[LT] Įrenginys priklauso mechatroninių sistemų ir roboto technikos sritims ir skirtas straublio tipo robotų manipuliatoriams, turintiems padidintą laisvumo laipsnių skaičių ir įgalinantiems griebtą pasiekti sunkiai prieinamas vietas. Pateikiamas išradimas suprastina straublio tipo robotų manipuliatorių konstrukcijas, supaprastina ir atpigina manipuliavimo mechanizmo gamybą ir išplečia funkcines galimybes, padidina galimų realizuoti griebto konfigūracijų skaičių. Veikimas pagrįstas trijų fazių oro ar skysčio slėgio padavimu į 3-jų kamerų elastinį vamzdį, kurio išorinis paviršius padengtas elektrodais ir kuris yra kito elastinio vamzdžio viduje su įžemintu elektrodu jo vidiniame paviršiuje. Tarpelis tarp elektrodų (tarpelio dydis ? = 0,1...0,2mm), yra užpildytas elektroreologine suspensija, o nuo elektrodų skaičiaus priklauso roboto laisvumo laipsnių skaičius. Roboto judesio parametrai yra valdomi keičiant elektroreologinės suspensijos klampį, išjungiant įtampą nuo konkrečių elektrodų, o nuo įtampos išjungimo trukmės bei slėgio vamzdyje fazės įtampos išjungimo momentu, priklauso griebto judesio trajektorija ir griebto erdvinis kampas. Kintamo slėgio šaltinyje generuojami oro ar skysčio slėgiai: p1 (t) = P0 + P cos ?t; p2 (t) = P0 + P cos (?t + 120o); p3 (t) = P0+ P cos (?t + 240o), su besiskiriančia kas 120o faze tarp jų slėgių apsprendžia griebto judesio trajektorijos parametrus.
[EN] The device relates to mechatronic systems and robot engineering field. It is designed for robot-type robot manipulators with an increased number of degrees of freedom. The present invention simplifies the design of robot-type robot manipulators, simplifies and reduces the production of the manipulation mechanism and extends the functionality, increases the number of possible realizations of the configurations. The operation is based on the supply of three-phase air or fluid pressure to a 3-chamber elastic tube, the outer surface of which is coated with electrodes and is inside the other elastic tube with an earthed electrode on its inner surface. The gap between the electrodes (gap size ? = 0.1 ... 0.2mm) is filled with an electroreal suspension, and the number of degrees of robot gravity depends on the number of electrodes. The robotic motion parameters are controlled by changing the electro-logical suspension viscosity by switching off the voltage from the specific electrodes, and depending on the duration of the switch-off and the phase-off voltage of the pressure pipe, the gravity motion trajectory and the angled spatial angle are dependent. Air or fluid pressure is generated at the variable pressure source: p1 (t) = P0 + P cos ?t; p2 (t) = P0 + P cos (?t + 120o); p3 (t) = P0 + P cos (?t + 240o), with the difference of each 120o phase between their pressures, determine the parameters of the trapped motion trajectory.
[0001] Išradimo sritis
[0002] Įrenginys priklauso mechatroninių sistemų ir robototechnikos sritims ir skirtas straublio tipo robotų manipuliatoriams, turintiems padidintą laisvumo laipsnių skaičių ir įgalinantiems griebtą pasiekti sunkiai prieinamas vietas.
[0003] Technikos lygis
[0004] Šiuo metu yra žinomi keletas technikos sprendimų bei patentų, kuriuose panaudotos lanksčios žarnos ir kintamo slėgio bangų generatorius, pavyzdžiui, Lietuvos patentas 5243B (paskelbtas 2005 liepos 25d.) "CHIRURGINIS ENDOSKOPAS SU KINTAMO SLĖGIO MANIPULIATORIUMI" (išradėjai Kazimieras Juzėnas ir kt., pareiškėjas Kauno technologijos universitetas). Chirurginis endoskopas su kintamo slėgio manipuliatoriumi yra sudarytas iš kintamo slėgio bangų generatoriaus, lanksčių elementų, kuriuos deformuoja vidinio korpuso ertmėse kintantis slėgis. Šios ertmės korpuse yra sujungtos su kintamos slėgio bangų perdavimo linijomis. Slėgio bangų fazė φ kiekvienoje linijoje skiriasi 120 laipsnių.
[0005] Žinomas JAV patentas US 9492930 B2 (paskelbtas 2016 lapkričio 15d.), kuriame naudojamos specialios skerspjūvio formos elastiniai vamzdeliai, išlinkstantys padavus į juos suspaustą orą arba skystį pagal iš anksto užduotą dėsnį, konkrečiai judesio trajektorijai atlikti.
[0006] Abiejų prototipų trūkumai: norint formuoti sudėtingą endoskopo ar roboto griebto trajektoriją, reikia paduoti orą ar skystį į kelis vamzdelius, sujungtus nuosekliai, kas padidina konstrukcijos sudėtingumą bei gamybos kaštus.
[0007] Šiuo aprašymu pateikiamas naujas straublio tipo roboto manipuliatorius su elektroreologine suspensija neturi klasikinių elektros variklių, yra paprastos mechaninės konstrukcijos, lengvas, jo laisvumo laipsnių skaičius priklauso tik nuo prijungiamų prie įtampos šaltinio elektrodų skaičiaus.
[0008] Svarbu paminėti, kad naudojant naujos konstrukcijos straublio tipo roboto manipuliatorių su elektroreologine suspensija, griebto trajektorijų formavimas realizuojamas taikant specialią programinę įrangą, valdančią laike elastinio vamzdelio laisvumo laipsnių skaičių, išjungiant ir prijungiant įtampą prie konkrečių elektrodų.
[0009] Trumpas išradimo aprašymas
[0010] Išradimo tikslas – straublio tipo robotų konstrukcijos supaprastinimas, manipuliavimo mechanizmo gamybos supaprastinimas ir gamybos kainos sumažinimas, taip pat funkcinių galimybių išplėtimas - t.y. galimų realizuoti griebto konfigūracijų skaičiaus padidinimas.
[0011] Išradimas pagrįstas trijų fazių oro ar skysčio slėgio padavimu į 3-jų išilginių kamerų elastinį vamzdį, kurio išorinis paviršius padengtas elektrodais, ir kuris yra kitame elastiniame vamzdyje su įžemintu elektrodu jo vidiniame paviršiuje. Tarpelis tarp elektrodų, kur geriausias tarpelio dydis yra ∆ = 0,1...0,2mm, yra užpildytas elektroreologine suspensija, o nuo elektrodų skaičiaus priklauso roboto laisvumo laipsnių skaičius. Roboto manipuliatoriaus judesio parametrai yra valdomi keičiant elektroreologinės suspensijos klampį, išjungiant įtampą nuo konkrečių elektrodų, o nuo įtampos išjungimo trukmės bei slėgio vamzdyje fazės įtampos išjungimo momentu, priklauso griebto judesio trajektorija ir griebto erdvinis kampas.
[0012] Kintamo slėgio šaltinyje generuojami oro ar skysčio slėgiai: p1 (t) = P0 + P cos ωt; p2 (t) = P0 + P cos (ωt + 120о); p3 (t) = P0 + P cos (ωt + 240о), su besiskiriančia kas 120o faze tarp jų slėgių.
[0013] Išsamus išradimo aprašymas
[0014] 1 paveiksle pavaizduota straublio tipo roboto manipuliatoriaus su elektroreologine suspensija konstrukcijos struktūrinė schema ir elektrinio valdymo schema (Pav.1a – supaprastintas variantas su trimis straublio išlenkimo zonomis; Pav.1b – roboto elastinių vamzdelių skerspjūvis).
[0015] Straublio tipo robotą su elektroreologine suspensija konstrukciją ir valdymo sistemą sudaro :1) – 3-jų kintamų slėgių fazių p1 (t), p2 (t), p3 (t) suspausto oro ar skysčio šaltinis; (2) – straublio tipo manipuliatorius; (3) – griebtas; (4) – išorinis elastinis vamzdelis su suformuotais elektrodais jo vidiniame paviršiuje; (5) – vidinis elastinis vamzdelis, turintis 3 vidines išilgines kameras, ertmes (6), (7), (8), suformuotas taikant išilgines pertvaras (9), ant vamzdelio išorinio paviršiaus suformuoti elektrodai; (10)– storio ∆ (∆ = 0.1...0,2mm) elektroreologinės suspensijos sluoksnelis (galima panaudoti ir suspensiją su milžinišku elektroreologijos efektu, angl. Giant ERF effect); (11)– kintamo slėgio valdymo blokas, (12) – aukštos įtampos šaltinis; (13) – valdymo blokas, reguliuojantis aukštos įtampos atjungimą/prijungimą prie elektrodų ir taip užtikrinantis griebto trajektoriją {x(t), y(t), z(t), φx(t), φy(t), φz(t)}, kurią valdo blokas (14). Kad užtikrinti tarpelio ∆ stabilumą ir išorinių (4) bei vidinių (5) elastinių vamzdelių koncentriškumą, tarp jų yra patalpintas tinklelio pavidalo tarpinis elementas, kurio storis yra ∆. (Pav.1b neparodytas).
[0016] 2 paveiksle pavaizduotas į straublio tipo roboto manipuliatorių su elektroreologine suspensija paduodamų kintamų slėgių p1 (t), p2 (t), p3 (t) ir įtampos šaltinių Ui ryšys.
[0017] Veikiant straublio tipo roboto manipuliatoriui su elektroreologine suspensija, pradinėje padėtyje visi elektrodai yra prijungti prie aukštos įtampos šaltinio ir elektroreologinės suspensijos klampis yra maksimalus, todėl 3-jų kintamų slėgių fazių p1 (t), p2 (t), p3 (t) suspausto oro ar skysčio šaltinis neiššaukia didesnių elastinio vamzdelio deformacijų. Laiko momentu ɣi, trumpam laikui βi atjungus įtampą nuo elektrodų i-elektrodų zonoje (Pav.2), ši elastinio vamzdelio dalis deformuojasi ir griebtas užima naują padėtį, apibrėžiamą ɣi ir βi. Po pilno suspausto oro ciklo periodo 2π/ω griebtas užima naują padėtį ir t.t. Valdant ɣi ir βi , i = 1,2,3 dydžius, gaunama norima griebto trajektorija.
[0018] Palyginus su artimiausiu analogu, šis naujas straublio tipo roboto manipuliatorius su elektroreologine suspensija, žymiai supaprastina robotų konstrukcijas, supaprastina ir atpigina manipuliavimo mechanizmo gamybą ir išplečia funkcines galimybes, t.y. padidina galimų realizuoti griebto konfigūracijų skaičių.
[0019] Trumpas brėžinių aprašymas
[0020] Išradimas paaiškintas paveiksluose:
[0021] Pav.1 – yra pateikta straublio tipo roboto manipuliatoriaus su elektroreologine suspensija struktūrinė schema ir elektrinio valdymo schema (Pav.1a – supaprastintas variantas su trimis straublio išlenkimo zonomis; Pav.1b – roboto elastinių vamzdelių skerspjūvis);
[0022] Pav.2 – yra pateiktas į straublio tipo roboto manipuliatorių su elektroreologine suspensija paduodamų kintamų slėgių p1 (t), p2 (t), p3 (t) ir įtampos šaltinių Ui ryšys.
1. Straublio tipo roboto manipuliatorius, susidedantis iš elastinio vamzdelio, sudaryto iš trijų išilginių kamerų, ertmių, į kurias paduodamas 3-jų slėgių fazių suspausto oro ar skysčio srautas b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad tarpelis tarp išorinio ir vidinio elastinio vamzdelio užpildytas elektroreologine suspensija, keičiančia savo klampį elektriniame lauke, kurį sudaro aukštos įtampos šaltinis, prijungtas prie išorinio ir vidinio vamzdelio elektrodų, ir kurio išjungimo fazė ir laikas apsprendžia griebto judesio trajektorijos parametrus.
2. Straublio tipo roboto manipuliatorius pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad tarpelio tarp išorinio ir vidinio elastinių vamzdelių dydžio ir stabilumo užtikrinimui, tarpelyje patalpintas nelaidus elektrai, tinklelio pavidalo tarpinis elementas, kurio storis yra lygus tarpeliui tarp išorinio ir vidinio vamzdelių.