Модуль ручного управления манипулятором

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована для управления механической рукой-манипулятором в ручном и сервисном режиме и представляет собой модифицированную разновидность платформы Стюарта с линейными приводными звеньями.
Известно Устройство ручного управления манипулятором-триподом (см. патент РФ №2501648, кл. МПК B25J 13/02, опубл. 20.12.2013 г.), содержащее корпус, манипуляционную рукоятку и датчики позиционирования. Манипуляционная рукоятка установлена посредством сферического шарнира на платформе, связанной с рукоятью-подлокотником. На стержне манипуляционной рукоятки установлена скользящая втулка, на внешней поверхности которой по окружности через 120° размещены сферические шарниры, в которых крепятся штанги датчиков позиционирования, другие концы которых связаны с платформой посредством цилиндрических шарниров.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата является то, что известное устройство громоздко и неудобно в эксплуатации за счет ограничения движения руки оператора вследствие ее обхвата на рукоятке-подлокотнике.
Сущность предлагаемой полезной модели: модуль ручного управления манипулятором, заключается в том, что корпус выполнен в виде платформы оснащенной тремя линейными приводами с сервомоторами и шарико-винтовыми парами, расположенными под углом относительно горизонтальной плоскости, причем шарико-винтовые пары посредством тяг соединены с площадкой, на которой закреплен командоаппарат, выполненный в виде сферы с отверстием и с расположенной внутри рукояткой с встроенным пультом управления, а датчики позиционирования в количестве трех установлены на наружной поверхности сферы, кроме того сфера имеет возможность поворачиваться по трем осям с опорой на кольцо с внутренней сферической гладкой поверхностью в местах сопряжения со сферой и элементом в форме эллипса, прижимающим сферу с противоположной стороны к кольцу. Пульт управления выполнен с клавишей, блоком кнопок и одним переключателем.
Использование предлагаемой полезной модели обеспечивает следующий технический результат: повышение точности ручного управления манипулятором.
Указанный технический результат при осуществлении предлагаемой полезной модели заключается в том, что модуль ручного управления манипулятором, содержит корпус, пульт управления и датчики позиционирования.
Особенность заключается в том, что корпус выполнен в виде платформы, оснащенной тремя линейными приводами с сервомоторами и шарико-винтовыми парами, расположенными под углом относительно горизонтальной плоскости, причем шарико-винтовые пары посредством тяг соединены с площадкой, на которой закреплен командоаппарат, выполненный в виде сферы с отверстием и с расположенной внутри рукояткой с встроенным пультом управления, а датчики позиционирования в количестве трех установлены на наружной поверхности сферы, кроме того, сфера имеет возможность поворачиваться по трем осям с опорой на кольцо с внутренней сферической гладкой поверхностью в местах сопряжения со сферой и элементом в форме эллипса, прижимающим сферу с противоположной стороны к кольцу. Пульт управления выполнен с клавишей, блоком кнопок и одним переключателем.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной полезной модели.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «новизна».
Конструкция полезной модели представлена на фигурах. Фиг. 1 - схема модуля ручного управления манипулятором. Фиг. 2 - платформа модуля ручного управления манипулятором. Фиг. 3 - общий вид командоаппарата модуля ручного управления манипулятором Фиг. 4 - обратная сторона командоаппарата модуля ручного управления манипулятором Фиг. 5 - рукоятка командоаппарата модуля ручного управления манипулятором.
Модуль ручного управления манипулятором состоит из платформы 1 с размещенным на ней рабочим органом оператора - командоаппаратом 2. Платформа 1 оснащена тремя линейными приводами с сервомоторами 3 и шарико-винтовыми парами 4, расположенными под углом относительно горизонтальной плоскости. Шарико-винтовые пары 4 посредством тяг 5 соединены с площадкой 6, что дает возможность перемещения площадки 6 в пространстве. Платформа 1 имеет общее основание 7 и наклонные направляющие 8, соединенные в верхней части общей неподвижной площадкой 9.
Командоаппарат 2 представляет собой сферу 10 с отверстием, которая крепится на площадке 6, а внутри оснащена рукояткой 11 с встроенным пультом управления. На наружной поверхности сферы расположены три оптических датчика: верхний датчик 12; боковой датчик 13; задний датчик 14, отслеживающие угловое положение сферы в пространстве. Датчики располагаются на наружных выступах сферы на минимальном расстоянии от наружной сферической поверхности. Сама сфера 10 рукой оператора может быть повернута по принципу шарового соединения, опорами которого является кольцо 15 со сферической гладкой поверхностью и элемент 16 в форме эллипса, прижимающий сферу 10 с противоположной стороны к кольцу 15.
Рукоятка 11 является рабочим органом оператора и расположена внутри сферы 10. Рукоятка 11 оснащена клавишей 17, которой осуществляют функцию блокировки или разблокировки движения манипулятора. Блок кнопок 18 имеет один переключатель 19 и три кнопки 20, 21 и 22 для управления манипулятором.
Устройство работает следующим образом. Модуль ручного управления через плату управления соединяют с манипулятором. Оператор своей рукой захватывает рукоятку 11 командоаппарата и перемещает ее в пространстве, тем самым устанавливает манипулятор в заданную позицию. Нажимая кнопки 20, 21 или 22, оператор задает движение в нужном направлении манипулятору. Перемещение платформы 6 без движения манипулятора осуществляется путем нажатия на клавишу 17.
Рукоятка 11 является рабочим органом, воспринимающим усилие руки оператора и при отсутствии этого воздействия, остается в заданном положении. Оператор, воздействуя на рукоятку 11 командоаппарата, формирует траекторию его перемещения в пространстве, одновременно визуально контролируя синхронные перемещения манипулятора. Информация о пространственной позиции площадки 6 представляет собой аналоговые сигналы оптических датчиков 12, 13 и 14, которые преобразуются в цифровой поток и математическим аппаратом микроконтроллера решается прямая и обратная задачи кинематики роботизированной параллельной структуры. Алгоритмы управления, являющиеся составной частью микропрограммы контроллера платы управления предусматривают имитацию сопротивления движению при достижении, заранее установленной границы рабочей зоны, а также обеспечивают ускоренное или замедленное движение площадки 6, в зависимости от прилагаемого оператором усилия на рукоятку 11.
Свободное перемещение руки оператора позволяет более точно позиционировать рукоятку 11 в пространстве, что существенно повышает точность управления манипулятором.
Таким образом, выше изложенное описание свидетельствует о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленную полезную модель, при его осуществлении, предназначено для управления манипулятором в ручном и сервисном режимах; для заявленного устройства, в том виде как оно охарактеризовано в изложенной формуле полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемых заявителем поставленных технических задач - повышение точности ручного управления манипулятором.