SU1713799A1

SU1713799A1 - Coupling unit of manipulator

Info

Publication number: SU1713799A1
Application number: SU894728157A
Authority: SU
Inventors: Виктор Александрович Простопопов
Original assignee: Научно-исследовательский институт технологии машиностроения
Priority date: 1989-08-08
Filing date: 1989-08-08
Publication date: 1992-02-23

Abstract

Изобретение относитс к машиностроению. Цель изобретени - расширение технологических возможностей узла сочленени . При вращении приводных валов 3 и 4 вилка 1 будет совершать линейные перемещени относительно вилки 2, при этом крут щие моменты от приводных валов передаютс через пары конических зубчатых колес 6,8 и 5,7, которые в свою очередь через цилиндрические зубчатые колеса 11 и 12 замыкаютс на вилках 1 и 2 через зубчатые рейки 13 и 14. Такое кине1«1атическое замыкание позвол ет крут щие моменты на приводных валах 3 и 4 складывать и преобразовывать в суммарную движущую силу или в зависимости от направлени движени вращать одну вилку относительно другой, при этом исключаетс самопроизвольное вращение вилок относительно друг друга. 3 ил.The invention relates to mechanical engineering. The purpose of the invention is to expand the technological capabilities of the articulation unit. When the drive shafts 3 and 4 rotate, the fork 1 will make linear movements relative to the fork 2, while the torques from the drive shafts are transmitted through pairs of bevel gears 6.8 and 5.7, which in turn through cylindrical gears 11 and 12 are closed on the forks 1 and 2 through the racks 13 and 14. Such a kine 1 "static closure allows the torques on the drive shafts 3 and 4 to fold and convert into a total driving force or, depending on the direction of movement, rotate one fork relative to the other, this eliminates the spontaneous rotation of the forks relative to each other. 3 il.

Description

Изобретение относитс к машиностроению , в частности к конструкци м манипул торов .The invention relates to mechanical engineering, in particular to manipulator structures.

Известны устройства, где сопр жение узлов манипул тора осуществл етс через кинематические цепи в виде конических зубчатых пар, заключенных в корпуса, шарнирно св занные между собой.Devices are known where the coupling of the nodes of the manipulator is carried out through the kinematic chains in the form of conical gear pairs enclosed in housings pivotally connected to each other.

Недостаток данных кинематических цепей заключаетс в том, что они имеют ограниченнЫе возможности по степен м подвижности, сужа зону работы кинематических цепей в трехмерном пространстве.The disadvantage of these kinematic chains is that they have limited capabilities in terms of their mobility, narrowing the zone of operation of kinematic chains in three-dimensional space.

Известен узел сочленени манипул тора , выполненный в виде внешней и внутренней шарнирно св занных между собой вилок, на противоположных сторонах внешней вилки соосно расположены вал с коническим зубчатыми колесом и осью, а наThe well-known joint node of the manipulator, made in the form of external and internal forks connected to each other, on opposite sides of the external fork are located coaxially with a bevel gear wheel and axle, and on

противоположных сторонах с внутренней вилки размещены подшипники указанного, вала вилки и коническое зубчатое колесо с подшипником дл оси внешней вилки, при этом конические зубчатые колеса вилок узла сочленени наход тс в закреплении с соответствующими коническими зубчатыми колесами валов шарниров.opposite sides of the inner fork are placed the bearings of the forked shaft and bevel gear with a bearing for the axis of the outer fork, while the bevel gears of the forks of the articulation unit are in fixation with the respective bevel gears of the hinge shafts.

Особенность работы известного узла сочленени заключаетс в том, что кинематическое замыкание вилок узла сочленени через конические зубчатые колеса позвол ет суммировать крут щее моменты на приводных валах и, кроме того, не обеспечивает самопроизвольного поворота вилок одна относительно другой.The peculiarity of the work of the known joint is that the kinematic closure of the forks of the joint through the bevel gears allows to sum the torques on the drive shafts and, moreover, does not allow the forks to turn spontaneously relative to each other.

Однако недостаток данного узла сочленени заключаетс в том, что вилки узла сочленени имеют степени подвижностиHowever, the disadvantage of this joint is that the forks of the joint have mobility

только относительно собственных осей и шарнирного соединени , что сужает функциональные возможности работы узла сочленени в трехмерном пространстве.only relative to their own axes and swivel, which limits the functionality of the joint in three-dimensional space.

Целью изобретени вл етс расширение технологических возможностей узла сочленени за счет увеличени числа степеней подвижностей.The aim of the invention is to expand the technological capabilities of the articulation unit by increasing the number of degrees of mobility.

Поставленна цель достигаетс тем, что узел сочленени манипул тора выполнен в виде шарнирно соединенных между собой вилок, кажда из которых св зана с соответствующим валом привода, который через передачу с коническими зубчатыми колесами св зан также с соответствующим выходным валом. Дополнительно узел сочленени снабжен двум зубчато-реечнцми передачами и двум серьгами с направл ющими, в которых расположены рейки этих передач. При зтом зубчатые колеса упом нутых передач закреплены на соответствующих выходных валах, а серьги установлены на этих валах с возможностью поворота. Причем рейки этих передач жестко св заны с соответствующими витками.The goal is achieved by the fact that the joint node of the manipulator is made in the form of forks pivotally interconnected, each of which is connected with a corresponding drive shaft, which is also connected with a corresponding output shaft through a gear to bevel gears. In addition, the articulation unit is equipped with two rack-and-pinion gears and two earrings with guides in which the slats of these gears are located. In this case, the gears of the above gears are fixed on the corresponding output shafts, and the earrings are mounted on these shafts with the possibility of rotation. Moreover, the rails of these programs are rigidly connected with the corresponding turns.

На фиг.1 показана кинематическа схема узла сочленени ; на фиг.2 и 3 - кинематические схемы узла сочленени .Figure 1 shows the kinematic diagram of the articulation unit; 2 and 3 show the kinematic diagrams of the articulation unit.

Узел сочленени (фиг.1) состоит из двух корпусов, выполненных в виде вилок 1 и 2. Последние имеют приводные валы 3 и 4, на концах которых жестко закреплены конические зубчатые колеса 5 и 6. Валы 3 и 4 имеют возможность вращени относительно собственных осей. Конические зубчатые колеса 5 и б в свою очередь наход тс в зацеплении попарно с зубчатыми колесами 7 и 8. Конические зубчатые колеса 7 и 8 расположёны на выходных валах9 и 10, на концах которых жестко закреплены цилиндрические зубчатые колеса 11 и 12. Последние наход тс попарно в зацеплении с зубчатыми рейками 13 и 14. Рейка 13 жестко св зана с корпусом вилки 2, а зубчата рейка 14 - с корпусом вилки 1. На валу 9 расположена с возможностью вращени вокруг него серьга 15, имеюща направл ющую 16, служащую дл перемещени зубчатой рейки 13 относительно серьги 15. На валу 10 в свою очередь находитс аналогична серьга 17, имеюща направл ющую 18. Рейка 14 может перемещатьс относительно серьги 17. Цилиндрические зубчатые колеса 11 и 12, зубчатые рейки 13 и 14, также серьга 15 и 17 с направл ющими 16 и 18 образуют кинематический шарнир.The joint (figure 1) consists of two bodies made in the form of forks 1 and 2. The latter have drive shafts 3 and 4, at the ends of which the bevel gears 5 and 6 are rigidly fixed. Shafts 3 and 4 have the ability to rotate about their own axes . Bevel gears 5 and b, in turn, are engaged in pairs with gear wheels 7 and 8. Bevel gear wheels 7 and 8 are located on output shafts 9 and 10, at the ends of which cylindrical gear wheels 11 and 12 are rigidly fixed. The latter are in pairs in engagement with the toothed racks 13 and 14. The rail 13 is rigidly connected to the body of the fork 2, and the toothed rail 14 is connected to the body of the fork 1. On the shaft 9, there is a shaft 15 rotatable around it having a guide 16 that serves to move the gear slats 13 relatively gray 15. On the shaft 10, in turn, is similar to the earring 17, which has a guide 18. The rail 14 can move relative to the earring 17. The cylindrical gears 11 and 12, the gear racks 13 and 14, also the earring 15 and 17 with guides 16 and 18 form a kinematic hinge.

Узел сочленени манипул тора работает следующим образом.The joint node of the manipulator works as follows.

При вращении приводных валов 3 и 4 (фиг.2) по часовой стрелке (если смотреть сDuring the rotation of the drive shaft 3 and 4 (figure 2) clockwise (when viewed from

конца валов 3 и 4) вилка 1 совершает линейные перемещени относительно вилки 2. Крут щие моменты от приводных валов 3 и 4 передаютс через пары конических зубчатых колес 6,8 и 5,7, которые в свою очередь через цилиндрические зубчатые колеса 11 и 12 замыкаютс на вилке 1 и 2 через зубчатыеthe ends of the shafts 3 and 4) the fork 1 makes linear movements with respect to the fork 2. The torque from the drive shafts 3 and 4 is transmitted through pairs of conical gears 6.8 and 5.7, which in turn are closed through cylindrical gears 11 and 12 on the fork 1 and 2 through the gear

рейки 13 и 14, где преобразуютс в движущую силу. Такое кинематическое замыканиеrails 13 and 14, where they are converted into driving force. Such kinematic closure

позвол ет крут щие моменты на приводных валах 3 и 4 складывать и преобразовывать в суммарную движущую силу.allows torques on drive shafts 3 and 4 to fold and convert to total driving force.

Условно принимают вилку 1 неподвижной , тогда направл юща 18 серьги 17 будетConditionally accept the fork 1 fixed, then the guide 18 of the earrings 17 will be

скользить по рейке 14, при этом цилиндрические колеса 11 и 12 будут совершать вращение в противоположных направлени х, а рейка 13 будет скользить по направл ющей 16 серьги 15 и перемещатьс вместе с корпусом 2 относительно корпуса 1.slide along the rail 14, while the cylindrical wheels 11 and 12 will rotate in opposite directions, and the rail 13 will slide along the guide 16 of the link 15 and move with the body 2 relative to the body 1.

При вращении приводного вала 3 (фиг.З) по часовой стрелке, а вала 4 против часовой стрелки (если смотреть с конца валов 3 и 4, прин в условно, что вилка 1 находитс в неподвижном положении) крут щие моменты от приводных валов 3 и 4 передаютс на цилиндрические зубчатые колеса 11 и 12, причем колеса 11 и 12 вращаютс в одном направлении (если смотреть со стороны концов выходных валов 9 и 10). При такомWhen the drive shaft 3 (fig. 3) is rotated clockwise, and shaft 4 is counterclockwise (as viewed from the end of shafts 3 and 4, it is conditionally accepted that the fork 1 is in a fixed position) torques from the drive shafts 3 and 4 are transmitted to the cylindrical gears 11 and 12, with the wheels 11 and 12 rotating in one direction (as viewed from the ends of the output shafts 9 and 10). With this

вращении валов 9 и 10 цилиндрическое зубчатое колесо 11с рейкой 13 образует кинематически замкнутую пару, котора вместе с серьгой 15 и вил кой 2 совершает вращение относительно оси вала 9. При этом коническое зубчатое колесо 6 обегает неподвижное зубчатое колесо 8, так как вилка 2 имеет возможность вращени оси вала 10, то вилка 2 совершает вращательное движение. Коническое зубчатое колесо 8 не совершаетthe rotation of the shafts 9 and 10, the spur gear 11c with the rail 13 forms a kinematically closed pair, which together with the shackle 15 and fork 2 rotates about the axis of the shaft 9. In this case, the bevel gear 6 runs around the stationary gear 8, since the fork 2 has the ability rotation axis of the shaft 10, the fork 2 makes a rotational movement. Bevel gear 8 does not commit

вращательных движений из-за того, что цилиндрические зубчатые колеса 11 и 12, вход щие в зацепление с рейками 13 и 14, а также серьги 15 и 16с направл ющими 16 и 18 образуют через вилки 1 и 2 кинематически замкнутый шарнир. Вращение вилки 2 относительно оси вала 10, а вилки 1 относительно оси вала 9, может осуществл тьс независимо от места положени вилок, т.е. независимо наход тс валы 9 и 10 соосно вrotational movements due to the fact that the cylindrical gears 11 and 12, which engage with the rails 13 and 14, as well as the earrings 15 and 16c, the guides 16 and 18 form kinematically closed hinge through the forks 1 and 2. The rotation of the fork 2 relative to the axis of the shaft 10, and the fork 1 relative to the axis of the shaft 9, can be performed regardless of the position of the forks, i.e. shafts 9 and 10 are independently coaxial in

кинематическом шарнире или нет.kinematic hinge or not.

Така кинематика узла сочленени позвол ет суммировать крут щие моменты в движущую силу (при определенном направлении движени ) или суммировать крут щие моменты дл вращени одной вилки относительно другой, при этом исключаетс самопроизвольное вращение вилок относительно друг друга.Such a kinematics of the joint allows summing the torques to the driving force (with a certain direction of movement) or summing the torques for rotation of one fork relative to the other, while avoiding spontaneous rotation of the forks relative to each other.

Техническим преимуществом конструкции вл етс расширение кинематических возможностей узла сочленени за счет использовани особых свойств кинематического замкнутого шарнира, позвол ющего получить в шарнире дополнительную линейную степень подвижности.The technical advantage of the design is the expansion of the kinematic capabilities of the articulation unit by using the special properties of the kinematic closed hinge, which allows an additional linear degree of mobility to be obtained at the hinge.

Така кинематическа конструкци узла сочленени при использовании его в манипул торе , особенно на конечном , позвол ет получить более простую конструкцию манипул тора, повысить кинематическую точность его составных частей за счет их простоты, так как узел сочленени позвол ет сократить часть степеней подвижности манипул торов.Such a kinematic design of the joint node, when used in a manipulator, especially on the final one, allows one to obtain a simpler design of the manipulator and improve the kinematic accuracy of its component parts due to their simplicity, since the joint node reduces part of the mobility degrees of the manipulators.

Кроме того, при использовании унифицированного узла сочленени в различных манипул торах на различных технологических процессах можно примен ть манипул торы простых конструкций, что позвол етIn addition, when using a unified joint node in various manipulators in various technological processes, it is possible to use simple constructors that allow

/J/ J

снизить стоимость на эксплуатацию их обслуживани .reduce the cost of operating their services.

Claims

Claims The articulation unit of the manipulator, comprising forks that are pivotally interconnected, each of which is associated with a corresponding drive shaft, which through transmission also has bevel gears connected with a corresponding input shaft, characterized in

that, in order to expand technological capabilities by increasing the number of degrees of mobility, it is equipped with two gear-rack drives and two earrings with rails in which the slats of these gears are located, while the gears of the said gears are fixed on the corresponding output shafts, and the earrings mounted on these shafts with the possibility of rotation, and the slats of these

gears are rigidly connected to their respective plugs.

//

/five

fPaz: 2

//

/ SST

Fmg.Z

-L