УСТРОЙСТВО ТИПА "РУКА" ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2002 года по МПК B25J18/04 

Предлагаемое изобретение относится к комбинированным механизмам со сложным движением выходных звеньев, которые применяются для выполнения вспомогательных операций при обслуживании технологических машин, станков, прессов и устройств различного назначения. Такие манипуляционные механизмы, имитируя определенные движения рук человека, обеспечивают захват изделия (объекта манипулирования), его перемещение из одной позиции в другую, освобождение и передачу изделия.

Известно, например, манипуляционное устройство, обеспечивающее захват изделия, его перемещение по дуге окружности и освобождение, содержащее исполнительный механизм с губками для захвата изделий, механизм поворота и гидропривод (Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1987. - С. 9 и 10, рис.а).

Основным недостатком данного устройства является усложненность привода и малая частота повторения рабочих циклов, т.е. невысокая производительность. Указанный недостаток является результатом использования отдельных двигателей для механизмов захвата и поворота, а также применения тихоходного гидравлического привода. Недостаток особенно ощутим при агрегатировании устройства с машинами-автоматами и линиями высокой производительности.

Известно также устройство типа "рука" для передачи предметов, выполненное в виде комбинированного механизма, содержащего исполнительный механизм с губками для захвата предметов, передаточный механизм и привод (Патент 2154569 (РФ), опубл. в Б.И. и П.М., 2000. - 23 - прототип).

Основным недостатком прототипа является относительно большое число движущихся масс (конструктивных элементов) и пар трения, наличие гибкой связи между приводом и исполнительным механизмом, которые приводят к завышению энергозатрат на процесс передачи предметов и снижению точности работы выходных звеньев с губками для захвата предметов. Прототип содержит 12 конструктивных элементов, совершающих движения, и 13 пар трения. Движущиеся массы и трение в сопряжениях звеньев увеличивают энергозатраты на реализацию процесса, а наличие зазоров в большом числе сопряжений звеньев и применение гибкой связи не способствуют точности функционирования выходных звеньев исполнительного механизма.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности работы устройства
Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве типа "рука" для передачи изделий, содержащем комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма с выходным звеном, исполнительного механизма с ведущими и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий, и привода, выходные звенья исполнительного механизма подвижно сопряжены с выходным звеном передаточного механизма, а ведущие звенья выполнены в виде неподвижного копира.

Передаточный механизм выполнен в виде кулачково-рычажного механизма с выходным звеном в виде толкателя.

Неподвижный копир выполнен в виде плиты, жестко закрепленной на стойке, при этом в теле плиты выполнены продольные фигурные пазы для сопряжения с выходными звеньями исполнительного механизма.

Подвижное сопряжение выходных звеньев передаточного и исполнительного механизмов содержит палец, жестко закрепленный на свободном конце выходного звена передаточного механизма.

Губки для захвата изделий жестко закреплены на выходных звеньях исполнительного механизма, при этом упомянутое закрепление выполнено разъемным.

Кулачково-рычажный механизм содержит ведущее звено, выполненное в виде кулачка, кинематически связанного с выходным звеном.

На свободных концах выходных звеньев исполнительного механизма смонтированы ролики для взаимодействия с фигурными пазами копира.

Кинематическая связь кулачка с выходным звеном содержит коромысло и шатун, при этом коромысло подвижно сопряжено с кулачком и шатуном, а последний шарнирно связан с выходным звеном.

Передаточный механизм удовлетворяет следующему минимальному углу передачи
μ_min = 90^°-(γ/2), (1)
где μ_min - фактический минимальный угол передачи;
γ - полный угол размаха коромысла.

Заявляемое устройство отличается от прототипа сочетанием конструктивных элементов и наличием связи между элементами, обеспечивающими упрощение конструкции и повышение эффективности работы. В предлагаемом устройстве ведущие кулачки исполнительного механизма занимают фиксированное положение относительно неподвижной стойки. Они не совершают движения с выходным звеном передаточного механизма, не совершают они и вращательного движения. Кроме того, в предлагаемом устройстве нет системы гибкой связи между приводом и исполнительным механизмом. В целом эти отличия определяют преимущества предлагаемого устройства.

Выполнение ведущих звеньев исполнительного механизма в виде неподвижного копира, а выходного звена передаточного механизма в виде толкателя, с которым шарнирно соединены выходные звенья исполнительного механизма, упрощает конструкцию устройства и снижает энергозатраты на выполнение процесса передачи изделий. Это следует из того, что в предлагаемом устройстве, в сравнении с прототипом, нет системы гибкой связи между механизмами, ведущие звенья исполнительного механизма не совершают возвратно-поворотного движения вместе со звеньями передаточного механизма, не совершают они и вращательного движения.

Выполнение передаточного механизма в виде кулачково-рычажного механизма с выходным звеном в виде толкателя имеет двоякую цель. Во-первых, при этом обеспечивается движение выходных звеньев исполнительного механизма вместе с толкателем передаточного механизма по любому заданному закону, в том числе и по наиболее предпочтительному закону. Во-вторых, при этом обеспечивается движение выходных звеньев исполнительного механизма, несущих губки для захвата изделий по прямолинейной траектории, технологически более предпочтительной для большей части передаваемых изделий. Кроме того, уменьшается длина пути переноса изделий от позиции "схвата" изделия до позиции его выдачи.

Выполнение копира в виде плиты, жестко закрепленной на стойке, с продольными фигурными пазами для сопряжения с выходными звеньями исполнительного механизма обеспечивает поворотное движение губок с выстоями заданной продолжительности и по заданному закону движения. При поступательном движении толкателя аналогичное поступательное движение сообщается выходным звеньям с губками для захвата изделий, при этом в результате взаимодействия копира с выходными звеньями последним сообщается возвратно-поворотное движение с выстоями требуемой продолжительности относительно толкателя. Следовательно, посредством неподвижного копира при поступательном движении толкателя передаточного механизма генерируется возвратно-поворотное движение выходных звеньев с губками для захвата изделий. Иными словами, сложное движение выходных звеньев с губками обеспечивается не двумя, а одним подвижным звеном - толкателем, другое звено - копир занимает при этом неподвижное положение. В результате уменьшается число движущихся масс и снижаются энергозатраты на процесс передачи изделий.

Подвижное сопряжение (шарнирная связь) толкателя передаточного механизма с выходными звеньями исполнительного механизма, выполненное посредством пальца, жестко закрепленного на свободном конце толкателя, является более технологичным решением, чем крепление пальца, например, на одном из выходных звеньев исполнительного механизма. Такой палец обеспечивает надежную шарнирную связь толкателя с выходными звеньями исполнительного механизма.

Крепление губок к выходным звеньям, смонтированным на пальце, оказывается более технологичным решением, чем возможное шарнирное крепление губок на пальце и связь с ними выходных звеньев. Это определяется тем, что форма губок зависит от формы передаваемых изделий, так что смена ассортимента нередко приводит к необходимости замены губок. Разъемное крепление губок к выходным звеньям представляется более технологичным.

Выполнение ведущего звена передаточного механизма в виде кулачка имеет свои преимущества. Путем выбора соответствующего профиля кулачка можно обеспечить движение толкателя по наиболее предпочтительному закону. Например, можно выбрать закон безударного движения толкателя, а следовательно, и выходных звеньев с губками для захвата изделий.

Применение роликов на выходных звеньях исполнительного механизма уменьшает износ рабочих профилей фигурных пазов копира. Это способствует сохранению точности функционирования губок устройства. Кроме того, применение роликов снижает силы трения, возникающие между сопрягаемыми элементами.

Применение в кинематической связи кулачка с толкателем промежуточных звеньев, выполненных в виде коромысла и шатуна, дает возможность обеспечить необходимый ход толкателя вне выраженной связи хода толкателя с размерами кулачка. Это расширяет технологические возможности устройства в плане возможности его использования при разных длинах между позициями "схвата" и выдачи изделия.

Предложенная кинематическая цепь передаточного механизма оказывается благоприятной и в плане изменения угла передачи, определяющего силовую работоспособность механизма. Из формулы (1) видно, что в любом текущем положении механизма угол передачи зависит только от величины размаха коромысла. При этом минимальный угол передачи имеет место на границах интервалов рабочего и холостого ходов толкателя. Из этого следует, что при заданном (постоянном) угле размаха коромысла изменение пути между позициями "схвата" и выдачи изделия не влияет на силовую работоспособность передаточного механизма. Это позволяет без ущерба для силовой работоспособности, а следовательно, и расхода мощности варьировать выбор пути толкателя.

Предлагаемое устройство типа "рука" для передачи изделий поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена кинематическая схема устройства; на фиг. 2 - схема к расчету угла передачи.

Устройство содержит комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма 1, исполнительного механизма 2 с губками 3 для захвата изделий и привода 4.

Механизм 1 включает кулачок 5, жестко закрепленный на валу 6 привода 4, выходное звено (толкатель) 7 и промежуточные звенья: коромысло 8 и шатун 9, при этом коромысло 8 шарнирно связано со стойкой 10 и подвижно сопряжено с кулачком 5 и шатуном 9, последний щарнирно связан с толкателем 7.

Исполнительный механизм 2 выполнен в виде неподвижного копира 11 с фигурными пазами 12 и 13 и выходных звеньев 14 и 15 с жестко закрепленными на них губками 4 для захвата изделий. Звенья 14 и 15 шарнирно связаны с выходным звеном 7 передаточного механизма посредством пальца 16, жестко закрепленного на толкателе 7. На свободных концах звеньев 14 и 15 смонтированы ролики 17 и 18 для взаимодействия с фигурными пазами 12 и 13 копира 11, который жестко закреплен на неподвижной стойке 19. Толкатель 7 подвижно сопряжен с неподвижной направляющей 20 со сквозным продольным отверстием, форма поперечного сечения которого соответствует форме сечения толкателя.

Форма губок 3 соответствует форме передаваемых изделий, при захвате и переносе изделия обеспечивается сопряжение губок с изделием по большей части периметра последнего.

Текущий угол передачи, определяющий силовую работоспособность передаточного механизма, в том числе и минимальное значение угла, удовлетворяют выражению (1) и расчетной схеме на фиг. 2. При этом, однако, минимальный угол μ_min вычисляют по полному углу γ размаха коромысла 8, а текущее значение угла μ_i передачи определяют по соответствующему текущему значению угла γ_i размаха коромысла.

Устройство типа "рука" для передачи изделий работает следующим образом.

При работе привода 4 вал 6 с закрепленным на нем кулачком 5 совершает вращательное движение, которое посредством коромысла 8 и шатуна 9 преобразуется в возвратно-поступательное движение толкателя 7, состоящее из рабочих и холостых ходов.

При движении толкателя 7 ролики 17 и 18 выходных звеньев 14 и 15 исполнительного механизма взаимодействуют с фигурными пазами 12 и 13 копира 11, сообщая выходным звеньям 14 и 15 поворотные движения и выстои относительно звена 7 передаточного механизма. При этом губки 3 выполняют аналогичные поворотные движения и выстои. Кроме того, при движении звена 7 выходные звенья 14 и 15 совершают возвратно-поступательное движение, перемещаясь от позиции "схвата" до позиции выдачи изделия (рабочий ход) и обратно (холостой ход).

Началу рабочего хода устройства соответствует его положение, при котором выходное звено 7 механизма 1 находится в крайнем положении, соответствующем границе интервалов рабочего и холостого ходов. При этом губки 3 разжаты и готовы для "схвата" изделия.

В интервале рабочего хода устройства губки 3 занимают сжатое положение, выполняя операцию переноса изделия в позицию выдачи, при этом губки удерживают изделие, переносимое по прямолинейной траектории.

По завершении рабочего хода губки 3 разжимаются и перестают удерживать изделие, переданное из одной позиции в другую. При выполнении холостого хода устройства губки занимают сжатое положение как и при рабочем ходе.

Губки 3, закрепленные на выходных звеньях 14 и 15 исполнительного механизма 2, могут совершать поворотные движения относительно толкателя 7 и выстои заданной продолжительности одновременно или последовательно со смещением во времени. Этим обеспечивается возможность выбора закона движения губок, предпочтительного для передаваемых изделий.

В интервале кинематического (рабочего) цикла устройства губки 3 совершают сложное движение, состоящее из двух простых движений: возвратно-поворотного с выстоями относительно звена 7 и возвратно-поступательного движения по прямолинейной траектории вместе со звеном 7.

Применение исполнительного механизма, в котором ведущие звенья выполнены в виде копира, а выходные шарнирно связаны с выходным звеном передаточного механизма, выполненным в виде толкателя, дает возможность упростить конструкцию устройства и повысить эффективность его работы.

Изобретение относится к комбинированным механизмам со сложным движением выходных звеньев, которые применяются для выполнения вспомогательных операций при обслуживании машин и устройств различного назначения. Устройство содержит комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма с входным звеном, исполнительного механизма с ведущими и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий, и привода. Выходные звенья исполнительного механизма подвижно сопряжены с выходным звеном передаточного механизма, а ведущие звенья выполнены в виде неподвижного копира. Копир выполнен в виде плиты, жестко закрепленной на стойке. При этом в теле плиты выполнены продольные фигурные пазы для сопряжения с выходными звеньями исполнительного механизма. Подвижное сопряжение выходных звеньев передаточного и исполнительного механизмов выполнено посредством пальца, жестко закрепленного на свободном конце выходного звена передаточного механизма. На свободных концах выходных звеньев исполнительного механизма смонтированы ролики для взаимодействия с фигурными пазами копира. Изобретение позволит снизить энергозатраты на процесс передачи изделий и расширить технологические возможности устройства. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство типа "рука" для передачи изделий, содержащее комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма с входным звеном, исполнительного механизма с ведущими и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий, и привода, отличающееся тем, что выходные звенья исполнительного механизма подвижно сопряжены с выходным звеном передаточного механизма, а ведущие звенья выполнены в виде неподвижного копира. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передаточный механизм выполнен в виде кулачково-рычажного механизма с выходным звеном в виде толкателя. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что неподвижный копир выполнен в виде плиты, жестко закрепленной на стойке, при этом в теле плиты выполнены продольные фигурные пазы для сопряжения с выходными звеньями исполнительного механизма. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подвижное сопряжение выходных звеньев передаточного и исполнительного механизмов выполнено посредством пальца, жестко закрепленного на свободном конце выходного звена передаточного механизма. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что губки для захвата изделий жестко закреплены на выходных звеньях исполнительного механизма, при этом упомянутое закрепление губок выполнено разъемным. 6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что кулачково-рычажный механизм содержит ведущее звено, выполненное в виде кулачка, кинематически связанного с выходным звеном. 7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что на свободных концах выходных звеньев исполнительного механизма смонтированы ролики для взаимодействия с фигурными пазами копира. 8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что кинематическая связь кулачка с выходным звеном содержит коромысло и шатун, при этом коромысло подвижно сопряжено с кулачком и шатуном, а последний шарнирно связан с выходным звеном. 9. Устройство по любому из пп.1, 2, 4, 6, отличающееся тем, что передаточный механизм удовлетворяет следующему минимальному углу передачи:
μ_min = 90^°-(γ/2),
где μ_min - фактический минимальный угол передачи;
γ - полный угол размаха коромысла.