SU1007961A1

SU1007961A1 - Manipulator arm

Info

Publication number: SU1007961A1
Application number: SU813310179A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Владимирович Бабич; Виктор Александрович Смирнов; Василий Васильевич Савельев; Вячеслав Михайлович Голышков
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6930
Priority date: 1981-06-30
Filing date: 1981-06-30
Publication date: 1983-03-30

Abstract

РУКА МАНИПУЛЯТОРА, содержаща корпус, механизмы вращени и качани схвата, вращени кисти и выдвижени руки, включгшцие каждый силовой цилиндр и кинематические цепи , отличающа с тем,чт( с целью повышени точности позиционировани , она снабжена цилиндрическими кулачками с винтовыми канавками , установленными в кинемчг тических цеп х механиэкюв вращени схвата и кисти, и направл кщимй качени , установленными в корпусе руки и св занными с силовым цилиндром механизма вращени схвата, причем корпус силового цилиндра механизма вращени схвата жестко св зан со штоком силового цилиндра вращени кисти, а винтовые канавки цилиндрических кулачков нарезаны в одном нап $авлении с одинаковым шагом .MANIPULATOR'S HAND, comprising a housing, mechanisms for rotating and swinging the gripper, rotating the hand and extending the arm, including each ram and kinematic chains, which is provided with cylindrical jaws with helical grooves chains of mechanics of rotation of the gripper and brush, and directional rolling, installed in the body of the hand and connected with the power cylinder of the mechanism of rotation of the gripper, with the body of the power cylinder of the mechanism rotated and the gripper is rigidly connected with the rod of the power cylinder of rotation of the brush, and the helical grooves of the cylindrical cams are cut in one direction with the same pitch.

Description

jplfо о si соjplfo about si co

3535

Изобретение относитс к машиностроению и может быть использовано при создании промышленных роботов. Известна рука промышленного робота 4 Универсал-15, содержаща корпус руки, охват, кисть, привод, выполненный в виде четырех конических дифференциалов и трех двигателей , с в ванных между собой зубчатыми колесами, и св занный с кистью четырьм телескопическими валами.The invention relates to mechanical engineering and can be used to create industrial robots. The famous industrial robot 4 Universal-15 arm includes a body of a hand, a reach, a brush, an actuator made in the form of four bevel differentials and three motors, with gear wheels interconnected between them, and connected with a brush by four telescopic shafts.

Данна рука имеет кинематическую разв зку между движени ми схвата и кисти, а также в ней обеспечена беззазорна передача движений (1 . Недостатками указанной руки вл ютс сложна конструкци с большим .количеством высокоточных -элементов , трудоемких в изготовлении, и больша трудоемкость сборочнопригоночных работ.This arm has a kinematic separation between the movements of the gripper and the brush, and it also provides a backlash-free transfer of movements (1. The disadvantages of this arm are complex structures with a large number of high-precision elements, labor-intensive to manufacture, and greater labor-intensive assembly-fitting work.

Известна также рука промышленного робота, содержаща корпус, св занный с кистью цилиндрическими направл ющими, механизм разделени движений, включающий дифференциалы, три привода механизма ориентации захвата, привод выдвижени руки и три телескопические вала, на ко. которых установлен механизм ориентёг ции захвата 2J .The industrial robot arm is also known, comprising a housing associated with a brush with cylindrical guides, a mechanism for separating movements, including differentials, three drives of the grip orientation mechanism, a drive for extending the arm, and three telescopic shafts on which. which set the mechanism of orientation of capture 2J.

Недостатком данной руки вл етс наличие цепнойпередачи, что приводит к ухудшению точности позиционирвани схвата за счет выт гивани цепи . Дл предотвращени падени точности позиционировани необходимо периодически провер ть нат жение цепи и при надобности производить е нат жение, а если учесть, что таких цепей три, то подобна процедура ухудшает удобство эксплуатации руки Цель изобретени - повышение точности позиционировани за счет уменшени зазоров в кинематических цеп х и уменьшени кинематических элементов .The disadvantage of this hand is the presence of chain transmission, which leads to a deterioration in the positioning accuracy of the gripper due to the stretching of the chain. To prevent a decrease in positioning accuracy, it is necessary to periodically check the tension of the chain and, if necessary, to produce tension, and if we consider that there are three such chains, then a similar procedure impairs the ease of hand operation. The purpose of the invention is to improve the accuracy of positioning by reducing the gaps in the kinematic chains. and reduce kinematic elements.

. Указанна цель достигаетс тем, что рука манипул тора, содержаща корпус, механизмы вращени и качани схвата, вращени кисти и выдвижени руки, включакадие каждый силовой цилиндр и кинематические цепи, снабжена цилиндрическими кулачксии1И с винтовыми канавками, установленными , в кинематических цеп х механизмов вращени схвата и кисти, и направл ющими качени , установленными в корпусе руки и св занными с силовыми цилиндром механизма вращени схвата:, причем корпус силового цилиндра механизма вращени схвата жестко св зан со IUTOKOM силового цилиндра вращени кисти, а винтовые канавки цилиндрических кулачков нарезаны в одном направлении с одинаковым шагом.. This goal is achieved by the fact that the arm of the manipulator, comprising the housing, the mechanisms of rotation and swing of the gripper, the rotation of the hand and the extension of the arm, including each ram and kinematic chains, is provided with cylindrical cams with screw grooves installed in the kinematic chains of the gripper rotation mechanisms brushes and rolling guides mounted in the body of the hand and connected to the power cylinder of the gripper's rotation mechanism: the body of the power cylinder of the gripper rotating mechanism is rigidly connected with the IUTOKOM sy ovogo rotating brush cylinder, a helical groove cut into the cylindrical cam in the same direction with the same pitch.

На чертеже представлена кинематическа схема руки манипул тора.The drawing shows a kinematic diagram of a manipulator arm.

Рука манипул тора содержит корпус 1, в котором на радиально упорных подшипниках 2 сид т цилиндрические кулачки 3 и 4, жестко св занные с цилиндpичecки и зубчаты-г ми колесами 5 и б, которые взаимодействуют с двойной рейкой 7, св занной со штоком 8 гидроцилиндра качани схвата 9, жестко св занного с корпусом 1. Цилиндрические кулачки 3 и 4 при помощи винтовых канавок 10 и 11 и подшипников 12 св заны с водилами 13, которые через шаровые подшипники 14 и коромысло 15 соединены со штоком 16 гидроцилиндра вращени схвата 17. Водила 13 жестко соединены с шариковыми муфтами 18 крут щего момента и при помощи последних св заны с четырехгранными валами 19 и 20, которые при помощи шариковых муфт 21, сид щих в подшипниках 22, базируютс в корпусе руки и при помощи подшипников 23 базируютс в-корпусе кисти 24. Гидроцилиндр вращен схвата 17 базируетс в направл ющих 25 качени , сид щих в корпусе руки. Корпус гидроцилиндра вращени схвата 17 жестко св зан с полым штком 26 гидроцилиндра вращени кисти 27, жестко закрепленного на корпусе 1 руки. Шток 26 через шаровой подшипник 28 соединен с водилом 29 с которым жестко св зана муфта 30 передачи крут щего момента и которое при пбмощи подшипников 31 контактирует с винтовыми канавками 32 цилиндрического кулачка 33, жестко закрепленного в корпусе 1 руки.The manipulator arm contains a housing 1 in which cylindrical cams 3 and 4 are mounted on radially resistant bearings 2, rigidly connected to cylindrical and toothed gear wheels 5 and b, which interact with a double rail 7 connected to the rod 8 of a hydraulic cylinder swings of a gripper 9 rigidly connected to the housing 1. The cylindrical cams 3 and 4 are screwed by means of helical grooves 10 and 11 and bearings 12 to carriers 13, which are connected to rod 16 of the hydraulic cylinder of rotation of the shaft 17 through ball bearings 14 and the rocker arm 15. 13 rigidly connected to the ball torque couplings 18 and by means of the latter are connected with four-sided shafts 19 and 20, which with the help of ball couplings 21, which sit in bearings 22, are based in the arm body and with the help of bearings 23 are based in the brush body 24. The hydraulic cylinder is rotated The gripper 17 is based in the rolling 25 guides, which sit in the body of the arm. The rotational cylinder body of the tong 17 is rigidly connected to the hollow plug 26 of the rotational cylinder of the hand 27 fixed on the body 1 of the hand. The rod 26 is connected via a ball bearing 28 to a planet carrier 29 with which a torque transmission coupling 30 is rigidly connected and which, when bearing bearings 31 are in contact with the helical grooves 32 of a cylindrical cam 33 rigidly fixed in the housing 1 of the hand.

Водило 29 при помощи муфты 30 передачи крут щего момента св зано с четырехгранным валом 34, который . при помощи шариковой муфты 3S, сид щей в подшипнике 36,базируетс в корпусе 1 руки и при помощи подшипника 37 - в корпусе кисти 24.The carrier 29 is driven by a torque transmission clutch 30 connected to a four-sided shaft 34, which. by means of a ball clutch 3S, seated in the bearing 36, is based in the body 1 of the hand and by means of the bearing 37 - in the body of the hand 24.

На силовом цилиндре привода схвата 38 жестко закреплена выходна шестерн 39 дифференциала, котора находитс в зацеплении о коническими секторами 40 и 41, получающими движение при помощи конических зубчатых секторов 4-2 и 43, конических зубчатых колес 44 и 45 и цилиндрических зубчатых пар 46 и 47 от четырехграиинх валов 19 и 20.On the power cylinder of the drive tongs 38, the output gear 39 of the differential is fixed, which is engaged with the bevel sectors 40 and 41, which receive movement with the help of bevel gear sectors 4-2 and 43, bevel gear wheels 44 and 45, and cylindrical gear pairs 46 and 47 from chetyrehgraiinh shafts 19 and 20.

На конце четырехгранного вала 20 естко закреплена цилиндрическа шестерн 48, наход ща с в зацеплении с цилиндрическим колесомA cylindrical gear 48 is fixed at the end of a tetrahedral shaft 20 and meshes with a cylindrical wheel.

49,жестко закрепленным на обойме49 rigidly mounted on the holder

50,сид щей на подшипниках 51 в корпусе кисти 24. В обойме 50 на подшипниках 52 сид т конические50 seated on bearings 51 in the housing of the brush 24. In the cage 50 on the bearings 52 there are conical seats

сектора 40 - 43. К силовому цилиндру 38 привода охвата крепитс схват 53.sectors 40 - 43. The gripper 53 is attached to the actuator power cylinder 38.

Корпус кисти 24 крепитс на торец каретки 54,, котора сидит в корпу се 1 руки на роликовых направл ющих 55. На корпусе 1 руки закреплен гидроцилиндр 56, шток 57 которого крепитс к корпусу 24 кисти.The body of the brush 24 is attached to the end of the carriage 54, which sits in the housing of one hand on the roller guides 55. A hydraulic cylinder 56 is fixed to the case 1 of the hand, the rod 57 of which is attached to the body 24 of the hand.

Рука манипул тора работает следун цим образом.The manipulator arm works in the same way.

Вращение схвата. Энергоноситель поступает в бесштоковую полость гидррцилиндра вращени схвата 17, при этом шток 16 перемещаетс влево и двигает коромысло 15, которое через шаровые подшипники 14 двигает водила 13., Водила 13, отслежив а подшипниками 12 .винтовые канавки 10 и 11 цилиндрических кулачков 3 и 4, совершают винтовое .да11йение, причем направлени движени у обоих водил 13 совпадают, так как винтовые канавки 10 и 11 имеют в инаковое направление нарезки у кулачков 3 и 4.Rotation of the grip. The energy enters the rodless cavity of the hydraulic cylinder of rotation of the gripper 17, while the rod 16 moves to the left and moves the beam 15, which through the ball bearings 14 moves the carrier 13., Led 13, tracing the bearings 12 and the helical grooves 10 and 11 of the cylindrical cams 3 and 4, make a helical connection, and the directions of movement of both of the two carrier 13 coincide, since the screw grooves 10 and 11 have the same cutting direction of the cams 3 and 4.

В это врем двойна рейка 7 благодар гидроцилиндру качани - схвата 9 не движетс и при помощи зубчатых колес 5 и 6 преп тствует вра-т щёнию кулачков 3 и 4, а корпус гидроцилиндра качани схвата 9, базирующийс в направл ющих 25 качени , сид щих в корпусе 1 руки за счет жесткой св зи .с полым штоком 26 гидроцилиндра качани кисти 27, стоит на месте, так как не двигаетс шток 26. А так как с водилами 13 жестко соединена шариковые муфты 18 крут щего момента, то они совершают два движени : поступательное, перемеща сь по четырехгранным валам 19 и 20, и вращательное - вокруг осей, кулачков 3 и 4..Враща сь, муфты 18 . передают вращение валам 19 и 20, причем вращение происходит в одну сторону. Далее движение через зуб- чатые пары 47 и 46, конические колеса 44 и 45 и конические сектора 40 43 передаетс выходной шестерне 39 дифференциала, котооа начинает вращатьс и вращает силовой цилиндр 38 и охват 53 вокруг оси I. Дл изменений направлени вращени схвата энергоноситель поступает в штоковую полость гидроцилиндра вращени схвата 17. )-At this time, the double rail 7 doesn’t move due to the hydraulic cylinder of the swivel - gripper 9, and with the help of gear wheels 5 and 6, prevents the cams 3 and 4 from turning and the hydraulic cylinder housing of the gripper 9, which is located in the rolling 25 guides sitting in body 1 due to rigid communication. with a hollow rod 26 of a hydraulic cylinder of a brush 27, stands still, as the rod 26 does not move. And since the ball couplings 18 are rigidly connected to the carriers 13, they make two movements: progressive, moving along the four-sided shafts 19 and 20, and rotate Flax - around the axes of the cams 3 and 4..Vrascha to, the coupling 18. transmit the rotation of the shafts 19 and 20, and the rotation occurs in one direction. Next, the movement through gear pairs 47 and 46, the bevel wheels 44 and 45, and the bevel sectors 40 43 is transmitted to the output gear 39 of the differential, which starts to rotate and rotates the ram 38 and the span 53 around the axis I. For changes in the gripper rotation direction, the energy carrier enters the rod cavity of the hydraulic cylinder of the rotation of the grip 17.) -

Качание схвата. ЭнергоносительSwing gripper. Energy carrier

поступает в бесштоковую полость гидроцилиндра качани схвата 9. Шток 8 перемещаетс влево и перемещает двойную рейку 7, котора за счет сцеплени с зубчатьоог колесами 5 и 6 вращает кулачки 3 и 4 в противоположных направлени х, которые при помс ци винтовых канавок 10 и 11 и подшипи иков 12 вращают водила 13 и шариковые муфты 18 в противоположных направлени х, а так как коромысло 15, шток 16 и гидроци}1индр вращени схвата 17 сто т на месте, -при . этом внутреннее кольцо шарового подшипника 14 вращаетс , а наружное неподвижно , то шариковые муфты 1В,enters the rodless cavity of the swing cylinder of the gripper 9. The rod 8 moves to the left and moves the double rail 7, which due to coupling to the gear wheels 5 and 6 rotates the cams 3 and 4 in opposite directions, which can be seen when screw grooves 10 and 11 The blades 12 rotate the carrier 13 and the ball clutches 18 in opposite directions, and since the rocker 15, the rod 16 and the hydraulic tool} the tong of rotation of the gripper 17 are standing in place, -pri. In this case, the inner ring of the ball bearing 14 rotates and the outer one is stationary, then the ball couplings 1B,

водила 13 и подшипники 12 представл ют как бй одно целое с кулачками 3 и 4, в результате четырехгранные валы 19 и 20 получают вращение в противоположные направлени . Движение от валов 19 и 20 через зубчатые пары 47 и 46 и конические колеса 44 и 45 передаётс коническим секторам 40-43, которые начинают вращатьс в одном направлении и вращают шестерню 39, силовой цилиндр привода схвата 38 и схват 53 вокруг оси .е. происходит качание схвата 9..the carrier 13 and the bearings 12 are integrally represented with the cams 3 and 4; as a result, the four-sided shafts 19 and 20 are rotated in opposite directions. The movement from the shafts 19 and 20 through the gear pairs 47 and 46 and the bevel wheels 44 and 45 is transmitted to the conic sectors 40-43, which begin to rotate in one direction and rotate the gear 39, the power cylinder of the gripper 38 and the tong 53 around the axis. rocking of the tongue 9 occurs ..

Дл изменение направлени качани схвата энергоноситель поступаетTo change the direction of the gripper swing, the energy carrier enters

в штоковую полость гидроцилиндра качани схвата 9.in the rod cavity of the hydraulic cylinder Kachani Grip 9.

Вращение кисти. Энергоноситель . поступает в правую што.ковую полость гидроцилиндра .вращени кист-и 27. ПоThe rotation of the brush. Energy carrier. enters the right shtokov.kovuyu cavity of the hydraulic cylinder roll-cyst and 27. By

лый шток 26 перемещаетс влево и через шаровой подшипник 28 толкает водило 29, которое,отслежива подшипниками 31 винтовые канавки 32, совершает винтовое движение, при этомthe left rod 26 moves to the left and, through the ball bearing 28, pushes the carrier 29, which, tracking the bearings 31, screw grooves 32, makes a helical motion, while

наружное кольцо шарового подшипника 28 совершает поступательное движение , а внутреннее кольцо, св занное с водилом 29 - поступательное и вращательное движени . Шарикова муфта the outer ring of the ball bearing 28 performs a translational movement, and the inner ring associated with the planet carrier 29 - the translational and rotational movement. Sharikov coupling

30 передачи крут щего момента жестко св зана с водилом 29 и совершает два движени : поступательное, перемеща сь вдоль четырехгранного вала 34, и вращательное - вокруг оси кулач- .The 30 torque transmission is rigidly connected with the planet carrier 29 and performs two movements: translational, moving along the four-edged shaft 34, and rotational - around the cam-axis.

ка 33.ka 33.

Враща сь, муфта 30 вращает четырехгранный вал 34 с закрепленной на его конце цилиндрической шестерней 48, котора приводит во вращение цилиндрическое колесо 49 и обойму 50 ,л вокруг оси Ш;Т.е. происходит вращение кисти. Дл тога, чтобы при вращении кисти не происходили качание и вращение схвата, валы 19 и 20 должны вращатьс в том же направлении , что и вал 34. Дл этогоRotating, the clutch 30 rotates the tetrahedral shaft 34 with the spur gear 48 fixed on its end, which causes the spur gear 49 and the collar 50, l to rotate around the axis W; rotation of the brush. To ensure that when the brush rotates, there is no swinging and rotation of the gripper, the shafts 19 and 20 must rotate in the same direction as the shaft 34. For this

у кулачка 33 винтовые канавки 10, Ц 1Г32 нарезаны на наружной поверхности в одном направлении с одинаковым шагом, а полый шток 26 гидроцилиндра вращени кисти 27 жестко св зан с гидроцилиндром вращени схвата 17. При поступательном перемещении штока 26 гидроцилиндр вращени схвата 17 также начинает поступательно перемещатьс в направл ющих 25 качени . Шток 16 давит на коромысло 15 и через подшипники 14 на водила 13, которые совершают винтовое движение и при помощи шариковых муфт 18 вращают вгипы 19 и 20 в направлении вращени вала 34. При этом энергоноситель в гидроцй лидр вращени охвата 17 не поступает и не выходит, т.е. положение, штока 16 относительно корпуса гидроцилиндра вращени схвата 17 не мен етс , а кулачки 3 и 4, зубчатые колеса 5 и б и двойна рейка 7 не совершают никакого движени , т.е. происходит работа механизма, аналогична работе при вращении схвата . Дл изменени вращени кисти .энергоноситель поступает в левую штокову полость гидроцилиндра вращени кисти. Выдвижение кисти. Энергоноситель поступает в бесштоковую полост гидроцилиндра 56. Шток 57, св занны с корпусом 24 кисти, перемещаетс влево и перемещает кисть, закреплен ную на торце каретки 54, и йаретку 54 по роликовым направл ющим 55. Ва лы 19,20 и 34 при выдвижении кисти движутс поступательно в шй1риковых муфтах 21 и 35, которые при помощи подшипников 22 и 36 закреплены в ко пусе 1 руки. Валы 19, 20 и 34 вращаютс вмест с шариковыми муфтами 21 и 35 в подшипниках 22 и 36. При изменении нап равлени выдвижени энергоноситель поступает в штоковуго полость гидроцилиндра 56. Применение предлагаемой руки манипул тора по сравнению с известной позвол ет повысить удобство процесса обучени и сократить врем на обучени9 робота по заданной программе, за счет создани конструкции руки, обеспечивающей независимые движени схвата и кисти, т#е. при отработке движени по одной ориентирующей степени подвижности, другие ориентирующие степени подвижности не приход т в движение, а также уменьшить вре-г м просто обслуживаемого роботом Оборудовани .Кроме того,изобретение позвол ет сократить расход энергоносител , так как не требуетс в ручном и автоматическом режимах при отработке движений вращени кисти и качани схвата приводить в движение степени подвижности качание и .вращение схвата,увеличить срок службы руки за счет исключени работы приводов степеней подвижностей качани и вращени схваТа назад при работе подвижности вращени кисти и качани схвата, а также повысить удобство эксплуатации руки за счет ликвидации цепных передач.in cam 33, screw grooves 10, C 1G32 are cut on the outer surface in the same direction with the same pitch, and the hollow rod 26 of the rotational cylinder of the hand 27 is rigidly connected to the rotational cylinder of the seizure 17. With the forward movement of the stem 26, the rotation of the hydraulic ram 17 also begins to move in 25 guides. The rod 16 presses on the yoke 15 and through the bearings 14 on the carrier 13, which perform a helical movement and rotate the cranks 19 and 20 in the direction of rotation of the shaft 34 using ball clutches 18. At the same time, the energy carrier does not enter the rotation axis 17, and does not come out, those. the position of the rod 16 relative to the housing of the hydraulic cylinder of rotation of the gripper 17 does not change, and the cams 3 and 4, the gears 5 and b and the double rail 7 do not make any movement, i.e. there is a work of the mechanism, similar to the work with the rotation of the gripper. To change the rotation of the brush, the energy carrier enters the left rod cavity of the hydraulic cylinder of rotation of the brush. Brush extension. The energy enters the rodless cavity of the hydraulic cylinder 56. The rod 57 connected to the housing 24 of the brush moves to the left and moves the brush attached to the end of the carriage 54 and the rivet 54 along the roller guides 55. Values 19,20 and 34 when the brush extends move progressively in syringes couplings 21 and 35, which with the help of bearings 22 and 36 are fixed in a pair of 1 hand. The shafts 19, 20 and 34 rotate together with ball clutches 21 and 35 in bearings 22 and 36. When the extension extends, the energy carrier enters the rod end of the hydraulic cylinder 56. Using the proposed manipulator arm as compared to the known one, it improves the convenience of the learning process and reduces training time9 of the robot according to a given program, by creating a hand design that provides independent movements of the gripper and the brush, i.e. when practicing movement on one orienting degree of mobility, other orienting degrees of mobility do not start moving, and also reduce the time of the Equipment simply serviced by the robot. In addition, the invention allows to reduce the consumption of energy carrier as it is not required in manual and automatic modes when practicing the movements of rotation of the hand and swinging the gripper, move the degrees of mobility to the swing and rotate the gripper, increase the service life of the hand by eliminating the work of the drives of the degrees of mobility of the swing neither does the rotation of the skewer back when the mobility of the rotation of the hand and the swing of the gripper is working, as well as to increase the convenience of operating the hand by eliminating chain gears.

Claims

MANIPULATOR'S HAND, containing a housing, mechanisms of rotation and rocking of the grip, rotation of the hand and extension of the arm, including each power cylinder and kinematic chains, characterized in that for the purpose of increasing positioning accuracy, it is equipped with cylindrical cams with helical grooves mounted in kinematic chains grip and brush rotation mechanisms, and rolling guides installed in the arm housing and connected to the power cylinder of the grip rotation mechanism, the power cylinder housing of the cx rotation mechanism The device is rigidly connected to the rod of the rotation cylinder of the brush, and the helical grooves of the cylindrical cams are cut in the same direction with the same pitch.