[LT] Išradimas priskiriamas mechatroninių sistemų ir robototechnikos sritims ir skirtas robotų pavaroms ir manipuliatoriams, turintiems padidintą laisvumo laipsnių skaičių ir įgalinantiems griebtą pasiekti sunkiai prieinamas vietas.Siekiant supaprastinti robotų konstrukciją, suteikiant manipuliavimo mechanizmui paprastesnę gamybą (mažesnę kainą) ir funkcinių galimybių išplėtimą, ypač taikant kosmoso tyrimuose, pasiekiama taikant kintamos struktūros kinematines poras, veikiamas erdvėje kintančios tik vienos jėgos ar momento. Kinematinės poros laisvumo laipsnių skaičius laike valdomas nuo 0 iki 2, taikant įvairias trinties jėgų nuo virpesių funkcines priklausomybes, veikiančias kinematinių grandžių kontakto zonoje. Roboto griebto trajektorijų formavimas realizuojamas taikant specialią programinę įrangą, valdančią laike kiekvienos grandies laisvumo laipsnių skaičių, priklausomai nuo besisukančio disbalanso, generuojančio išcentrinę jėgą, kampinės fazės.
[EN] The invention is related to mechatronic systems and robotics and in particular to robotic drives and manipulators having increased number of degrees of freedom and allowing reach of hard-to-reach locations. To make construction of robots and manipulation mechanism simpler and increase functionality, especially related to cosmos research, kinematic pairs with variable structure, which are influenced only by one force or moment in space, are used. Number of degrees of freedom of a kinematic pair is controlled in time from 0 to 2 by employing various functional relations of frictional forces from vibrations which act in contact zone of kinematic chains. Trajectories of robotic gripper are formed using specialized software which control number of degrees of freedom with respect to time of each chain, depending on angular phase of a rotating imbalance, generating eccentric force.
[0001] Išradimo sritis
[0002] Išradimas priskiriamas mechatroninių sistemų ir robototechnikos sritims ir skirtas robotų pavaroms ir manipuliatoriams, turintiems padidintą laisvumo laipsnių skaičių ir įgalinantiems griebtą pasiekti sunkiai prieinamas vietas.
[0003] Technikos lygis
[0004] Yra žinomi PI firmos (Physik Instrumente GmbH and Co.KG)Gmanipuliatoriai robotams, kuriuose tiesialinijiniam ar sukimosi judesiui realizuoti panaudojami pjezoelektriniai vykdikliai. Juose kiekvienos krypties užduotam judesiui atlikti pritaikomos skirtingos pavaros, kas tokiu principu veikiančiuose manipuliatoriuose padidina roboto konstrukcinių elementų visumą, svorį ir gabaritus.
[0005] Patente Nr. US 8,810,109 B2 USA yra atskleidžiamos taikomos įvairios pjezoelektrinės pavarų konstrukcijos skirtos formuoti roboto manipuliatoriaus judesį, susidedančios iš kelių pjezopavarų roboto laisvumo laipsnių skaičius pasiekti, o tai padidina konstrukcijos sudėtingumą t.y. svorį bei gabaritus.
[0006] Patente Nr. US 8,525,387 (B2) yra atskleidžiama pjezoelektrinė pavara griebto ir roboto grandžių judesiui generuoti, kurioje pagrindiniai elementai yra plokštelės pavidalo pjezoelektriniai keitikliai leidžiantis realizuoti vieno laisvumo laipsnio judesį. Nurodytame įrenginyje kinematinė roboto grandinė formuojama nuosekliai jungiant kinematines poras, o roboto laisvumo laipsnių skaičius lygus pjezoelektrinių pavarų skaičiui, kas žymiai padidina kainą, sumažina kinematinės grandinės standumą, padidina jos svorį ir gabaritus bei komplikuoja manipuliatoriaus valdymą.
[0007] Nauja pjezoelektrinė roboto pavara, su valdoma trintimi, pagal šį išradimą išsprendžia anksčiau minėtų įrenginių trūkumus, ir supaprastina robotų konstrukciją, suteikiant manipuliavimo mechanizmui paprastesnę gamybą (mažesnę kainą) ir funkcinių galimybių išplėtimą, ypač taikant kosmoso tyrimuose.
[0008] Trumpas brėžinių aprašymas
[0009] Kiti išradimo požymiai ir privalumai yra aprašomi detaliame išradimo aprašyme su nuoroda į žemiau pateiktus brėžinius:
[0010] 1a Pav. yra pateiktas suprastintas roboto manipuliatoriaus su 2-jomis pjezoelektrinėmis pavaromis vaizdas;
[0011] 1b Pav. yra pateikta vienos pjezoelektrinės pavaros schema su pjezoelektriniu cilindru ir pasyvia feromagnetine sfera;
[0012] 1c Pav. yra pavaizduoti aukšto dažnio rezonansinių virpesių įjungimo ir išjungimo momentai;
[0013] 2 Pav. yra pateikta virpesių prijungimo prie pjezoelektrinio cilindro trukmės ir fazės valdymo elektrinė schema.
[0014] Trumpas išradimo aprašymas
[0015] Išradimo tikslas, supaprastinti robotų konstrukciją, suteikiant manipuliavimo mechanizmui paprastesnę gamybą (mažesnę kainą) ir funkcinių galimybių išplėtimą, ypač taikant kosmoso tyrimuose yra pasiekiamas taikant kintamos struktūros kinematines poras, veikiamas erdvėje kintančios tik vienos jėgos ar momento. Kinematinės poros laisvumo laipsnių skaičius laike valdomas nuo 0 iki 2, taikant įvairias trinties jėgų nuo virpesių funkcines priklausomybes, veikiančias kinematinių grandžių kontakto zonoje. Roboto griebto trajektorijų formavimas realizuojamas taikant specialią programinę įrangą, valdančią laike kiekvienos grandies laisvumo laipsnių skaičių, priklausomai nuo besisukančio disbalanso, generuojančio išcentrinę jėgą, kampinės fazės.
[0016] Išsamus išradimo aprašymas
[0017] Turėtų būti suprantama, kad daugybė konkrečių detalių yra išdėstytos, siekiant pateikti pilną ir suprantamą išradimo pavyzdinio įgyvendinimo aprašymą. Tačiau srities specialistui bus aišku, kad išradimo įgyvendinimo pavyzdžių detalumas neapriboja išradimo įgyvendinimo, kuris gali būti įgyvendintas ir be tokių konkrečių nurodymų. Gerai žinomi būdai, procedūros ir sudedamosios dalys nebuvo detaliai aprašyti, kad išradimo įgyvendinimo pavyzdžiai nebūtų klaidinantys.
[0018] Roboto manipuliatorius apima bent vieną pjezoelektrinę roboto pavarą, apimančią kinematinę porą, sudarytą iš pjezoelektrinio cilindrinio keitiklio (1, 6) su radialine poliarizacija ir elektrodais, suformuotais ant išorinių ir vidinių jo paviršių, ir pasyvios feromagnetinės sferos (2) (tokių kinematinių porų, kurias sudaro keitiklis (1, 6) ir sfera (2), gali būti nuosekliai sujungta pagal poreikį, tuo padidinant roboto laisvės laipsnių skaičių); perduodamos išcentrinės jėgos sensorių (3); variklį (4) su disbalansu, generuojantį išcentrinę kintamos krypties jėgą modulio mrɷ2 (ɷ - kampinis rotoriaus sukimosi greitis); roboto griebtą (5); pastovų magnetą (7), per tarpelį Δ sukeliantį įvaržą kontakto pjezoelektrinis cilindras – feromagnetinė sfera zonoje; tarpinį didelės trinties elementą (8).
[0019] 1a paveiksle yra pavaizduotas roboto manipuliatorius, apimantis dvi pjezoelektrines roboto pavaras, kurių kiekviena apima bent vieną kinematinę porą, sudarytą iš pjezoelektrinio cilindrinio keitiklio (1, 6) su radialine poliarizacija ir elektrodais, suformuotais ant išorinių ir vidinių jo paviršių ir pasyvios feromagnetinės sferos (2); perduodamos išcentrinės jėgos sensorių (3); variklį (4) su disbalansu, generuojantį išcentrinę kintamos krypties jėgą modulio mrɷ2 (ɷ - kampinis rotoriaus sukimosi greitis); roboto griebtą (5); pastovų magnetą (7), per tarpelį Δ sukeliantį įvaržą kontakto pjezoelektrinis cilindras – feromagnetinė sfera zonoje; tarpinį didelės trinties elementą (8).
[0020] 2 paveiksle yra pavaizduota roboto manipuliatoriaus su pjezoelektrine roboto pavara valdymo bloko schema, skirta nustatytos fazės ir trukmės impulsų paketais maitinti pjezoelektrinę pavarą. Bloką sudaro: žemo dažnio filtras, dviejų pakopų stiprintuvas, du analoginiu būdu valdomi multivibratoriai ir elektroninė relė.
[0021] Pjezoelektrinių pavarų, apimančių kinematines poras, sudarytas iš pjezoelektrionio cilindrinio keitiklio (1, 6) ir feromagnetinės sferos (2), skaičius manipuliatoriuje nėra ribojamas aukščiau pateiktu pavyzdžiu.
[0022] Žemiau aprašomas pjezoelektrinės roboto pavaros veikimas.
[0023] Besisukantis variklio (4) rotoriaus disbalansas generuoja kintamos krypties erdvėje modulio mrɷ2 išcentrinę jėgą, veikiančią kinematinę porą arba poras, sudarytas iš pjezoelektrinio cilindrinio keitiklio (1, 6) ir pasyvios feromagnetinės sferos (2). Kai trinties momentas kinematinėje poroje arba porose yra didesnis už išcentrinės jėgos momentą, grandžių judesio nėra. Rezonansinių virpesių pjezoelektriniame cilindriniame keitiklyje (1, 6) dėka (kai prijungiama įtampa U1 (t), kardinaliai sumažinama trintis kinematinėje poroje ir grandies poslinkis joje priklauso nuo virpesių paketo fazės λ1 (disbalanso posūkio kampo atžvilgiu) ir paketo pločio β1 (1c Pav.). Tuo būdu, roboto griebto (5) trajektorijos judesio vektorius yra formuojamas vienos kinematinės poros arba keleto kinematinių porų, sudarytų iš pjezoelektrinio cilindrinio keitiklio (1, 6) ir pasyvios feromagnetinės sferos (2). Trečios klasės kinematinė pora, sudaryta iš pjezoelektrinio cilindrinio keitiklio (1, 6) ir pasyvios feromagnetinės sferos (2) turi 3 laisvumo laipsnius; vienas laisvumo laipsnis (posūkis apie ašį, sutampančią su sensoriaus 3 išilgine ašimi) išeliminuojamas taikant pasyvų elastinį gofruotą vamzdelį (Pav. neparodytas), turintį padidintą standumą susukimui.
[0024] Prie kiekvienos pjezoelektrinės roboto pavaros, maitinanti įtampa U1 (t) yra prijungiama nustatytos fazės ir trukmės impulsų paketais, kuriuos formuoja valdymo blokas (2 Pav.). Žemos amplitudės sinchronizacijos signalo aukšto dažnio trikdžiai nufiltruojami žemo dažnio filtru. Po filtravimo signalas sustiprinamas ir po antrosios stiprinimo pakopos pavirsta į meandro formos sinchronizacijos impulsus. Priekiniu kiekvieno sinchronizacijos impulso frontu paleidžiamas reguliuojamas multivibratorius, kuris užduoda darbinio signalo pradžios laiką (vėlinimą). Pirmojo multivibratoriaus išėjimo impulsu paleidžiamas antrasis reguliuojamas multivibratorius ir jo pagalba nustatoma darbinio impulso trukmė. Valdymo bloko išėjime įmontuota elektroninė relė komutuoja pjezoelektrinę pavarą maitinančio generatoriaus signalą U1 (t).
[0025] Palyginus su artimiausiu analogu, ši nauja pjezoelektrinė roboto pavara ir manipuliatorius su bent viena tokia pavara išsprendžia anksčiau minėtų įrenginių trūkumus, ir supaprastina robotų konstrukciją, suteikiant manipuliavimo mechanizmui paprastesnę gamybą (mažesnę kainą) ir funkcinių galimybių išplėtimą, ypač taikant kosmoso tyrimuose.
1. Pjezoelektrinė roboto pavara, apimanti pjezoelektrinį keitiklį, b e s i s k i r i a n t i tuo, kad apima pjezoelektrinį cilindrinį keitiklį (1, 6) su radialine poliarizacija ir pasyvią feromagnetinę sferą (2), kur pjezoelektrinis cilindrinis keitiklis (1, 6) kontaktuoja su pasyvia feromagnetine sfera (2).
2. Pjezoelektrinė roboto pavara, pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i tuo, kad pjezoelektriniame cilindriniame keitiklyje (1, 6) yra sužadinami jo rezonansiniai ašiniai virpesiai.
3. Roboto manipuliatorius, apimantis vieną pjezoelektrinį keitiklį, arba keletą pjezoelektrinių keitiklių, nuosekliai sujungtų 3-ios klasės kinematinėmis poromis, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad roboto manipuliatorius apima bent vieną pjezoelektrinę roboto pavarą pagal 1 arba 2 punktą, arba keletą pjezoelektrinių roboto pavarų pagal 1 arba 2 punktą, nuosekliai sujungtų 3-ios klasės kinematinėmis poromis
4. Roboto manipuliatorius pagal 3 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad pavaros pjezoelektriniame cilindriniame keitiklyje (1, 6) yra sužadinami jo rezonansiniai ašiniai virpesiai.
5. Roboto manipuliatorius, pagal 3 arba 4 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad, apima tik vieną judesio sužadinimo variklį (4), sumontuotą roboto griebte (5), kur minėto variklio (4) rotorius turi specialaus dydžio disbalansą.