SU1491698A1 - Balanced manipulator - Google Patents

Abstract

Translated fromRussian

Изобретение относитс  к машиностроению ,в частности, к манипул торам и промышленным роботам. Цель изобретени  - улучшение динамических характеристик за счет повышени  точности уравновешивани  при одновременном уменьшении массы подвижных частей. Колонна 2 с исполнительным механизмом 3, 4, 5, и 6 установлена в направл ющих 1 основани . В крайнем верхнем положении колонны уравновешивающа  пружина 7 развивает усилие. При смещении колонны вниз за счет привода величина деформации пружины возрастает, так как ее конец св зан с колонной посредством гибкого элемента 8 и механизмом кинематической св зи колонны с пружиной, состо щим из рейки 12, зубчатого колеса 11 и барабана 10. Соответствующий выбор параметров пружины обеспечивает посто нную уравновешенность всего манипул тора. Дл  более точного уравновешивани  поверхность барабана 10 может быть выполнена цилиндрической или конической с пр молинейной или криволинейной образующей. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.The invention relates to mechanical engineering, in particular, to manipulators and industrial robots. The purpose of the invention is to improve the dynamic characteristics by increasing the accuracy of balancing while reducing the mass of moving parts. Column 2 with actuators 3, 4, 5, and 6 is mounted in rails of the base 1. In the uppermost position of the column, the balancing spring 7 develops a force. When the column is moved downward due to the drive, the amount of spring deformation increases, since its end is connected to the column by means of a flexible element 8 and the kinematic connection mechanism of the column with a spring consisting of a batten 12, a gear wheel 11 and a drum 10. Appropriate selection of spring parameters ensures a constant balance of the whole manipulator. To more accurately balance the surface of the drum 10, it may be made cylindrical or conical with a rectilinear or curvilinear generatrix. 3 hp f-ly, 5 ill.

Description

Translated fromRussian

соwith

05 CD05 CD

0000

Ф1/.F1 /.

Изобретение относитс  к машиностроению , в частности к манипул торам и промышленным роботам.This invention relates to mechanical engineering, in particular, to manipulators and industrial robots.

Цель изобретени  - улучшение динамических характеристик за счет повышени  точности уравновешивани  при одновременном уменьп;ении массы подвижных частей манипул тора.The purpose of the invention is to improve the dynamic characteristics by increasing the accuracy of balancing while reducing the mass of the moving parts of the manipulator.

На фиг. 1 изображен уравновешенный манипул тор, общий вид; на фиг. 2 - вариант выполнени  барабана с конической рабочей поверхностью; на фиг. 3 - вариант выполнени  барабана с криволинейной образуюш,ей; на фиг. 4 - картина сил, действующих на рейку механизма кинематической св зи; на фиг. 5 - тина сил, действующих на барабан.FIG. 1 shows a balanced manipulator, general view; in fig. 2 shows an embodiment of a drum with a conical working surface; in fig. 3 shows an embodiment of a drum with a curvilinear shape; in fig. 4 shows the forces acting on the rail of the kinematic coupling mechanism; in fig. 5 - Tina forces acting on the drum.

Манипул тор содержит основание 1,с которым колонна 2 образует поступательную пару. Исполнительный механизм содержит также поступательную пару 3, не требующую уравновешивани , и две вращательных пары 4 и 5. На конце исполнительного механизма установлен схват 6. Внутри колонны 2 установлена уравновешивающа  пружина 7 механизма уравновешивани  (может использоватьс  как пружина раст жени , так и сжати ), св занна  гибким элементом 8 через неподвижный блок 9 с барабаном 10 механизма кинематической св зи колонны с пружиной, установленным соосно с ведущим зубчатымThe manipulator contains a base 1, with which column 2 forms a translational pair. The actuator also contains a translational pair 3, which does not require balancing, and two rotational pairs 4 and 5. A gripper 6 is installed at the end of the actuator. Inside the column 2 there is a balancing spring 7 of the balancing mechanism (compression and compression springs can be used) connected by a flexible element 8 through a fixed block 9 with a drum 10 of the mechanism of kinematic connection of a column with a spring mounted coaxially with a leading gear

10ten

МЯУ РК-Cyo(R-г)-cx(R-r)2/R.MNR PK-Cyo (R-g) -cx (R-r) 2 / R.

В случае, если в конструкции допускаетс  приближенное уравновешивание, барабан 10 механизма кинематической св зи может быть выполнен цилиндриеским. Если предположить, что абсолютные значени  момента неуравновешенности равны между собой в крайних положени х колонны, можно получить выражение дл  выбора параметров упругого элемента.In the event that an approximate equilibration is allowed in the structure, the drum 10 of the kinematic coupling mechanism may be cylindrical. If we assume that the absolute values of the moment of imbalance are equal to each other in the extreme positions of the column, an expression can be obtained for choosing the parameters of the elastic element.

с .with .

II I-а п R - гII Ia n R - g

30thirty

НH

2а R2a R

Более точное уравновешивание может кар- 15 быть достигнуто в случае выполнени  барабана 10 механизма кинематической св зи с конической рабочей поверхностью с пр молинейной или криволинейной образующей .More accurate balancing may be achieved in the case of the implementation of the drum 10 of a kinematic coupling mechanism with a conical working surface with a straight line or curvilinear generatrix.

Из рассмотрени  равновеси  системы сил, изображенных на фиг. 4 и 5, может быть получено выражение, описывающее закон изменени  радиуса барабанаFrom a consideration of the equilibrium of the system of forces depicted in FIG. 4 and 5, an expression describing the law of variation of the drum radius can be obtained.

PVFoPVFo

(l(l

2525

Vl-f2-.A.Vl-f2-.A.

b Job Jo

Таким образом, посто нна  кнематичес- ка  св зь пружины 7 посредством гибкого элемента 8 и механизма кинематической св зи перемещени  колонны 2 выколесом 11 на выходном валу привода (не 30 зывает вполне определенную деформациюThus, the constant coupling of the spring 7 via the flexible element 8 and the kinematic coupling mechanism for moving the column 2 by the wheel 11 on the output drive shaft (not a definite deformation

показан). Колесо II находитс  в зацеплении с зубчатой рейкой 12 этого механизма кинематической св зи, установленной на колонне 2. Барабан 10 в совокупности с жестко св занным с пим зубчатым колесом 1 1 образуют передачу, называемую 35 дифференциальным барабаном, передаточное отношение которой равно R/(R - г), где R - радиус начальной окружности шестерни 11, г - радиус барабана.shown). Wheel II meshes with the toothed rack 12 of this kinematic coupling mechanism mounted on column 2. The drum 10, together with the toothed wheel 1 1 rigidly connected to it, form a gear called the 35 differential drum, whose gear ratio is R / (R - d), where R is the radius of the initial circle of gear 11, g is the radius of the drum.

. V aнипyл тop работает следующим образом .. V anipol top works as follows.

В крайнем верхнем положении колонны 2 пружина 7 имеет начальную деформацию У|| и развивает усилие FO Су(), где С - жесткость пружины. Дл  полного уравновешивани  руки робота в этом положении к колесу I 1 необходимо приложить дополнительный момент , компенсирующий момент неуравновешенности . При смещении руки вниз на величину X деформаци  пружины возрастаетIn the extreme upper position of the column 2, the spring 7 has an initial deformation of Y || and develops the force fo su (), where c is the spring stiffness. In order to completely balance the arm of the robot in this position, an additional moment must be applied to the wheel I 1 to compensate for the moment of imbalance. When the arm is moved down by X, the deformation of the spring increases

4040

пружины, что обеспечивает посто нную уравновешенность всего манипул тора.springs, which ensures the constant balance of the whole manipulator.

Claims (4)

Translated fromRussian

Формула изобретени Invention FormulaI. Уравновешенный манипул тор, содержащий основание с направл ющими, колонну, установленную в направл ющих основани , испо. 1нительный механизм, смон- тирова}|ный на колонне, привод, установленный наI. A balanced manipulator containing a base with guides, a column installed in the guide bases, isp. 1n mechanism, mounted} | on the column, the drive mounted onосновании и кинематически св занный с колонной, уравновешивающую пружину, а также гибкий элемент, прохо - д щий через блок, щарнирно установленный на основании и жестко св занный одним своим концом с одним концом пружины, 45 отличающийс  тем, что, с целью улучще- ни  динамических характеристик за счет повышени  точности уравновешивани  при одновременном у.меныиении массы подвижных частей, он снабжен механизмом кинематической св зи колонны с пружиной, сона величину (R-T)/R, при этом 50 держащим зубчато-реечную передачу, рейка момент неуравновешенности мен етс . Его величина определ ет услови  равновеси  дл  системы сил, представленных на фиг. 4 и 5. где Р - вес вертикально перемещающихс  частей руки робота, F - усилие пружины, S окружное усилие в зацеплении колеса I I с рейкой момент неуравновешенностиbase and kinematically associated with the column, a balancing spring, as well as a flexible element passing through the block, hinged on the base and rigidly connected with one end to one end of the spring, 45 different in that, in order to improve dynamic characteristics by improving the accuracy of balancing while simultaneously increasing the mass of moving parts, it is equipped with a kinematic connection mechanism of the column with a spring, the value of (RT) / R, 50 holding the gear-rack drive, the rake is unbalanced Addressing varies. Its value determines the equilibrium conditions for the system of forces shown in FIG. 4 and 5. Where P is the weight of the vertically moving parts of the robot arm, F is the spring force, S is the circumferential force in the gearing of the wheel I I with the rail, the moment of imbalance12,12,которой жестко закреплена на колонне, а зубчатое колесо шарнирно установлено на основании и образует зацепление с рейкой, а также барабан, жестко установленный на этом зубчатом колесе, при этом вто- рой конец гибкого элемента жестко закрепнуwhich is rigidly fixed to the column, and the gear wheel is pivotally mounted on the base and forms an engagement with the rail, as well as a drum rigidly mounted on this gear wheel, while the second end of the flexible element is rigidly fixedМЯУ РК-Cyo(R-г)-cx(R-r)2/R.MNR PK-Cyo (R-g) -cx (R-r) 2 / R.В случае, если в конструкции допускаетс  приближенное уравновешивание, барабан 10 механизма кинематической св зи может быть выполнен цилиндриеским. Если предположить, что абсолютные значени  момента неуравновешенности равны между собой в крайних положени х колонны, можно получить выражение дл  выбора параметров упругого элемента.In the event that an approximate equilibration is allowed in the structure, the drum 10 of the kinematic coupling mechanism may be cylindrical. If we assume that the absolute values of the moment of imbalance are equal to each other in the extreme positions of the column, an expression can be obtained for choosing the parameters of the elastic element.с .with .II I-а п R - гII Ia n R - g30thirtyНH2а R2a RPVFoPVFo(l(lVl-f2-.A.Vl-f2-.A.b Job JoТаким образом, посто нна  кнематичес- ка  св зь пружины 7 посредством гибкого элемента 8 и механизма кинематической св зи перемещени  колонны 2 вы35Thus, the constant coupling of the spring 7 via the flexible element 8 and the kinematic coupling mechanism of the movement of the column 2 is 354040пружины, что обеспечивает посто нную уравновешенность всего манипул тора.springs, which ensures the constant balance of the whole manipulator.Формула изобретени Invention FormulaI. Уравновешенный манипул тор, содержащий основание с направл ющими, колонну, установленную в направл ющих основани , испо. 1нительный механизм, смон- тирова}|ный на колонне, привод, установленный наI. A balanced manipulator containing a base with guides, a column installed in the guide bases, isp. 1n mechanism, mounted} | on the column, the drive mounted onосновании и кинематически св занный с колонной, уравновешивающую пружину, а также гибкий элемент, прохо - д щий через блок, щарнирно установленный на основании и жестко св занный одним своим концом с одним концом пружины, 45 отличающийс  тем, что, с целью улучще- ни  динамических характеристик за счет повышени  точности уравновешивани  при одновременном у.меныиении массы подвижных частей, он снабжен механизмом кинематической св зи колонны с пружиной, со50 держащим зубчато-реечную передачу, рейкаbase and kinematically associated with the column, a balancing spring, as well as a flexible element passing through the block, hinged on the base and rigidly connected with one end to one end of the spring, 45 different in that, in order to improve dynamic characteristics by improving the accuracy of balancing while simultaneously changing the mass of moving parts, it is equipped with a kinematic connection mechanism of the column with a spring that holds a rack and pinion gear, rail50 держащим зубчато-реечную передачу, рейка50 holding rack and pinion, rakeкоторой жестко закреплена на колонне, а зубчатое колесо шарнирно установлено на основании и образует зацепление с рейкой, а также барабан, жестко установленный на этом зубчатом колесе, при этом вто- рой конец гибкого элемента жестко закреплен на барабане, а второй конец пружины - на колонне.which is rigidly fixed on the column, and the gear wheel is pivotally mounted on the base and forms an engagement with the rail, as well as a drum rigidly mounted on this gear wheel, while the second end of the flexible element is rigidly fixed on the drum, and the second end of the spring is fixed on the column .2.Маннпул тор по п. I, отличающийс  тем, что барабан механизма кинематической св зи выполнен цилиндрическим.2. Mannpulator of claim I, characterized in that the drum of the kinematic coupling mechanism is cylindrical.3.Манипул тор по п. 1, отличающийс  тем, что барабан механизма кинематической св зи выполнен коническим.3. Manipulator according to claim 1, characterized in that the drum of the kinematic coupling mechanism is made conical.4. Манипул тор по п. 1, отличающийс  тем, что барабан механизма кинематической св зи выполнен с криволинейной образующей.4. Manipulator according to claim 1, characterized in that the drum of the kinematic coupling mechanism is formed with a curvilinear generator.Фиг.зFig.zРRФиг.55