RU2570597C1

RU2570597C1 - Gripper tool

Info

Publication number: RU2570597C1
Application number: RU2014123568/02A
Authority: RU
Inventors: Алексей Анатольевич Богданов; Иван Геннадьевич Жиденко; Юлия Ильдаровна Кутлубаева; Александр Фаритович Пермяков
Original assignee: Александр Фаритович Пермяков
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2014-06-09
Publication date: 2015-12-10

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: body bears pins. Each pin comprises movable links connected sequentially to parallel rotation axes by means of hinges. Each hinge comprises freely rotating units enclosed by a rope, one end of which is attached on a drive, and the other end - on the last link - extends within its link and encloses the units in the same direction. Hinge axes carry springs with their one end connected to the unit and their other end - to the movable link; a rigidity of each spring following the body is more than the previous one. The units coaxial with the axis connecting the movable links with the body are mounted on a drive shaft, connected thereto through a spring, one end of which is connected to the unit, and the other one - to the drive shaft common for the pins, the axes of which connecting the movable axes to the body, are coaxial.

EFFECT: reliable retention of objects with complex surface geometry, downsizing and weight reduction of the gripper tool.

2 dwg

Description

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании исполнительных устройств манипуляторов. Кроме того, захват может использоваться в качестве протеза верхних конечностей инвалидов.The invention relates to robotics and can be used to create actuators for manipulators. In addition, the grip can be used as a prosthesis for the upper limbs of persons with disabilities.

Известен захват манипулятора, содержащий сочлененные с ладонью пальцы, трос, соединяющий пальцы с приводом, концы троса закреплены на конечных элементах пальцев, средняя часть охватывает блок, установленный на выходном звене привода, при этом пальцы захвата выполнены в виде винтовых конических пружин сжатия, трос расположен внутри пружин со смещением относительно продольной оси в сторону внутренней поверхности (см. патент РФ №1237419, B25J 15/12).Known for the capture of the manipulator, containing fingers joined to the palm of the hand, a cable connecting the fingers to the drive, the ends of the cable are fixed to the end elements of the fingers, the middle part covers the block mounted on the output link of the drive, while the fingers are made in the form of conical compression compression springs, the cable is inside the springs with an offset relative to the longitudinal axis towards the inner surface (see RF patent No. 1237419, B25J 15/12).

Недостатком данного устройства является низкая надежность, обусловленная относительным движением пальцев по захватываемой детали в процессе работы. При натяжении троса пружина подвергается изгибу и сжатию. Имеет место нецентральное сжатие пружины. При этом пружина изгибается, что обеспечивает охват детали, и одновременно сжимается. Расстояние между витками уменьшается. Как следствие, имеет место относительное движение витков по поверхности детали. Результатом этого движения является нежелательное перемещение пальца по поверхности детали, уменьшается длина контакта палец - деталь, что ведет к снижению устойчивости объекта в захвате. Повышается вероятность его выхода из захвата.The disadvantage of this device is the low reliability due to the relative movement of the fingers on the captured part during operation. When the cable is tensioned, the spring undergoes bending and compression. Off-center compression of the spring takes place. In this case, the spring is bent, which provides coverage of the part, and at the same time is compressed. The distance between the turns is reduced. As a result, there is a relative movement of the turns on the surface of the part. The result of this movement is the unwanted movement of the finger along the surface of the part, the contact length of the finger - part is reduced, which leads to a decrease in the stability of the object in the grip. The likelihood of him getting out of the capture increases.

Известна искусственная кисть, содержащая корпус, палец, два блока пальцев, рычажную систему, силовую пружину и управляющую гибкую тягу, закрепленную на оси корпуса втулку, силовую пружину и приводной блок, включающий стопорный кулачок, пружину, рычаг, гибкую тягу и кинематически связанный с рычажной системой пальца и первым блоком пальцев, а в дистальной части корпуса закреплен подпружиненный стопорный зуб, контактирующий с закрепленной на втором блоке пальцев планкой, причем на первом блоке пальцев размещен нажимной рычаг, воздействующий на стопорный зуб при разведенных пальцах кисти (см.ПИ РФ №2189797, A61F 2/54).Known for an artificial brush comprising a housing, a finger, two finger blocks, a lever system, a power spring and a control flexible traction, a sleeve fixed to the axis of the housing, a power spring and a drive unit including a locking cam, a spring, a lever, a flexible traction and kinematically connected with the lever the finger system and the first block of fingers, and in the distal part of the body, a spring-loaded retaining tooth is fixed in contact with a strap fixed to the second block of fingers, and the pressure lever is located on the first block of fingers, acting th on the locking tooth brush fingers with diluted (sm.PI RF №2189797, A61F 2/54).

Недостатком известного решения является сложность конструкции, обусловленная значительным числом рычагов, планок, кинематических пар, соединяющих элементы привода.A disadvantage of the known solution is the complexity of the design, due to a significant number of levers, trims, kinematic pairs connecting the drive elements.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является захват манипулятора, содержащий корпус, шарнирно установленные на нем пальцы, каждый из которых включает подвижные звенья, последовательно соединенные вращательными парами с параллельными осями вращения, блоки, трос, проходящий в пределах каждого звена и закрепленный одним концом на приводе, а другим - на последнем подвижном звене, пружины кручения, установленные вдоль оси вращательных пар, а блоки установлены свободно на осях вращательных пар и охватываются тросом, пружины соосны блокам, одним концом соединены с ним, а вторым - с подвижным звеном (см. ПМ РФ №115712, B25J 15/12).The closest analogue to the claimed object is the grip of the manipulator, comprising a housing pivotally mounted on it with fingers, each of which includes movable links connected in series by rotational pairs with parallel rotation axes, blocks, a cable running within each link and fixed at one end to the drive and to the other on the last movable link, torsion springs installed along the axis of the rotational pairs, and the blocks are installed freely on the axes of the rotational pairs and are covered by a cable, the springs are aligned s blocks, one end connected to it, and the other to the movable link (see. PM RF №115712, B25J 15/12).

Недостатком известного устройства являются значительные габариты, обусловленные тем, что звенья каждого пальца приводятся в движение от индивидуального привода. Общее число приводов составляет 5 единиц. Их размещение ведет к увеличению габаритов основания и массы всего захвата. В силу того, что основание является частью подвижной системы робота, уменьшается его грузоподъемность. Кроме того, размещение пяти приводов приводит к усложнению компоновки и конструкции в целом.A disadvantage of the known device is its significant dimensions, due to the fact that the links of each finger are driven by an individual drive. The total number of drives is 5 units. Their placement leads to an increase in the dimensions of the base and the mass of the entire capture. Due to the fact that the base is part of the mobile system of the robot, its carrying capacity is reduced. In addition, the placement of the five drives complicates the layout and design as a whole.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в уменьшение габарита и массы захвата, упрощении конструкции.The technical problem to which the invention is directed, is to reduce the size and mass of the capture, simplifying the design.

Техническая задача решается тем, что в известном захвате, содержащем корпус, шарнирно установленные на нем пальцы, каждый из которых включает подвижные звенья, последовательно соединенные вращательными парами с параллельными осями вращения, блоки, установленные свободно и соосно осям вращательных пар, соединяющих подвижные звенья между собой, трос, закрепленный одним концом на приводе и вторым на последнем звене, проходит в пределах каждого звена и охватывает блоки в одном направлении, пружины, соединенные одним концом с блоком, а вторым с подвижным звеном, при этом жесткость каждой последующей от корпуса пружины больше предыдущей, блоки, соосные оси, соединяющей подвижные звенья с корпусом, установлены на приводном валу, связаны с ним через пружину, один конец которой соединен с блоком, а второй с приводным валом, общим для всех пальцев, у которых оси, соединяющие подвижные звенья с корпусом, сосны, при этом трос закреплен на блоке, установленном на приводном валу, а подвижное звено, сопряженное с корпусом, связанно с ним дополнительно пружиной.The technical problem is solved in that in the known capture containing the housing, pivotally mounted fingers on it, each of which includes movable links sequentially connected by rotational pairs with parallel rotation axes, blocks mounted freely and coaxially to the axes of rotational pairs connecting the movable links to each other , the cable fixed at one end to the drive and the second at the last link passes within each link and covers the blocks in one direction, the springs connected at one end to the block, and the second with a movable link, while the stiffness of each subsequent spring from the housing is greater than the previous one, the blocks, coaxial axes connecting the movable links to the housing, are mounted on the drive shaft, connected to it through a spring, one end of which is connected to the block, and the second to the drive shaft, common to all the fingers, in which the axes connecting the movable links to the body, pine, while the cable is mounted on a block mounted on the drive shaft, and the movable link, paired with the housing, is additionally connected with it by a spring.

Изобретение поясняется общими видами, где: на фиг. 1 представлено упрощенное изображение захвата, выполненного в соответствии с основным решением (п. 1 формулы изобретения); на фиг. 2 - объемное изображение одного пальца.The invention is illustrated by general views, where: in FIG. 1 presents a simplified image of a capture made in accordance with the main decision (paragraph 1 of the claims); in FIG. 2 - volumetric image of one finger.

Захват содержит корпус 1 (фиг. 1), на котором установлены пальцы 2, 3, 4, 5 и 6, шарнирно соединенные с корпусом 1 через вращательные пары 7, 8, 9, 10, 11. Оси вращательных пар 7-10 соосны. Каждый палец 3-6 (например - 3) включает подвижные звенья 12, 13, 14 (фиг. 2), соединенные последовательно вращательными парами 7, 15, 16 с параллельными осями вращения. В каждой вращательной паре: 7, 15 и 16 установлены, с возможностью свободного вращения, соосно их осям, блоки соответственно: 17, 18, 19. Блоки 17, 18, 19 охватываются тросом 20 в прямом направлении со стороны направления движения. Один конец троса 20 закреплен на звене 14, второй на блоке 17, установленном на приводном валу 21. Приводной вал 21 является осью, посредством которой подвижные звенья 12, 22, 23, 24 соединяются с корпусом 1. Приводной вал 21 выполнен кинематически соединенным с силовой частью привода 25 (мотор-редуктор) и вращает блок 17 и аналогичные блоки, установленные соосно осям, соединяющим подвижные звенья с корпусом 1 во вращательных парах 8-10.The capture includes a housing 1 (Fig. 1), on which are mounted the fingers 2, 3, 4, 5 and 6, pivotally connected to the housing 1 through rotational pairs 7, 8, 9, 10, 11. The axis of the rotational pairs 7-10 are coaxial. Each finger 3-6 (for example, 3) includes movable links 12, 13, 14 (Fig. 2), connected in series by rotational pairs 7, 15, 16 with parallel axes of rotation. In each rotational pair: 7, 15 and 16 are installed, with the possibility of free rotation, coaxial to their axes, blocks, respectively: 17, 18, 19. Blocks 17, 18, 19 are covered by a cable 20 in the forward direction from the direction of movement. One end of the cable 20 is mounted on a link 14, the second on a block 17 mounted on the drive shaft 21. The drive shaft 21 is the axis by which the movable links 12, 22, 23, 24 are connected to the housing 1. The drive shaft 21 is made kinematically connected to the power part of the drive 25 (gear motor) and rotates the block 17 and similar blocks mounted coaxially to the axes connecting the movable links with the housing 1 in rotational pairs 8-10.

На осях вращательных пар каждого пальца (например - 3) установлены пружины 26, 27, 28. При этом один конец каждой пружины соединен с блоком, а второй с подвижным звеном: пружина 26 с блоком 18 и звеном 13, пружина 27 с блоком 19 и звеном 14. Один конец пружины 28 соединен с блок 17, а второй с приводным валом 21.On the axes of the rotational pairs of each finger (for example, 3), springs 26, 27, 28 are installed. In this case, one end of each spring is connected to the block, and the second to the movable link: spring 26 with block 18 and link 13, spring 27 with block 19 and link 14. One end of the spring 28 is connected to the block 17, and the second with the drive shaft 21.

Звено 12 соединено с корпусом 1 дополнительно пружиной 29 (фиг. 2). Жесткость пружины 27 больше жесткости пружины 26, пружины 26 больше, чем жесткость пружины 29.Link 12 is connected to the housing 1 by an additional spring 29 (Fig. 2). The stiffness of the spring 27 is greater than the stiffness of the spring 26, the spring 26 is greater than the stiffness of the spring 29.

Жесткость пружины 29 и аналогичных, установленных во вращательных парах 8-10 одинаковы.The stiffness of the spring 29 and similar installed in the rotational pairs 8-10 are the same.

Пальцы 4-6 построены идентично пальцу 3. Конструкция пальца 2 аналогична по построению пальцу 3, но приводится в движение от индивидуального привода.Fingers 4-6 are constructed identically to finger 3. The design of finger 2 is similar in construction to finger 3, but is driven by an individual drive.

Захват работает следующим образом.Capture works as follows.

Звенья пальцев 3-6 приводятся в движение одним приводом. Звенья пальца 2 приводятся в движение отдельным независимым приводом.The links of the fingers 3-6 are driven by a single drive. The links of the finger 2 are driven by a separate independent drive.

Исходное положение - продольные оси звеньев образуют прямую, обеспечивается за счет того, что пружины 27, 26 и 29 развернуты, а трос 20 не натянут. При включении привода движение передается с силовой части привода 25 на вал 21, обеспечивая его вращение.Starting position - the longitudinal axis of the links form a straight line, is ensured due to the fact that the springs 27, 26 and 29 are deployed, and the cable 20 is not tensioned. When you turn on the drive, the movement is transmitted from the power part of the drive 25 to the shaft 21, ensuring its rotation.

С вала 21 вращение передается через пружину 28 на блоки 17 одновременно на всех пальцах 3-6. В пределах каждого пальца реализуется следующая последовательность действий.From the shaft 21, rotation is transmitted through the spring 28 to the blocks 17 simultaneously on all fingers 3-6. Within each finger, the following sequence of actions is implemented.

Блок 17, вращаясь, натягивает трос 20 и навивает его на себя. Это обеспечивается благодаря тому, что трос 20 закреплен на блоке 17. Натяжение и движение троса 20 обеспечивает за счет охвата блоков 18 и 19 создание на них вращающих моментов, равных по величине, и вращение в ту же сторону, что и вращение блока 17. Закрепление троса 20 на звене 14 и его смещение от осей вращения звеньев 12, 13, 14 (на величину полудиаметра блоков) создает крутящий момент в каждой из вращательных пар 7, 15, 16, соединяющих подвижные звенья 12-14 между собой. В силу равенства диаметров блоков 17-19 крутящий (движущий) момент создается равным по величине. Вследствие того, что жесткость пружины 29 наименьшая, возникает поворот только во вращательной паре 7. Палец 3 начинает поворачиваться во вращательной паре 7, при этом пружина 29 сжимается (закручивается). Движение происходит до тех пор, пока звено 12 не достигнет поверхности захватываемого объекта.Block 17, rotating, pulls the cable 20 and winds it on itself. This is due to the fact that the cable 20 is fixed to the block 17. The tension and movement of the cable 20 provides, by covering the blocks 18 and 19, the creation of equal torques on them and rotation in the same direction as the rotation of the block 17. Fastening the cable 20 on the link 14 and its displacement from the axis of rotation of the links 12, 13, 14 (by the size of the half-diameter of the blocks) creates a torque in each of the rotational pairs 7, 15, 16 connecting the movable links 12-14 to each other. Due to the equality of the diameters of the blocks 17-19, the torque (driving) moment is created equal in magnitude. Due to the fact that the stiffness of the spring 29 is the smallest, rotation occurs only in the rotational pair 7. The finger 3 starts to rotate in the rotational pair 7, while the spring 29 is compressed (twisted). The movement occurs until the link 12 reaches the surface of the captured object.

Дальнейшая работа привода обеспечивает вращение вала 21, блока 17 и движение троса 20. Реализуется поворот во вращательной паре 15, при этом сжимается (закручивается) пружина 26.Further operation of the drive ensures the rotation of the shaft 21, block 17 and the movement of the cable 20. A rotation is realized in the rotational pair 15, while the spring 26 is compressed (twisted).

Вращение звена 15 продолжается до тех пор, пока не возникнет его контакт с захватываемым объектом.The rotation of the link 15 continues until its contact with the captured object occurs.

Работа привода обеспечивает поворот звена 14 во вращательной паре 16 до наступления контакта звена с захватываемым объектом.The drive ensures the rotation of the link 14 in the rotational pair 16 until the contact of the link with the captured object.

После достижения взаимодействия всех звеньев пальца 3 и их остановки на захватываемом объекте вал 21 продолжает вращаться. При этом блок 17 пальца 3 неподвижен. Сжимается (скручивается) пружина 29. Как следствие, движение с вала 21 передается на блоки 17 тех пальцев 4-6, звенья которых не достигли контакта с захватываемым объектом.After the interaction of all links of the finger 3 and their stop on the captured object, the shaft 21 continues to rotate. In this case, the block 17 of the finger 3 is stationary. The spring 29 is compressed (twisted). As a result, the movement from the shaft 21 is transmitted to the blocks 17 of those fingers 4-6, the links of which did not reach the contact with the captured object.

Соединение подвижного звена 12, сопряженного с корпусом 1, пружина 29 в сочетании с выполнением ее жесткости меньше, чем жесткость пружины 26, обеспечивает последовательность движения при захвате объекта: звено 12, звено 13, звено 14. Данная последовательность позволяет выполнять движение только звена 12 до достижения им поверхности объекта и только затем движения звена 13. Таким образом, исключается поворот последующего звена до достижения поверхности объекта предыдущим. Гарантируется взаимодействие рабочей поверхности звеньев с объектом.The connection of the movable link 12, coupled with the housing 1, the spring 29 in combination with the implementation of its stiffness is less than the stiffness of the spring 26, provides a sequence of motion when capturing the object: link 12, link 13, link 14. This sequence allows you to perform movement only link 12 to it reaches the surface of the object and only then the movement of the link 13. Thus, the rotation of the next link is eliminated until the previous surface reaches the object. The interaction of the working surface of the links with the object is guaranteed.

Кроме того, под действием пружины 29 обеспечивается возврат звена 12 в исходное положение при освобождении объекта.In addition, under the action of the spring 29, the link 12 is returned to its original position when the object is released.

В зависимости от профиля захватываемых объектов, реализуемая последовательность охвата пальцами может быть различна. Однако во всех случаях полная остановка звеньев одного из пальцев не приводит к остановке вала 21 и передаче крутящего момента на блоки 17 других пальцев. Это обеспечивается за счет того, что один конец пружины 28 соединен с блоком 17, а второй с приводным валом 21, общим для пальцев 3-6.Depending on the profile of the captured objects, the realized sequence of finger coverage may be different. However, in all cases, a complete stop of the links of one of the fingers does not stop the shaft 21 and transfer torque to the blocks 17 of the other fingers. This is due to the fact that one end of the spring 28 is connected to the block 17, and the second to the drive shaft 21, common to the fingers 3-6.

Освобождение объекта из захвата осуществляется следующим образом.The release of the object from the capture is as follows.

Привод включается на реверсивное вращение. Вал 21 начинает вращаться в противоположную (от режима захвата) сторону. Трос 20 свивается с блока 17, его натяжение уменьшается. Под действием сжатых (свернутых) пружин 26, 27, 29 начинается движение звеньев 12, 13 и 14 в направлении от захваченного объекта. При этом первоначально движется звено 12, т.к. пружина 29 обладает наибольшей жесткостью, затем звено 13 и только после этого звено 14.The drive engages in reverse rotation. The shaft 21 begins to rotate in the opposite (from the capture mode) side. The cable 20 is twisted from the block 17, its tension decreases. Under the action of compressed (rolled) springs 26, 27, 29, the movement of links 12, 13 and 14 begins in the direction from the captured object. In this case, link 12 initially moves, because spring 29 has the greatest stiffness, then link 13, and only after this link 14.

Освобождение захваченного объекта происходит одновременно всеми пальцами 3, 4, 5, 6.The release of the captured object occurs simultaneously with all fingers 3, 4, 5, 6.

Движение звеньев пальцев 3, 4, 5 и 6 реализуется от одного привода. Общее число приводов захвата равно двум. При этом достигается взаимодействие с поверхностью звеньев 12, 13, 14 каждого из пальцев 3, 4, 5 и 6 независимо от профиля поверхности, что обеспечивает надежное удержание объектов со сложной геометрией поверхности.The movement of the links of the fingers 3, 4, 5 and 6 is implemented from a single drive. The total number of capture drives is two. In this case, interaction is achieved with the surface of the links 12, 13, 14 of each of the fingers 3, 4, 5 and 6, regardless of the surface profile, which ensures reliable retention of objects with complex surface geometry.

Сокращение числа приводов позволяет уменьшить габариты захвата, упростить конструкцию и существенно снизить массу всего захвата.Reducing the number of drives allows you to reduce the size of the grip, simplify the design and significantly reduce the weight of the entire grip.

Таким образом, заявляемое устройство обладает меньшими габаритами, более простой конструкцией и меньшей массой.Thus, the inventive device has smaller dimensions, simpler design and less weight.

Claims

A grip comprising a housing, pivotally mounted fingers on it, each of which includes movable links connected in series by rotational pairs with parallel axes of rotation, blocks mounted freely and coaxially to the axes of rotational pairs connecting the movable links to each other, a cable fixed at one end to the drive and the second on the last link, passes within each link and covers the blocks in one direction, the springs connected at one end to the block, and the second to the movable link, while the rigidity of each the spring from the spring housing is more rigid than the previous spring, characterized in that the blocks, coaxial axes connecting the movable links to the housing, are mounted on the drive shaft, connected to it through a spring, one end of which is connected to the block, and the second to the drive shaft common to fingers in which the axes connecting the movable links to the housing are coaxial, with the cable attached to a block mounted on the drive shaft, and the movable link associated with the housing is connected to it by a spring.