CZ2010246A3

CZ2010246A3 - Kulový kloub s alespon dvema stupni volnosti

Info

Publication number: CZ2010246A3
Application number: CZ20100246A
Authority: CZ
Inventors: Andrlík@Vladimír; Jurda@Pavel
Original assignee: CVUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav výrobních stroju a zarízení
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2011-02-09
Also published as: CZ302298B6

Abstract

Kulový kloub (3) s alespon dvema stupni volnosti, který je tvoren kulovou plochou opatrenou na svém povrchu alespon jedním ozubením v podobe rovnobežných obvodových drážek, u kterého osa každého zubu smeruje do stredu kulové plochy, do kterého zapadají alespon dva hnací pastorky (1, 2) a na protilehlé strane kulové plochy jsou umísteny alespon dve operné ozubené kladky (4, 5). K osám otácení hnacích pastorku (1, 2) a ozubených kladek (4, 5) jsou pripojeny v kolmém smeru cepy otocné podle normály ke kulové ploše v míste záberu.

Description

Kulový kloub s alespoň dvěma stupni volnosti.

Oblast techniky

Vynález se týká kulového kloubu s alespoň dvěma stupni volnosti. Jedná se o vytvořeni mechanické struktury, zejména zápěstí robotů a manipulátorů motoricky ovládaného s dvěma respektive třemi stupni volnosti tj . dvěma respektive třemi rotačními pohyby.

Dosavadní stav techniky

U dosud používaných koncových kinematických řetězců pohybových techniky, systémů nej různější manipulační a automatizační průmyslových robotů a manipulátorů a jiných pohybových systémů se prakticky nepoužívají kulové klouby z důvodů problematického propojeni s pohonem resp. pohony.

Tento problém je pak řešen vazbou dvou resp. tří kloubů s rotační vazbou v sériovém uspořádáni a vzájemném pootočení '.zpravidla 90°). Uvedeným řešením se odstraňuje problém s připojením pohonu, každý pohon si pak ovládá svoji osu.

Narůstá však prostorová zástavba, především délková a hmotnost celku.

Jsou tak řešeny pracovní hlavice průmyslových robotů a manipulátorů. Obvykle je tvoři tři vázaná, kinematické dvojice a rotační vazbou. Hmotnost a rozměry celky narůstají a mají nepříznivý vliv na manipulační schopnost pracovní hlavice, z Hlediska dynamického nejsou pak zanedbatelné setrvačné síly a z toho vyplývající problémy s tuhostí robota a jeho přesných ; nybůPodstata vynálezu výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny kulovým kloubem s alespoň dvěma stupni volnosti, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že je tvořen kulovou plochou opatřenou na svém povrchu alespoň jedním ozubením v podobě rovnoběžných obvodových drážek, u kterého osa každého zubu směřuje do středu kulové plochy, do kterého zapadají alespoň dva hnací pastorky a na protilehlé straně kulové plochy jsou umístěny alespoň dvě opěrné ozubené kladky. K osám otáčeni hnacích pastorků a ozubených kladek jsou připojeny v kolmém směru čepy otočné podle normály ke kulové ploše v místě záběru.

Ve výhodném provedení je kulová plocha na svém povrchu opatřena dalším ozubením v podobě rovnoběžných obvodových drážek, umístěných v kolmém směru k jednomu ozubení, do Kterého zapadá alespoň jeden další hnací pastorek a na protilehlé straně kulové plochy alespoň jedna další opěrná ozubená kladka. K jejich osám otáčení je připojen v kolmém směru čep otočný podle normály ke kulové ploše v místě záběru.

Ke kulové ploše jsou s výhodou umístěny alespoň čtyři .pěrné kladky s bombírovaným povrchem, které ustavují kulový čep- v dané středové poloze.

Jedná se o vytvoření mechanické struktury kulového kloubu s pohonem - zápěstí robotů a manipulátorů. Kulový kloub je :?u,třen ozubením vhodně vytvořeným na jeho povrchu. Do tohoto ''.zubení pak zasahují pastorky, ktere jsou motoricky poháněné a zároveň volně otočné podle normály ke kouli v místě záběru t j . ose procházející středem koule. Pastorky mohou být dva nebo

- 3 “ήι, podle požadované funkce. Pastorek v ozubení vytváří .•i.btve účinky svým záběrem a tím způsobuje natáčení koule. Ve směru pootočeném o 90° na průmět působící síly se může pohybovat v ozubeni kluzným pohybem. Tak můžeme vytvářet tři nezávislé rotace. Ozubené pastorky doplněné opěrnými kladkami vystřeďují kulový čep ve své středové poloze.

Hlavni výhodou tohoto uspořádání je příznivé prostorové uspořádáni zápěstí protože může být snadno umístěné na koncové části robota, manipulátoru.

Pohony mohou být přímo součástí pastorku, případně oddělené s vazbou ohebných hřídelů, ianových, řemenových, řetězových, případně ozubených převodů.

laskáváme tak zápěstí s příznivými zástavbovými i hmotnostními parametry a vysokými pohybovými funkcemi.

Samotný provoz tohoto celku pak umožní výrazné zvýšení pracovního prostoru zařízeni charakteru robota nebo manipulátoru při snížení prostoru operačního, který zahrnuje samotná konstrukce zápěstí.

Daný celek může pracovat v prostředí velmi náročných pracovních podmínek a výrazné zvýší využití celé struktury robota resp. manipulátoru. Pohony s pastorky _/ mohou být umístěny ve spodní části zápěstí tj . pod kulovým čepeirtv

Uvedené řešení tak značným způsobem zvyšuje manipulační schopnost pracovní hlavice, která je na zápěstí umístěna. Snižuje se také zástavbová a hmotnostní náročnost tohoto o '.růžového kinematického prvku. 'Tím se rozšiřuje rozsah pohybů, přesnost polohování a tuhost žele sériové struktury. Při vhodném krytování pak dochází ke vzniku mechanické struktury s třemi stupni volnosti, která může pracovat v extrémních pracovních podmínkách, jako je radioaktivní prostředí, práce pod vodou, práce v kosmu, Lékařské chirurgické úkony apod.

Přehled obrázků na výkresech

Kulový kloub s alespoň dvěma stupni volnosti, podle tohoto vynálezu bude podrobněji popsán na konkrétních příkladech provedeni s pomocí přiložených výkresů, kde la je na schématicky volnosti v znázorněno jedno nárysu a na obr.

provedení kloubu lb v bokorysu.

schematicky znázorněno další provedeni kloubu nárysu a na obr. 2b v bokorysu, znázorněno celkové uspořádání kulového kloubu.

volnosti v se

Na se dvěma třemi

Na obr.

stupni

2a je stupni je vynalezu

Příklady provedeni Ztechnického ře-šeft^y

Příkladný kulový kloub 3, - zápěstí robotů a manipulátorů, je tvořen kulovou plochou opatřenou na svém povrchu jedním ozubením v podobě rovnoběžných obvodových drážek u kterého osa každého zubu směřuje do středu kulové plochy, do kterého zapadají alespoň dva hnací pastorky 1, 2 a na protilehlé straně kulové plochy jsou umístěny dvě opěrné ozubené kladky 4, 5.. K osám otáčení hnacích pastorků 1^ 2 a ozubených kladek 4, 5. jsou připojeny v kolmém směru čepy otočné podle normály ke kulové ploše v místě záběru. Ke kulové ploše jsou umístěny čtyři opěrné kladky 6, 7, 8, 9 s bombírovaným povrchem.

V dalším provedení je kulový kloub opatřen kulovou plochou, která je na svém povrchu opatřena dalším ozubením v podobě rovnoběžných obvodových draček, umístěných v kolmém směru k jednomu ozubení, do kterého zapadá jeden další hnací pastorek 10 a na protilehlé straně kulové plochy jedna další ..perná ozubená kladka 11. K jejicnž osám otáčení je připojen

- h -

v koiraém směru v miste záběru.	čep	otočný	podle	normály ke kulové	ploše
V přikladu	podle obr.	1 ί e	znázorněno umístění	dvou
y ínonu, které umožni	dvě na	sebe kolmé rotace t j . kývání	R1 a

R2. Pohony představují zabírající pastorky .1, 2 s ozubením, které zabírá do ozubení vytvořené na samotné kouli kulového kloubu 3. Pastorky 1, 2. jsou volně otočné kolem osy N01, N02 umístěné ve směru normály směřující do středu koule ke kulovému povrchu v místě styku ozubení pastorku 1, 2 a koule. Hnací pastorky 1, 2 jsou na své protilehlé straně doplněny opěrnými ozubenými kladkami 4, 5. Celý systém je pak vhodně doplněn opěrnými kladkami 6, 7, 8., 9. bez ozubení s bombírovaným povrchem. Tyto opěrné kladky £, 7, 8, 9 jsou i,točné pouze podle své osy a odvalují se po povrchu kulového kňžcU? i, ý 3 Λ

V příkladu podle obr. 2 je kulový kloub 3, opatřen ještě dalším ozubením, které protíná kolmo ozubení dle obr. 1. Do tohoto ozubení zabírá další hnací pastorek 10 s pohonem, který umožňuje navíc rotaci zápěstí R3 . Získává se tak další stupeň volnosti - třetí. Další hnací pastorek 10 je opět volně otočný podle osy N03. Proti dalšímu hnacímu pastorku 10 je umístěna volné otočná další opěrná ozubená kladka 11.

Na obr. 3 je znázorněno zjednodušené dispoziční uspořádáni zápěstí. Pohyblivá část kulového kloubu 3. je umístěna ve vhodně vytvarovaném tělese 20, které je umístěno na koncové části kinematického řetězce hlavního t j . pozičního pohybového systému robota resp. manipulátoru.

Pohyblivá část pak spolu s pracovní hlavicí představuje vedlejší tj .

orientační o-.nybový systém se dvěma resp.

třemi stupni volnosti

- 6 Hnací pastorky 1, 2, 10 mohou být přímo opatřeny pohonem, yřípadné s motorickou jednotkou propojeny pomocí nejrůznějších převodových mechanismů jako jsou ohebně hřídele, řemenové, řetězové, lanové, ozubené převody.

Navržené řešení je vhodné jak pro miniaturní provedení orientačního pohybového systému robotů a manipulátorů, tak pro střední rozměrovou i hmotnostní řadu průmyslových robotů a manipulátorů. Při vhodném zakrytováni tak vznikne kompaktní celek, schopný pracovat ve velmi náročném pracovním prostředí. Tento kompaktní celek pak bude vynikat svojí celistvostí a vysokou odolností proti poškozeními své práci.

Průmyslová využitelnost

Kulový kloub s alespoň dvěma stupni volnosti, podle tohoto vynálezu nalezne uplatnění ve většině dosavadních konstrukcí, kde jsou rotace řešeny odděleně z důvodu snazšího připojení pohonu. Získáváme kompaktní konstrukci s menšími nároky na prostorovou zástavbu včetně snížení hmotnosti celého zápěstí. Samotné motorické jednotky pohonů pak mohou být umístěny v prostoru „pod kulovým čepem'kloubu?

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1 . Kulový kloub s alespoň dvěma stupni volnosti, vyznačující se tím, že je tvořen kulovou plochou opatřenou na svém povrchu alespoň jedním ozubením v podobě rovnoběžných obvodových drážek, u kterého osa každého zubu směřuje do středu kulové plochy, do kte^éhtr- zapadají alespoň dva hnací pastorky (1, 2) a na protilehlé straně kulové plochy jsou umístěny alespoň dvě opěrné ozubené kladky (4, 5), přičemž k osám otáčení hnacích pastorků (1, 2) a ozubených kladek (4, 5) jsou připojeny v kolmém směru čepy, otočné podle normály ke kulové ploše v místě záběru.
2. Kulový kloub podle nároku 1, vyznačující se tím, že kulová plocha je na svém povrchu opatřena dalším ozubením v podobě rovnoběžných obvodových drážek, umístěných v kolmém směru k jednomu ozubení, do kterého zapadá alespoň jeden další hnací pastorek (10) a na protilehlé straně kulové plochy alespoň jedna další opěrná ozubená kladka (11), k jejichž osám otáčení je připojen v kolmém směru čep otočný podle normály ke kulové ploše v místě záběru.
3. Kulový kloub podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že ke kulové ploše jsou umístěny alespoň čtyři opěrné kladky (6, 7, 8, 9) s bornbírovaným povrchem pro zajištěni správné '<i·;

polohy středu kulového čepu-r