Создание механизма уравновешивания робота

Эта статья посвящена логике мышления изобретателя, постановке задачи и ее пошаговому решению. Наибольший эффект роботы приносят в массовом производстве, где необходимы одни и те же движения в течение всей смены. Для человека это утомительно. Поэтому первые роботы должны были просто повторять движения человека. Так появились, так называемые, обучаемые роботы. Особенно хорошо это видно на окрасочных роботах. Оператор брал краскопульт, расположенный на конечном звене-хоботе, и производил окраску первой детали. Все перемещения механизмов и управление краскопультом записывались в память робота. При пуске робота, информация считывалась из памяти и робот, повторяя все движения и команды, производил окраску второй детали, затем третьей и т.д. до конца смены. Для повышения точности оператора нагрузка на него в процессе обучения робота должна быть минимальной и постоянной, т.е. подвижные части робота должны быть максимально уравновешены. Для этой цели чаще всего использовались пружинные рычажные механизмы. Однако создать пружинный механизм, полностью и одинаково уравновешивающий подвижное звено робота во всех его положениях, задача не из легких. А если учесть, что пружины со временем меняют свои характеристики, то сделать это практически невозможно. Представьте себе рычаг длиной около полутора метров и массой порядка 20-30 кг, шарнирно закрепленный на поворотном вокруг вертикальной оси основании. На верхнем конце рычага закреплен второй рычаг, на свободном конце которого установлен краскопульт. Когда первый рычаг располагается строго вертикально, проблем не возникает. Стоит только оператору сделать движение вперед или назад, рычаг отклоняется и возникает момент пропорционально массе рычага и Cos угла отклонения. Причем момент создает на рукоятке краскопульта усилие, которое направлено горизонтально вдоль оси второго рычага. Для оператора это крайне неудобно. Для решения проблемыhttp://rusinventor.blogspot.com/2008/04/blog-post_20.html необходимо четко представить все происходящие в механизме процессы и причины появления вредного эффекта. Для начала рассмотрим первый рычаг, как наиболее тяжелый и наиболее влиятельный элемент, создающий дебаланс. Механический процесс вполне понятен – это поворот рычага вокруг горизонтальной оси на основании и поворот рычага вокруг вертикальной оси совместно с основанием. Физический процесс – это постоянное влияние на рычаг силы земного притяжения. Для упрощения расчетов в механике принято рассматривать действие силы тяготения как силы, приложенной к центру тяжести тела. В нашем случае, сила тяжести всегда направлена вниз, а точка ее приложения может двигаться по сфере. Вот кажется и все, чем мы будем оперировать при решении выше указанной проблемы. Устранить силу тяжести, как главного источника вредного эффекта, на сегодняшний день мы не можем. Наверное, можно ее компенсировать, подвесив на канате через блок другую массу равную массе рычага. При этом увеличится инерция системы, а чтобы направление силы компенсирующего усилия было близко к вертикальному, длина каната должна быть беспредельно велика или блок должен быть выполнен подвижным в горизонтальной плоскости. Тут, надо сразу сказать, мы допускаем ошибку. Произнося слово «подвесив», мы непроизвольно направляем ход мысли на создание усилия сверху. Надо было говорить (или мыслить): компенсировать, создав противоположное усилие. В этом случае мы не отвергали бы возможность создания усилия снизу. Исправляя ошибку, давайте рассмотрим вариант создания усилия снизу. Усилие можно создать силовым цилиндром (пневмо- или гидро), механически (реечная или винтовая передача) или используя магнит (постоянный или электро) и, соединив выходное звено с рычагом в центре тяжести, перемещать его вверх, вниз вместе с рычагом. Это вполне решаемая задача. Остается этот вертикально направленный механизм заставить самостоятельно перемещаться по горизонтальной плоскости. Если вспомнить, что рычаг установлен на оси на поворотном основании, задача сразу упрощается. Рычаг относительно основания поворачивается только в одной плоскости. Следовательно, если силовой механизм компенсации установить на основании, то механизм необходимо будет перемещать только по прямой. Можно конечно сделать любой линейный привод и связать его с положением рычага, но это очень сложная и громоздкая система. В последнем предложении предыдущего абзаца мы не зря упомянули слово «самостоятельно». Это один из принципов АРИЗа, когда все происходит само. Значит нам необходимо силовой механизм компенсации установить на основании на каком-то элементе, обеспечивающем перемещение по прямой. Для этой цели подходят любые прямолинейные направляющие: закрытые прямоугольные, круглые штанги. Если принять во внимание, что усилие будет постоянным по величине и направлению, то направляющие могут быть открытыми, т.е. могут быть выполнены в виде тележки на роликах. Именно такая конструкция легла в основу проекта. Пустотелый коробчатый рычаг был установлен на основании на оси. В точке расположения центра тяжести к нему с помощью оси был прикреплен шток гидроцилиндра, установленного вертикально на колесной тележке, перемещающейся по основанию в плоскости поворота рычага. К поршневой полости гидроцилиндра подведено постоянное давление, настраиваемое клапаном. На этом история создания мной изобретения могла бы окончиться … Но судьба распорядилась по-своему. Меня командировали на довольно продолжительное время в другую организацию. По возвращении в родную организацию конструкция опытного образца уже была сделана в металле (см. фото) и я принял участие в его испытаниях. Результат оказался отличным, и я пошел в патентный отдел насчет оформления материалов подачи заявления на изобретение. Патентовед, мой хороший знакомый, выслушав мое описание предполагаемого изобретения и улыбнувшись, достал из стола папку и показал материалы уже отправленной заявки от имени начальника отдела. Можно было после получения положительного решения по заявке подать в суд и восстановить свои права, но я не стал этого делать. Для удовлетворения своего авторского самолюбия я создал дополнительное зависимое изобретение, т.е. развил, усовершенствовал старое. Я аналогичным образом уравновесил второй рычаг и получил авторское свидетельство № 971645 Манипулятор с приоритетом от 13.04.1981. Уже при написании данной статьи, бегло просматривая описание своего изобретения, мне пришла мысль, что если бы передо мной в то время стояла задача обойти основное изобретение, я мог бы это сделать. В основном изобретении шток гидроцилиндра крепился к рычагу в точке центра тяжести. В зависимом изобретении эта точка крепления располагается на прямой соединяющей центр тяжести и ось поворота рычага, т.е. признак соединения в точке центра тяжести не используется, следовательно, патент не используется. Дальнейшее развитие обоих изобретений может быть продолжено выносом точки соединения рычага с гидроцилиндром за пределы рычага в сторону в плоскости, проходящей через центр тяжести и вдоль оси поворота рычага. На примере данной статьи я хотел продемонстрировать: 1. Насколько важно для изобретателя своевременно защитить свои авторские права. О защите своих прав нужно думать уже с момента возникновения идеи. Способы защиты самые разнообразные, начиная от справки (лучше официально заверенной) службы или руководителя организации, протокола технического совещания и кончая подачей заявки на патент. В противном случае доказать воровство вашей идеи будет крайне сложно. 2. Создавая зависимое изобретение, автор получает возможность получения принудительной лицензии или принуждения патентообладателя основного изобретения к покупке вашего патента. 3. Создавая «зависимое» изобретение, у автора появляется шанс обойти уже имеющийся патент на изобретение. Все права защищены © 2008 Балезин Н.М.