Очувствленное запястье манипулятора

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики и надежности машин Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Маньшин Геральд Григорьевич Дубовский Владимир Андреевич Смольский Анатолий Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики и надежности машин Национальной академии наук Беларуси(57) Очувствленное запястье манипулятора, содержащее две пластины, соединенные друг с другом упругими элементами, и датчик перемещений одной пластины относительно другой, включающий источник света, два фотоэлемента и прерыватель светового потока,причем источник света и один из фотоэлементов установлены на одной пластине, а прерыватель светового потока установлен на второй пластине, отличающееся тем, что фотоэлементы выполнены в виде двухкоординатных позиционно-чувствительных приемников света, части которых связаны с соответствующими входами соответствующего блока обработки информации, прерыватель светового потока выполнен в виде полого шара с круглым отверстием со стороны источника света, а второй фотоэлемент установлен на прерывателе светового потока напротив указанного отверстия, причем фотоэлементы, прерыватель светового потока и круглое отверстие расположены на оптической оси датчика перемещений. 6389 1 Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в робототехнических устройствах. Известно устройство силового очувствления робота, содержащее запястье, корпус,упругие элементы, соединяющие корпус с запястьем, и датчик перемещения (см. Экспресс-информация. Технология и оборудование механосборочного производства. М ВИНИТИ, 1980,29, реф.194, с. 15-18). Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет измерять усилия различных направлений, возникающие при сборке, так как оно предназначено для измерения силы реакции только в направлении перемещения. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является очувствленное запястье манипулятора, содержащее две пластины, соединенные друг с другом упругими элементами, два датчика перемещения одной пластины относительно другой, каждый из которых включает источник света, прерыватель светового потока и фотоэлементы, причем оптические оси датчиков расположены взаимно перпендикулярно,источник света и фотоэлементы каждого датчика установлены диаметрально противоположно на первой пластине, а прерыватель светового потока выполнен в виде четырех диафрагм, расположенных параллельно, одна из которых расположена на первой пластине перед источником света, а другие - на второй пластине, при этом средняя из диафрагм, установленная на второй пластине, расположена в плоскости, проходящей через продольную ось руки манипулятора, связанной с первой пластиной (см. А.с. СССР 1191280,25 11/00, опубликовано в БИ 42, 1985 г.). Это устройство позволяет измерять усилия различных направлений, возникающие при взаимодействии манипулятора с объектами окружающей среды. Недостатком известного устройства является сложность его конструкции (наличие в общей сложности восьми диафрагм, двенадцати фотоэлементов и двух источников света). Задачей технического решения является упрощение конструкции датчика перемещений одной пластины относительно другой путем использования лишь одного источника света, двух квадрантных фотоэлементов, одного прерывателя светового потока в форме полого шара и двух блоков обработки информации от фотоэлементов при одновременном измерении четырех компонентов усилия, приложенного к схвату манипулятора. Решение задачи достигается в очувствленном запястье манипулятора, содержащем две пластины, соединенные друг с другом упругими элементами, и датчик перемещений одной пластины относительно другой, включающий источник света, два фотоэлемента и прерыватель светового потока, причем источник света и один из фотоэлементов установлены на одной пластине, а прерыватель светового потока установлен на второй пластине тем, что, согласно изобретению, фотоэлементы выполнены в виде двухкоординатных позиционно-чувствительных приемников света, части которых связаны с соответствующими входами соответствующего блока обработки информации, прерыватель светового потока выполнен в виде полого шара с круглым отверстием со стороны источника света, а второй фотоэлемент установлен на прерывателе светового потока напротив указанного отверстия,причем фотоэлементы, прерыватель светового потока и круглое отверстие расположены на оптической оси датчика перемещений. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое очувствленное запястье манипулятора отличается тем, что оно содержит только один источник света,один прерыватель светового потока и только два фотоэлемента. Это достигается за счет использования прерывателя светового потока оригинальной формы и двухкоординатных позиционно-чувствительных фотоэлементов, а также за счет расположения одного из фотоэлементов непосредственно на прерывателе светового потока, что позволяет измерять линейные и угловые смещения одной пластины относительно другой. Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображено очувствленное запястье манипулятора в разрезе. 2 6389 1 На фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 и блок обработки информации от фотоэлемента, расположенного на пластине. На фиг. 3 приведен блок обработки информации от фотоэлемента, расположенного на прерывателе светового потока. Очувствленное запястье манипулятора содержит пластины 1 и 2, жестко связанные соответственно со схватом 3 и механической рукой 4, упругие элементы 5 и датчик перемещений, состоящий из источника 6 света, жестко связанного с пластиной 2 посредством стоек 7, прерывателя 8 светового потока, жестко связанного с пластиной 1 посредством кронштейнов 9, фотоэлемента 10, прикрепленного к прерывателю 8 светового потока, и фотоэлемента 11, установленного на пластине 2. В каждом из блоков обработки информации 12 обрабатываются сигналы от одного из фотоэлементов 10, 11. Блок 12 содержит четыре предварительных усилителя 13 и шесть сумматоров 1419, причем первые входы сумматоров 18 и 19 связаны соответственно с выходами сумматоров 14 и 15, а вторые входы - соответственно с выходами сумматоров 16 и 17, первый вход сумматора 14 связан с первым входом сумматора 17 и с выходом первого предварительного усилителя 13, а второй вход - с выходом второго предварительного усилителя 13 и с первым входом сумматора 15, второй вход которого связан с выходом третьего предварительного усилителя 13 и с первым входом сумматора 16, второй вход которого связан с выходом четвертого предварительного усилителя 13 и со вторым входом сумматора 17, входы четырех предварительных усилителей 13 связаны с соответствующими частями одного из фотоэлементов 10, 11. Сумматоры 1417 формируют сигналы, равные сумме сигналов на их входах, сумматоры 18 и 19 формируют сигналы, равные разности сигналов на их входах. Упругие элементы 5 могут быть выполнены, например, в виде резиновых прокладок. Источник 6 света формирует параллельный световой поток 20 (см. фиг. 1). Прерыватель 8 светового потока выполнен в виде полого шара с круглым отверстием 21. Очувствленное запястье манипулятора работает следующим образом. В исходном состоянии перед началом работы схват 3 находится в нейтральном положении, при этом световой поток 20 от источника 6 света прерывателем 8 разделяется на два потока, один из которых через круглое отверстие 21 попадает на фотоэлемент 10, образуя на нем круглое световое пятно 22 (см. фиг. 3), а второй, ограниченный шарообразным прерывателем 8, попадает на фотоэлемент 11, на котором образуются круглая тень 23 и четыре узкие теневые полосы от кронштейнов 9 (см. фиг. 2, на которой освещенные участки фотоэлемента 11 не заштрихованы). При этом центры светового пятна 22 и тени 23 совпадают с центрами соответствующих фотоэлементов 10 и 11, вследствие чего на выходах блоков 12 сигналы равны нулю. При взаимодействии манипулятора с объектами окружающей среды на схват 3 действуют силы и моменты, которые сдвигают его соответствующим образом относительно механической руки 4. Вместе с ним смещается прерыватель 8 светового потока, установленный на пластине 1, к которой крепится схват 3, вызывая смещения светового пятна 22 и тени 23 относительно фотоэлементов 10 и 11, что, в свою очередь, изменяет сигналы на их выходах, которые обрабатываются в блоках 12. С выходов последних снимаются сигналы, соответствующие величинам и направлениям сил ,и моментов , . Если на схват 3 действует, например, составляющая силы , то прерыватель 8 светового потока смещается относительно фотоэлемента 11 вдоль осив направлении ее действия, вызывая соответствующее смещение тени 23 на фотоэлементе 11. Это приводит к неодинаковой засветке частей фотоэлемента 11, расположенных по разные стороны оси ,и на выходе сумматора 19 появляется сигнал рассогласования, по которому можно судить о величине и направлении силы . При этом сигнал на выходе сумматора 18 остается нулевым, так как тень 23 остается симметричной относительно оси . На выходах блока 12 обработки информации от фотоэлемента 10 (см. фиг. 3) сигналы также остаются нулевыми,3 6389 1 так как прерыватель 8 совершает в параллельном световом потоке 20 поступательное перемещение без угловых поворотов в пространстве, а это не приводит к перемещению светового пятна 22 на фотоэлементе 10. Действие на схват 3 составляющей силывызывает появление соответствующего сигнала на выходе сумматора 18 блока 12 обработки информации от фотоэлемента 11 при нулевых сигналах на всех остальных выходах обоих блоков 12. Если на схват 3 действует, например, составляющая момента Мх, то прерыватель 8 поворачивается вокруг оси . При этом тень 23 на фотоэлементе 11 остается на месте, так как прерыватель имеет форму шара, а световое пятно 22 на фотоэлементе 10 смещается вдоль оси У в соответствующем направлении, так как при повороте прерывателя 8 вокруг осиотверстие 21 и фотоэлемент 10 смещаются вдоль оси У в противоположных направлениях, что ведет к появлению сигнала рассогласования на выходе сумматора 18 блока 12 обработки информации от фотоэлемента 10 (см. фиг. 3) при отсутствии сигналов на остальных выходах обоих блоков 12. Аналогичным образом формируется сигнал на выходе сумматора 19 блока 12 обработки информации от фотоэлемента 10 при действии на схват 3 момента . Действие на схват 3 силыили моментане изменяет положения светового пятна 22 и тени 23 на фотоэлементах 10 и 11. Таким ообразом данное устройство позволяет измерять четыре компоненты (, ) действующих на схват усилий и отличается простотой конструкции. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.