имеет достаточно крупные размеры, а также не может совершать прецизионные движения или движения, подобные движениям человеческих пальцев, например, нажатие кнопки.
Известен схват манипулятора, принятый за прототип, предназначенный для погрузки-разгрузки грузов, упакованных в мешки [Патент РФ №2062221, МПК B 25 J 15/00, 1992 г.]. Схват содержит корпус, две пары гибких пальцев, расположенных в два ряда и состоящих из фасонных звеньев, установленных на упругой ленте. Фасонные звенья посредством траверс соединены с гибкими тягами, концы которых крепятся к приводу перемещения гибких пальцев.
Однако известное устройство имеет ограниченную ориентацию в пространстве и может быть применено только для выполнения узкого круга задач: работа с объектом определенной формы и заданным весом.
При создании полезной модели решалась задача расширения функциональных возможностей робота за счет обеспечения захвата кистью манипулятора объектов разной
формы в широком диапазоне весов, а также выполнения других задач, при выполнении которых возможны движения, подобные движениям руки человека.
Поставленная задача решена за счет того, что в известном устройстве, содержащем пальцы и механизм сгибания, включающем привод и тяги, соединенные с пальцами, кисть по форме подобна кисти руке человека, содержит пять пальцев, каждый из которых состоит из фаланг, выполненных в виде пластин, причем смежные фаланги соединены между собой посредством валиков таким образом, что они имеют возможность свободного поворота относительно друг друга, и ладонь, выполненную в виде трех платформ, шарнирно соединенных между собой с возможностью поворота платформ относительно друг друга посредством валов, жестко закрепленных на средней платформе, причем нижние фаланги указательного и среднего пальцев соединены со средней платформой, нижние фаланги мизинца и безымянного соединены с одной из крайних платформ, а нижняя фаланга большого пальца соединена с другой крайней платформой, механизм сгибания содержит четыре привода, три из которых установлены на средней платформе, а один - на крайней платформе, причем один крайний привод, установленный на средней платформе, соединен тягами с фалангами мизинца, безымянного и среднего пальцев, другой крайний привод, установленный на средней платформе, соединен тягами с фалангами указательного пальца, средний привод, установленный на средней платформе, соединен тягами с крайними платформами, привод, установленный на крайней платформе, соединен тягами с фалангами большого пальца, а на верхних фалангах всех пальцев и на ладони установлены датчики усилия сжатия.
Конструктивное выполнение кисти манипулятора подобным руке человека позволяет значительно расширить функции, выполняемые роботом.
Выполнение механизма в виде четырех приводов, управляющих отдельными пальцами и ладонью, позволяет охватывать объекты любой формы.
Установка датчиков усилия сжатия позволяет точно фиксировать момент контакта кисти с объектом, а также предотвращает «раздавливание» хрупких объектов за счет ограничения усилия сжатия.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен вид сверху на тыльную сторону кисти; на фиг.2 - вид А (кисть в исходном положении) на фиг.3 - вид А (кисть в положении «согнутый палец»); на фиг.4 - разрез Б-Б датчика усилия сжатия; на фиг.5 - местный разрез В; на фиг.6 - местный разрез Г; на фиг.7 - местный разрез Д.
Кисть манипулятора содержит пять пальцев, каждый из которых состоит из трех (указательный, средний и безымянный) или двух (большой и мизинец) фаланг 1, ладонь, состоящую из 3-х частей, и механизм сгибания пальцев и ладони. Каждая фаланга 1 (кроме верхней фаланги) выполнена из двух параллельно расположенных пластин 2. Верхняя фаланга 1 выполнена из пластины в форме буквы «П». Смежные фаланги 1 соединены между собой посредством валика 3 таким образом, что они имеют возможность свободного поворота относительно друг друга. Причем нижние концы пластин 2 каждой фаланги жестко зафиксированы на валике 3 с помощью фиксатора 4, выполненного в виде, например, стопорной гайки. На концы валика 3 с обеих сторон одеты пружинки вращения 5, концы которых закреплены на смежных пластинах 2 фаланг 1 (фиг.5).
Ладонь состоит из 3-х платформ, шарнирно соединенных между собой с возможностью поворота платформ относительно друг друга посредством валов 6, жестко закрепленных на средней платформе 7. На концы валов 6 также с обеих сторон одеты пружинки вращения 5 (фиг.7). Концы нижних фаланг 1 указательного и среднего пальцев шарнирно соединены со средней платформой 7, концы нижних фаланг 1 мизинца и безымянного соединены с крайней платформой 8, а конец нижней фаланги 1 большого пальца соединен с крайней платформой 9.
Механизм сгибания содержит четыре привода, содержащих мотор-редукторы 10, три из которых установлены на средней платформе 7, а один - на крайней платформе 9. Крайние мотор-редукторы 10, установленные на платформе 7, и мотор-редуктор 10, установленный на платформе 9, посредством тяг, выполненных в виде тросиков 11, соединены с фалангами 1 пальцев. Средний мотор-редуктор 10, установленный на платформе 7, тягами, выполненными в виде тросов 12, соединен с платформами 8 и 9. На винтовом валу 13 каждого мотор-редуктора 10 навинчена гайка 14, перемещающаяся по направляющим 15, закрепленных на платформе и выполненными в виде гладких стержней, проходящих через отверстия в гайке 14 (фиг.6). На гайке 14 крайнего мотор-редуктора 10, установленного на средней платформе 7, жестко закреплены тросики 11, другой конец которых жестко закреплен на соответствующих валиках 3 мизинца, безымянного и среднего пальцев. На гайке 14 другого крайнего мотор-редуктора 10, установленного на средней платформе 7, аналогично закреплены тросики 11 от указательного пальца. На гайке 14 мотор-редуктора 10, установленного на крайней платформе 9 закреплены тросики 11, идущие от большого пальца. На гайке 14 среднего мотор-редуктора 10, установленного на средней платформе 7, закреплены тросы 12, другие разветвленные концы которых жестко закреплены в нескольких местах на крайних платформах 8 и 9.
На верхних фалангах 1 всех пальцев и на ладони установлены датчики усилия сжатия 16, выполненные в виде двух микропереключателей 17, установленных в корпусе 18 один над другим, и размещенной между ними пружиной 19, усилие сжатия которой рассчитано на определенный интервал нагрузок (фиг.4). Датчики усилия сжатия 16 соединены с системой управления механизмом сгибания (на чертеже) не показана. Кисть помещена в эластичную оболочку 20.
Кисть работает следующим образом.
В исходном положении фаланги пальцев 1 и ладонь распрямлены (см. фиг.1, 2). При команде «захват объекта, имеющего большую кривизну», например круглого, от системы управлении поступает сигнал на включение всех мотор-редукторов 10. При вращении вала 13 навинченная на него гайка 14 начинает перемещаться вдоль вала без вращения, т.к. этому препятствуют направляющие 15, натягиваются тросики 11 и тросы 12, происходит поворот валиков 3 и, соответственно фаланг 1 относительно друг друга, а также поворот крайних платформ 8 и 9 относительно средней платформы 7, т.е. осуществляется сгибание пальцев и ладони и происходит охват объекта. При повороте фаланг и платформ пружинки вращения 5 также закручиваются и находятся в «заведенном» состоянии. При контакте верхнего микропереключателя 17 датчика усилия сжатия 16 с поверхностью объекта этот микропереключатель 17 перемещается и давит на пружину 19, происходит ее сжатие до момента контакта верхнего микропереключателя с нижним. При этом на систему управления механизмом сгибания поступает сигнал и мотор-редукторы 10 выключаются.
Для возврата в исходное положение («разжатие») подают сигнал на вращение валов 13 в обратную сторону, гайки 14 при этом двигаются в противоположном направлении и ослабляют натяжение тросиков 11 и тросов 12, пружинки вращения 5 возвращаются в исходное «ненагруженное» состояние и разворачивают валики 3 и валы 6, соответственно при этом фаланги 1 пальцев и ладонь возвращаются в исходное положение.
При команде, например, «нажатие кнопки», поступает сигнал на включение только мотор-редуктора 10, установленного на платформе 9, натягиваются тросики 11, соединенные с фалангами 1 большого пальца, происходит сгибание только большого пальца. Аналогичным образом для сгибания только указательного пальца включают крайний мотор-редуктор 10, установленный на средней платформе 7 ладони (фиг.3).