МАНИПУЛЯТОР Российский патент 1997 года по МПК B25J11/00 

Изобретение относится к области машиностроения и другим областям, где необходимо обеспечить координатное перемещение рабочего органа.

Известна конструкция манипулятора (а.с. N 1618640, кл, B 25 11/00 с приоритетом от 23.05.88), состоящего из портала с горизонтальными направляющими, каретки, установленной в этих направляющих и имеющих вертикальные направляющие, стрелы, установленной в направляющих каретки, а также гибкого элемента, который соединен одним концом с противовесом и проходит через блоки, шарнирно установленные на каретке, второй конец гибкого элемента жестко связан с порталом.

Недостатком данной конструкции является возможность перемещения полезного груза только в одной (вертикальной плоскости).

Наиболее близким техническим решением является манипулятор (а.с. N 1530434, кл B 25 J 11/00 с приоритетом от 19.05.84), состоящий из портала, на котором с помощью направляющих последовательно расположены продольная, поперечная и вертикальная каретки, а также трособлочной системы с противовесами, блоки которой смонтированы на портале и каретках. Трособлочная система включает в себя два троса, один конец каждого из которых закреплен на портале, а другой на соответствующем противовесе. Один трос последовательно охватывает блоки поперечной и вертикальной кареток, а другой блоки поперечной каретки.

Недостатками данного манипулятора, принимаемого в качестве прототипа как наиболее близкого к заявляемому по технической сущности, являются:
1) повышенная сложность конструктивного исполнения, связанная с наличием в манипуляторе двух трособлочных систем механизма уравновешивания. Это влечет за собой дополнительное количество блоков и мест заделки тросов, а также повышенную суммарную протяженность тросов из-за параллельного их наличия на каретках;
2) повышенное усилие перемещения груза в горизонтальной плоскости, т.к. передача усилия с одной трособлочной системы на другую осуществляется не непосредственно тросами, а посредством поперечной каретки, которая своим плавающим положением может вносить рассогласование, уравновешивающее взаимодействие двух трособлочных систем.

Техническая задача, решаемая предлагаемым манипулятором, заключается в повышении надежности его функционирования. Это достигается уменьшением в уравновешивающем механизме элементов (блоков и мест заделки троса), которые могут привести к отказу манипулятора, а также уменьшением длины троса, что, в свою очередь, снижает его релаксацию при длительной эксплуатации и повышает его продольную жесткость. Кроме того, динамические характеристики манипулятора улучшены путем исключения из уравновешивающего механизма влияния поперечной каретки.

Для достижения технического результата в известной конструкции, содержащей последовательно расположенные в направляющих продольную, поперечную и вертикальные каретки, трособлочную систему с противовесом, часть блоков трособлочной системы закреплена на продольной и вертикальной каретках и по крайней мере один блок жестко закреплен вне кареток. Согласно изобретению трособлочная система выполнена с одним тросом, который охватывает жестко закрепленный блок и последовательно блоки продольной каретки, блок поперечной каретки с одной стороны, блок вертикальной каретки и блок поперечной каретки, блоки продольной каретки с другой стороны. Блоки трособлочной системы на каретках выполнены осесимметрично относительно плоскостей симметрии манипулятора. Один конец троса можно жестко закрепить, или противовесы, равные по массе, могут быть прикреплены к обоим концам троса, охватывающим жестко закрепленные блоки.

Выполнение трособлочной системы с одним тросом и симметричной дало возможность исключить места заделки тросов и некоторое количество блоков, что упростило конструкцию манипулятора и, кроме того, позволило передавать усилие оператора только через трос и блоки, минуя каретку манипулятора, что соответственно улучшило динамические характеристики манипулятора и снизило прилагаемое усилие. Последнее достигнуто, в частности, благодаря симметричности всей трособлочной системы, что максимально уравновешивает возникающие в манипуляторе усилия.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан общий вид манипулятора, где 1 каретка продольного перемещения, 2 каретка поперечного перемещения, 3 каретка вертикального перемещения, 4 рабочий орган (захватное устройство), 5 полезный груз, 6 11, 15 и 16 блоки трособлочной системы, 12 направляющая продольной каретки, 13 противовес, 14 трос, 17 направляющая поперечной каретки.

Манипулятор содержит продольную каретку 1, обеспечивающую перемещение в направлении оси X, установленную на направляющей 12. Поперечная каретка 2 размещена в направляющих 17, выполненных на продольной каретке, и обеспечивает перемещение вдоль оси Y. Вертикальная каретка 3 закреплена на каретке поперечного перемещения 2, обеспечивает перемещение в вертикальном направлении по оси Z и выполнена в виде телескопической колонны. Блоки трособлочной системы 8, 9, 10, 11 установлены на продольной каретке 1, а блоки 6, 7,15, 16 установлены на поперечной каретке 2. Блок 15 установлен в центре торца вертикальной каретки 3. Трос 14 с закрепленным противовесом 13 охватывает последовательно блоки 10, 8, 6, 15, 7, 9, 11 и 16. Блоки 10, 8, 6 размещены по одну сторону плоскости симметрии манипулятора, а блоки 11, 9, 7 симметрично по другую. Возможен также вариант исполнения манипулятора, когда один конец троса жестко закреплен вместо блока 16 и, соответственно, здесь противовес 13 отсутствует.

При перемещении поперечной каретки 2 по направляющим 17 продольной каретки 1, а также продольной каретки 1 по направляющим 12 противовесы не меняют своего исходного положения, т.к. каретки обкатываются блоками 10, 8, 6, 15, 7, 9, 11 по тросу 14.

При перемещении каретки 3 вниз противовесы 13, связанные с ней тросом через блоки трособлочной системы, уравновешивают массу вертикальной каретки 3 с ее полезным грузом, равно перемещаясь вверх, при этом в варианте с двумя противовесами или с одним усилие оператора одинаково.

Использование предлагаемого устройства по сравнению с известными обеспечивает следующие преимущества:
1) уравновешивающее усилие постоянно и минимально при перемещении полезной нагрузки;
2) простота конструкции.

Использование: для обеспечения координатного перемещениея рабочего органа. Манипулятор содержит последовательно расположенные в направляющих продольную, поперечную и вертикальную каретки, трособлочную систему с противовесом. Часть блоков закреплена на продольной, поперечной и вертикальной каретках. По крайней мере один из блоков жестко закреплен вне кареток. Трособлочная система содержит один трос, который охватывает жестко закрепленный блок и последовательно блоки продольной каретки, блок поперечной каретки с одной стороны, блок вертикальной каретки и блок поперечной каретки, блоки продольной каретки с другой стороны. 3 з.п. ф-лы. 1 ил.

1. Манипулятор, содержащий основание, последовательно расположенные в направляющих продольную, поперечную и вертикальную каретки, трособолочную систему с противовесами, часть блоков которой закреплены на продольной и вертикальной каретках и по крайней мере один блок жестко закреплен на основании, отличающийся тем, что трос трособлочной системы огибает блок основания и последовательно огибает блоки продольной каретки, блок поперечной каретки с одной стороны, по одному блоку вертикальной и поперечной кареток, а также блоки продольной каретки с другой стороны. 2. Манипулятор по п.1, отличающийся тем, что блоки трособлочной системы на каретках расположены осесимметрично относительно плоскостей симметрии манипулятора. 3. Манипулятор по п.1, отличающийся тем, что один конец троса жестко закреплен на основании. 4. Манипулятор по п.1, отличающийся тем, что на основании жестко закреплен второй блок и каждый конец троса огибает соответствующий блок основания, при этом к обоим концам троса прикреплены равные по массе противовесы.