ПРОМЫШЛЕННЫЙ РОБОТ Российский патент 1997 года по МПК B25J9/00 B25J11/00 

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

По типу привода предлагаемое устройство относится к промышленным роботам колебательного, маятникового, резонансного типа с рекуперацией механической энергии (см. "Манипуляционные системы роботов" под ред. А.И. Корендясева, М. Машиностроение, 1989, с. 216-263). В устройствах используются 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 при скорости его перемещения, близкой к нулю. (Бабитский В. И. Ковалева А.С. "Оптимальное управление в резонансных манипуляционных системах", М. Наука, журнал "Машиностроение", 1986, N 2, с. 21; журнал "Станки и инструмент", Акинориев Г.С. Бабитский В. И. Кондратьев В.С. Юрченко М.В "Быстродействующий резонансный манипулятор", М.Машиностроение, N 2, 1986, с. 9-11).

Недостатками данных устройств являются наличие при позиционировании исполнительного органа на жесткий упор удара второго рода, а также низкая надежность позиционирования, ограничивающие возможность повышения 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, с. 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 по типу привода является "Механическая рука", а. с. N 568346, кл. B 25 J 9/00, опубл. 5.08.77, БИ N 29. 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 материала или с постоянными магнитами. Недостатками данного устройства являются трудность настройки на надежное позиционирование исполнительного органа, чувствительность привода к внешним воздействиям. В связи с этим сложность применения многостепенного промышленного робота из-за взаимовлияния приводов (см. "Манипуляционные системы роботов" под ред. А.И. Корендясева, М. Машиностроение, 1989, с. 229-230).

Наиболее близким по технической сущности из известных по реализации кисти промышленного робота является "Промышленный робот", а.с. N 1293017, кл. B 25 J 11/00, опубл. 28.02.87, БИ N 8, Сысоев С.Н. Щепеткова И.М. Барыкина С. Н. Кисть механической руки выполнена с возможностью поворота относительно механической руки. Центр масс кисти смещен относительно оси поворота. И за счет инерционных сил кисть имеет возможность ориентироваться в пространстве по вектору скорости перемещения механической руки промышленного робота. Для позиционирования кисти установлено устройство фиксации управляемое системой управления. Недостатком данного устройства является низкое быстродействие фиксации и расфиксации кисти относительно механической руки, сложность системы управления и необходимость устранения взаимовлияния приводов механической руки и кисти промышленного робота.

Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции и улучшение динамических характеристик за счет использования свойств взаимовлияния приводов.

Поставленная цель достигается тем, что подвижное звено кисти выполнено со смещением центра масс относительно оси механической руки и подпружинено к центру поворота механической руки, а фиксаторы крайних положений кисти выполнены в виде кулачка с возможностью фиксации ее положения от поворота в зоне крайних положений вдоль оси механической руки.

Сопоставительный анализ с прототипами показывает, что кисть установлена на механической руке с возможностью поворота относительно оси механической руки, а также с возможностью продольного перемещения вдоль механической руки. Центр масс подвижного звена кисти смещен относительно оси механической руки. Фиксаторы крайних положений кисти выполнены в виде кулачка с возможностью ее положения от поворота в зоне крайних положений вдоль оси механической руки. Такое выполнение промышленного робота позволяет производить перемещение кисти за счет энергии механической руки. Перемещение кисти в определенные моменты времени, задаваемые характеристиками движения механической руки, улучшает ее динамические характеристики. Предлагаемая реализация фиксаторов крайних положений кисти позволяет производить автономное управление ее перемещением.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Предлагаемая конструкция поясняется кинематической схемой промышленного робота, показанной на фиг. 1.

Промышленный робот состоит из механической руки 2, шарнирно установленной в корпусе и подпружиненной в среднем положении пружиной. На корпусе установлены фиксаторы крайние положений в виде электромагнитов 12, 13, установленных с возможностью взаимодействия с пластинами 3 на механической руке 2. На механической руке 2 установлено подвижное звено 9 кисти с возможностью продольного перемещения вдоль оси механической руки 2 и поворота вокруг нее. На кисти установлены фиксаторы 9 и 10, выполненные с возможностью взаимодействия с ячейками 4, 5, 7, 11 фиксаторов механической руки 2. Подвижное звено 9 кисти подпружинено в среднем положении и к центру поворота механической руки 2 пружиной 6.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы механическую руку 2 выводят в крайнее правое (левое) положение, а подвижное звено 9 кисти в крайнее правое (левое) положение, фиксируя фиксаторами 10 в ячейке 11 (4). Электромагнит 12 (13) удерживает механическую руку 2, взаимодействуя с пластинами 3.

При подаче команды из системы управления (на рис. не показано) переключается электромагнит 12 (13), отталкивая пластину 3. Механическая рука 2 начинает перемещаться из одного крайнего положения в направлении к другому. Потенциальная энергия пружины 1 переходит в кинематическую энергию движения механической руки 2, которая начинает разгоняться. При этом на подвижное звено 9 кисти действует инерционные и центробежные силы. Под действием этих сил подвижное звено 9 перемещается вдоль оси механической руки 2, сжимая пружину 6 и занимая крайнее правое (левое) положение. При этом фиксатор 10 выходит из зацепления с ячейкой фиксатора 11 (4), а затем фиксатор 8 взаимодействует с ячейкой 7 (5) фиксатора механической руки 2 препятствуя повороту подвижного звена 9.

После прохождения среднего положения механической руки 2, начинается торможение и переход ее кинематической энергии в потенциальную энергию пружины 1. При подходе к крайнему левому (правому) положению механической руки 2 снижается ее скорость и величина центробежных сил, что приводит к перемещению пружиной 6 подвижного звена 9 кисти в направлении к центру поворота механической руки 2. При этом происходит расфиксация подвижного звена 9 от его поворота относительно оси механической руки 2. Под действием инерционных сил и усилий пружины 6 происходит поворот подвижного звена 9 в направлении крайнего левого положения, а затем фиксация его за счет взаимодействия фиксатора 10 с ячейкой фиксатора 4 (11) механической руки 2. Перемещение подвижного звена 9 кисти влияет на закон движения механической руки 2 сначала более резко тормозя ее, а затем способствует более плавному движению к крайнему положению. В крайнем левом (правом) положении происходят фиксация механической руки 2 и удержание ее в этом положении электромагнитом 13 (22).

Угол поворота подвижного звена 9 относительно оси механической руки задается расположением фиксирующих ее элементов 4, 5, 7, 8.

Таким образом, предложенное выполнение промышленного робота упрощает его конструкцию и повышает надежность его безударного позиционирования.

Изобретение относится к области машиностроения, роботостроения и может применяться для перемещения заготовок или деталей между технологическим оборудованием. Промышленный робот состоит из поворотного звена механической руки 2 и поворотного звена кисти 9, выполненных в виде маятника с пружинами 1 и снабженных фиксаторами крайних положений. Центр масс подвижного звена 9 кисти смещен относительно оси механической руки, и оно установлено с возможностью продольного перемещения вдоль оси механической руки и подпружинено к центру поворота механической руки. Фиксаторы крайних положений выполнены в виде кулачка с возможностью фиксации ее положения от поворота в зоне крайних положений вдоль оси механической руки. 1 ил.

Промышленный робот, включающий поворотное звено механической руки и поворотное подвижное звено кисти, выполненное в виде маятника с пружинами, снабженное фиксаторами крайних положений и установленное на поворотном звене механической руки с возможностью поворота относительно ее оси, отличающийся тем, что центр масс подвижного звена кисти смещен относительно оси механической руки, и оно установлено с возможностью продольного перемещения вдоль оси механической руки и подпружинено к центру поворота механической руки, а фиксаторы крайних положений кисти выполнены в виде кулачка с возможностью фиксации ее положения от поворота в зоне крайних положений вдоль оси механической руки.