МЕХАНИЧЕСКАЯ РУКА Российский патент 1996 года по МПК B25J18/00 B25J9/12 

Предлагаемое устройство относится к области машиностроения, роботостроения и может применяться для перемещения заготовок или деталей между технологическим оборудованием. Особенно эффективно применение устройства для обслуживания высокопроизводительного оборудования, например, в холодной листовой штамповке.

Данное устройство относится к приводам, промышленным роботам колебательного, маятникового, резонансного типа с рекуперацией энергии. /"Манипуляционные системы роботов" под ред. А.И. Корендясева, М. Машиностроение, 1989 г. с. 216-263/. В устройствах используется безударный способ позиционирования, позволяющий значительно повысить быстродействие и снизить энергозатраты механизмов /см. А.с. N 992126 "Способ позиционирования подвижного исполнительного органа", Сысоев С.Н. Черкасов Ю.В./.

Известны устройства в которых исполнительный орган подпружинен на основании в среднем положении и представляет собой маятник. Фиксация его в крайних положениях на жесткие упоры производится с помощью защелок. Позиционирование исполнительного органа производится при скорости его перемещения, близкой к нулю. /Бабицкий В.И. Ковалева А.С. "Оптимальное управление в резонансных манипуляционных системах", М. Наука, журнал Машиностроение, 1986 г. N 2, стр. 21; журнал Станки и инструмент, Акинориев Г.С. Бабицкий В.И. Кондратьев В. С. Юрченко М.В. "Быстродействующий резонансный манипулятор", М. Машиностроение, N 2, 1986 г. стр. 9-11/.

Недостатками данных устройств являются наличие при позиционировании исполнительного органа на жесткий упор удара второго рода, а также низкая надежность позиционирования, накладывающие ограничения на повышение быстродействия данных механизмов. Известен способ позиционирования исполнительного органа на жесткий упор, устраняющий указанные недостатки, описанный в журнале "Станки и инструмент", И. Н. Егоров, С.Н. Сысоев, Ю.В. Черкасов "Способ позиционирования исполнительного органа", М. Машиностроение, N 7, 1988 г. стр. 7-8. Он отличается от известных тем, что при подходе к точке позиционирования исполнительный орган подхватывается устройством фиксации и принудительно выводится в требуемое положение, нагружаясь при этом.

Известно устройство, реализующее данный способ позиционирования /см. Патент РФ N 1664546 "Модуль линейного перемещения промышленного робота", Сысоев С.Н. Черкасов Ю.В./. Данное устройство состоит из каретки, установленной в корпусе с возможностью перемещения по направляющим и подпружиненной в среднем положении. Устройство фиксации каретки в крайних положениях на жесткие упоры выполнено в виде гибких лент, один конец которых кинематически связан с кареткой, а другой с корпусом и имеют возможность прилегания в крайних положениях каретки к плоской магнитной плите. Недостатком данного устройства является трудность реализации механической руки поворотного типа, а также значительные влияния движений лент на динамические процессы устройства, ограничивающие быстродействие, и значительные габаритные размеры.

Наиболее близким по технической сущности из известных является - "Механическая рука" А.с. N 568346, кл. В 25J 9/00- опубл. 5.08.77, БИ N29. Механическая рука содержит подвижные звенья и соответствующие им приводы, выполненные в виде маятника, снабженного фиксаторами крайних положений в виде электромагнитов, взаимодействующих с закрепленными на звеньях руки пластинами из магнитного или с постоянными магнитами. Недостатками данного устройства является большие энергозатраты в моменты выстоя механической руки в точке позиционирования, а также низкая надежность фиксации, возможность расфиксации исполнительного органа при сбое подачи электроэнергии.

Целью предполагаемого изобретения является снижение энергозатрат и повышение надежности работы механизма.

Поставленная цель достигается тем, что фиксаторы выполнены в виде постоянных магнитов, а также дополнительно установлены расфиксирующие устройства, выполненные, например, в виде толкателей или в виде электромагнитов, установленных с возможностью взаимодействия с пластинами из постоянных магнитов на подвижных звеньях.

Cопоставительный анализ с прототипом показывает, что фиксаторы выполнены в виде постоянных магнитов. Это позволяет удерживать подвижные звенья в точках позиционирования неограниченное количество времени и без расхода энергии. Кроме этого при случайном отключении энергопитания механической руки подвижные звенья будут зафиксированы, что значительно повышает безопасность использования предлагаемого устройства. Применение в предполагаемом изобретении устройств расфиксации, выполненных в виде электромагнитов, установленных с возможностью взаимодействия с пластинами из постоянных магнитов на подвижных звеньях улучшает динамические характеристики механической руки. Это связано с тем, что в прототипе электромагниты, выполняющие роль фиксирующих устройств, должны обладать большой мощностью, /усилие удержания и динамические нагрузки при позиционировании/ и нельзя ими корректировать /компенсировать/ разброс параметров подвижного звена при подходе его к точке позиционирования.

Применяемые в предлагаемом устройстве электромагниты выполняют как свою основную функцию расфиксации подвижных звеньев, а также функцию коррекции скорости движения подвижного звена механизма, когда магнитное поле электромагнита притягивает или отталкивает с требуемым усилием пластину из постоянного магнита при приближении подвижного звена к точке позиционирования. Небольшая мощность электромагнитов позволяет не только снизить энергозатраты, но и улучшить динамические характеристики механической руки, повышая надежность и долговечность работы.

Таким образом, заявленное устройство соответствует критерию "новизна".

Предлагаемая конструкция поясняется чертежом рис.1.

Механическая рука состоит из подвижного звена 4, шарнирно установленного в корпусе и подпружиненного в среднем положении пружинами 5. На корпусе механической руки установлены фиксаторы крайних положений в виде постоянных магнитов 1,6, а также устройства расфиксации в виде электромагнитов 7,8. На подвижном звене 4 установлены пластины 2 с возможностью взаимодействия с постоянными магнитами 6 и 1 в крайних положениях, а также пластины 3, установленные с возможностью взаимодействия с электромагнитами 7, 8 в крайних положениях.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы подвижное звено 4 выводят в крайнее правое /левое/ положение. В данном положении оно фиксируется и удерживается магнитным полем постоянного магнита 6 /1/.

При подаче команды из системы управления /на рис. не показано/ включается электромагнит 7 /8/, отталкивая своим магнитным полем пластину 3, отрывая пластину 2 от постоянного магнита 6 /1/. Подвижное звено 4 перемещается из одного крайнего положения к другому. Потенциальная энергия пружины 5 переходит в кинематическую энергию движения подвижного звена 4. После прохождения среднего положения, начинается торможение подвижного звена 4 и кинетическая энергия подвижного звена 4 переходит в потенциальную энергию пружины 5. При подходе к крайнему левому /правому/ положению подвижного звена 4 магнитные поля постоянного магнита 1 /6/ и электромагнита
8 /7/ притягивают пластины 2 и 3. Подвижное звено 4 принудительно выводится в крайнее левое /правое/ положение и фиксируется в нем. После этого электромагнит 8 /7/ отключается.

Подпитка энергией механической руки осуществляется воздействием на подвижное звено 4 электромагнитов 7,8.

В качестве устройств расфиксации могут применяться различного рода толкатели.

Таким образом во время выстоя механическая рука не требует питания энергией, что приводит к значительному сокращению энергозатрат и повышению надежности фиксации подвижного органа. Применение в качестве устройств расфиксации электромагнитов позволяет корректировать количество энергии, добавляемой подвижному звену 4, что улучшает динамические характеристики механической руки.

Изобретение относится к робототехнике и позволяет снизить энергозатраты, повысить надежность и улучшить динамические характеристики механизмов. Механическая рука состоит из подвижных звеньев, привода которых выполнены в виде маятников. В крайних положениях подвижных звеньев установлены фиксаторы и расфиксаторы. Фиксаторы представляют собой постоянные магниты 1 и 6, взаимодействующие с пластинами 2 на подвижных звеньях, выполненными из магнитных материалов или постоянных магнитов. Расфиксаторы выполнены в виде толкателей или электромагнитов 7 и 8, взаимодействующих с пластинами 3, выполненными из магнитного материала и расположенными на подвижных звеньях. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Механическая рука, предпочтительно промышленного робота, содержащая подвижные звенья и соответствующие им приводы, выполненные в виде маятников, снабженных фиксаторами крайних положений, установленных с возможностью взаимодействия с закрепленными на подвижных звеньях ответными элементами в виде пластин из магнитного материала или постоянных магнитов, отличающаяся тем, что фиксаторы крайних положений выполнены в виде постоянных магнитов, а также дополнительно установлены расфиксирующие устройства. 2. Рука по п.1, отличающаяся тем, что расфиксирующие устройства выполнены в виде электромагнитов, установленных с возможностью взаимодействия с пластинами из постоянных магнитов на подвижных звеньях.