КИСТЬ РУКИ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА Российский патент 1995 года по МПК B25J17/00 B25J1/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к промышленным роботам, применяемым для автоматизации технологических процессов, в частности для обработки облоя, опиловки заусенцев, полировке и т.д.

Наиболее близким к изобретению является шарнирная головка для промышленных роботов (Заявка ФРГ, N 3219292, кл. В 25 J 13/00), принятая за прототип, в которой две оси вращения с общей точкой пересечения обеспечиваются минимальным количеством конических зубчатых колес. Головка содержит основание, в котором размещены качающийся корпус инструментального шпинделя, жестко связанный с валом качания, механизм качания, образованный наружным приводным валом с конической шестерней, сцепленной с поворотным колесом корпуса, центральный приводной вал, коническая шестерня которого сцеплена с промежуточным зубчатым колесом, установленным на валу качания с возможностью вращения относительно него и сцепленным с конической шестерней привода инструментального шпинделя. Качающийся корпус инструментального шпинделя загерметизирован от внешней среды трубчатым гибким гофрированным элементом, один конец которого закреплен на корпусе, а другой - на основании головки.

Однако данное конструктивное исполнение не обеспечивает надежной герметизации и ограничивает угол качания инструментального шпинделя шарнирной головки. Это определено тем, что закрепление на корпусе инструментального шпинделя поворотного конического колеса и наличие промежуточного конического колеса приводит к тому, что подвижная рабочая зона инструментального шпинделя и неподвижная зона основания сопрягаются через промежуточное коническое колесо, уплотнить которое известными стандартными средствами, например манжетами, невозможно. Поэтому для герметизации такого соединения необходимо применять наружный гофрированный рукав, который накладывает ограничение по углу качания корпуса инструментального шпинделя, часто повреждается, особенно при функционировании робота в зонах с ограниченным свободным пространством, а также разрушается из-за длительных циклических нагрузок на гофры рукава.

Другим недостатком прототипа является снижение в процессе эксплуатации точности позиционирования и точности обхода по обрабатываемому контуру инструмента, закрепленного в инструментальном шпинделе, что обусловлено износом зубчатой конической передачи. Это ограничивает применение роботов с подобными кистями в чистовой обработке, точной сварке, сборке и т.д.

Цель изобретения - повышение надежности путем обеспечения надежной герметизации кисти промышленного робота, а также создание конструкции, обеспечивающей сохранение точности позиционирования кисти за весь период эксплуатации. Предложенное решение позволяет создавать малогабаритные, простые по конструкции с надежной герметизацией модели кисти промышленных роботов, которые позволяют сохранять точностные параметры робота за весь период эксплуатации.

Это достигается тем, что в изобретении промежуточное зубчатое колесо жестко соединено с вал-шестерней, зубчатый венец которой сцеплен с конической шестерней инструментального шпинделя, а вал качания выполнен в виде двух ступиц, жестко связанных с корпусом инструментального шпинделя и снабженных уплотняющими элементами, взаимодействующими с ответными элементами основания, при этом механизм качания выполнен в виде передачи с гибкими незамкнутыми звеньями, ведомый шкив которой закреплен на валу качания.

Передача вращения с приводного вала на коническую шестерню инструментального шпинделя не непосредственно через промежуточное колесо, а через дополнительную вал-шестерню, жестко соединенную с промежуточным зубчатым колесом, позволяет между их зубчатыми венцами выполнить герметичное сопряжение подвижной зоны инструментального шпинделя с неподвижной зоной основания, т.е. установить в данном месте стандартные надежные уплотнения. Выполнение вала качания в виде двух ступиц позволяет организовать на них уплотняющие элементы, взаимодействующие с соответствующими ответными элементами основания, а также обеспечить удобство сборки кисти.

Выполнение механизма качания корпуса инструментального шпинделя, определяющего точность позиционирования кисти робота, в виде передачи с гибкими незамкнутыми звеньями, ведомый шкив которой жестко закреплен на валу качания, позволяет исключить влияние срока эксплуатации на точность робота, поскольку гибкие звенья, например две незамкнутые металлические ленты, одна из которых вращает ведомый шкив в одну сторону, а другая - в другую, практически не изнашиваются, поскольку нет трения скольжения, присутствующего во всех типах зубчатых передач.

На фиг.1 изображен разрез кисти промышленного робота с механизмом качания корпуса инструментального шпинделя в виде конической зубчатой передачи; на фиг.2 - кисть промышленного робота с механизмом качания в виде передачи с гибкими незамкнутыми металлическими лентами, разрез.

Кисть промышленного робота содержит основание 1, в котором на опорах 2, установленных на ступицах 3, 4, поворачивается качающийся корпус 5 инструментального шпинделя, с которым жестко соединены ступицы 3 и 4. В ступице 3 на опорах размещена вал-шестерня 6, с которой жестко соединено промежуточное зубчатое коническое колесо 7, сцепленное с конической шестерней 8 центрального приводного вала 9 инструментального шпинделя. Зубчатый венец 10 вал-шестерни 6 сцеплен с конической шестерней 11 инструментального шпинделя 12. На ступице 4 закреплено поворотное коническое колесо 13, сцепленное с конической шестерней 14, закрепленной на наружном приводном валу 15 механизма качания, установленного на опорах 16 в основании.

Кисть промышленного робота функционирует следующим образом. Качание корпуса 5 инструментального шпинделя осуществляется по кинематической цепи от двигателя (на чертеже не показан) на наружный вал 15 с конической шестерней 14, поворотное коническое колесо 13 и ступицу 4. Вращение инструментального шпинделя 12 осуществляется от двигателя (на чертеже не показан) через центральный приводной вал 9 с конической шестерней 8 на коническое промежуточное колесо 7, вал-шестерню 6 с зубчатым венцом 10 и коническую шестерню 11.

Кисть промышленного робота с неизнашиваемым механизмом качания (см. фиг. 2) отличается тем, что на ступице 4 вместо конического колеса установлен ведомый шкив 17, на котором закреплены концы незамкнутых металлических лент 18 и 19, противоположные концы которых закреплены на ведущем шкиву, установленному на валу двигателя (на чертеже не показан). Одна из лент обеспечивает вращение ведомого шкива в одну сторону, а другая - в противоположную. Работа кисти аналогична кисти промышленного робота, изображенной на фиг.1.

Исполнение кисти промышленного робота, при котором промежуточное коническое колесо соединено с вал-шестерней, зубчатый венец которой сцеплен с конической шестерней инструментального шпинделя, а вал качания выполнен в виде двух ступиц, жестко связанных с корпусом инструментального шпинделя и снабженных уплотняющими элементами, взаимодей- ствующими с ответными элементами основания, позволяет надежно загерметизировать подвижные части кисти от действия внешней среды без увеличения габаритов с помощью стандартных уплотнений и при расширении ее рабочей зоны.

Выполнение механизма качания кисти в виде передачи с гибкими незамкнутыми лентами, ведомый шкив которой закреплен на валу качания, позволяет сохранить точность кисти на весь период эксплуатации, так как металлические ленты и шкивы практически не изнашиваются. Это особенно важно для роботов, в инструментальном шпинделе которых закрепляется обрабатывающий инструмент, например фреза, наждачный круг и т.д., которым осуществляется обработка высокоточных деталей (опиловка заусенцев, обработка облоя, шлифовка и т.д.).

Предложенное решение найдет широкое применение в робототехнике и других аналогичных механизмах, работающих в запыленной и агрессивной среде.

Использование: в промышленном роботе, в частности в машиностроении. Кисть промышленного робота имеет две степени свободы. В основании 1 размещены качающийся корпус 5 с инструментальным шпинделем, механизм качания, центральный (или внутренний) приводной вал 9 с конической шестерней 8, сцепленной с промежуточным коническим колесом 7, установленным на валу 6 качания и имеющим возможность вращения относительно него. Промежуточное коническое колесо жестко соединено с валом 6, его зубчатый венец сцеплен с конической шестерней инструментального шпинделя. Вал качания выполнен в виде двух ступиц 3 и 4, жестко связанных с корпусом инструментального шпинделя и снабженных уплотняющими элементами, взаимодействующими с ответными элементами основания. Механизм качания может быть выполнен в виде передачи с гибкими незамкнутыми звеньями, ведомый шкив которой закреплен на валу качания. 2 ил.

КИСТЬ РУКИ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА, содержащая основание, в котором размещены инструментальный блок, имеющий корпус и шпиндель с коническим зубчатым колесом, два коаксиально расположенных приводных вала с коническими зубчатыми колесами, основной промежуточный вал с коническим зубчатым колесом, кинематически связанным с наружным приводным валом и жестко связанным с корпусом инструментального блока, а также дополнительное коническое зубчатое колесо, кинематически связанное с внутренним приводным валом, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным промежуточным валом, имеющим коническое зубчатое колесо, кинематически связанное со шпинделем инструментального блока, причем дополнительное коническое зубчатое колесо жестко смонтировано на этом промежуточном валу, а основной промежуточный вал выполнен в виде двух ступиц, герметизированных относительно основания, и оси промежуточных валов совпадают.