ЗАХВАТНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2003 года по МПК B25J15/08 G01L1/22 

Изобретение относится к области робототехники и может быть использовано в машиностроении, автомобилестроении и других областях народного хозяйства, где необходимо измерять силу захватывания заготовки во время манипулирования ей.

В настоящее время известно большое количество механических многопальцевых захватных устройств, предназначенных для захвата различных видов заготовок по различным поверхностям.

Известны захватные устройства, которые измеряют силу захватывания за счет контроля давления в пневмо- или гидроприводе [1].

В данных захватных устройствах происходит косвенное измерение действующей силы, что не позволяет точно измерить вышеуказанную силу за счет действия сил трения и других факторов в кинематической цепи захватного устройства от привода до его губок.

Известны также захватные устройства с использованием тензометрических датчиков для измерения силы зажатия заготовки [2].

Однако данные захватные устройства также не позволяют получить информацию о реально действующих силах.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, выбранному авторами за прототип, является захватное устройство [2], содержащее пневматический или гидравлический привод 1, два пальца 2, тензометрический датчик 3, расположенный в центре одного из пальцев, и губки 4.

На фиг.1 показана кинематическая схема прототипа.

В случае захватывания симметричных заготовок губками одинаковой формы прикладываемая в точке А сила F, обеспечиваемая двигателем захватного устройства, равно распределяется между приводными пальцами, т.е.:

где F_i - сила, действующая на i-й палец.

Величину F рассчитывают на основе геометрических характеристик пневмодвигателя и рабочего давления в нем. Но для данной кинематической схемы остаются неучтенными неизвестные силы трения, возникающие в сочленениях захватного устройства. Поэтому точно найти силу захвата заготовки F_S, действующей в точке D, невозможно.

Таким образом, очевидно, что для измерения силы захватывания заготовки необходимо применять измерительные системы без неизвестных величин.

С помощью предлагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в повышении точности измерения силы захватывания заготовки.

В соответствии с предлагаемым изобретением технический результат достигается тем, что в захватном устройстве, содержащем привод захватного устройства, по крайней мере, два пальца, губки, измерительную систему и блок обработки данных, измерительная система выбрана с использованием тензометрического моста, установленного на измерительной пластине, центр которой соединен с помощью одного рычага с приводом захватного устройства, а ее края посредством других рычагов с губкой и осью, относительно которой происходит поворот пальца захватного устройства.

На фиг. 2 показана кинематическая схема рычага захватного устройства, а на фиг.3 - принципиальная схема предложенного устройства, где:
5 - привод захватного устройства;
6 - рычаг, соединяющий измерительную пластину с губкой захватного устройства;
7 - губка захватного устройства;
8 - тензометрический мост;
9 - измерительная пластина;
10 - рычаг, соединяющий измерительную пластину с приводом;
11 - рычаг, соединяющий измерительную пластину с осью, относительно которой происходит поворот пальца захватного устройства.

Рычаги 6, 10, измерительная пластина 9 и два рычага 11 образуют так называемый палец захватного устройства.

Привод 5 через рычаг 10 связан с центром измерительной пластины 9, на которой расположен тензометрический мост 8, при этом один край тензометрической пластины через рычаги 11 связан с осью пальца, а через рычаг 6 - с губкой 7.

Устройство работает следующим образом.

В случае захвата заготовки включается привод захватного устройства 5 и происходит поворот пальцев захватного устройства вокруг своих осей на угол, необходимый для осуществления данного процесса.

При этом происходит деформация измерительной пластины 9, которая измеряется с помощью установленного на нем тензометрического моста. Полученный сигнал обрабатывается с помощью блока обработки данных (на фиг.2, 3 не показан), который дает информацию о действующей силе зажатия заготовки.

При отпускании заготовки привод 5 возвращает пальцы захватного устройства в исходное состояние.

С помощью данного захватного устройства можно зажимать заготовку как по внешней, так и по внутренней поверхности при соответствующем расположении губок относительно пальцев захватного устройства.

В случае зажатия симметричной заготовки на каждую губку 7 действует сила F_S.

Плечо АВ^* имеет длинну l^*. В точке В^* действует момент M_i=F_i•l^*. В точке В действует момент M_В=F_i•l_AB.

Момент, действующий в точке В, можно вычислить по формуле:
M_S=F_S•l_BC ^*;
M_i=M_S.

Из уравнения равновесия рычага получаем силу F_S:

Момент М_i измеряется с помощью тензометрического моста 8, установленного на измерительной пластине 9, а величины l_AB, l_i и l_В*С являются постоянными системы.

Таким образом в предлагаемом захватном устройстве при нахождении силы зажатия заготовки отсутствуют неизвестные величины, связанные с действием сил трения в его сочленениях, что позволяет увеличить точность измерения исследуемой величины.

Данный результат применяется для непрерывного определения силы зажатия заготовки при работе робота и может использоваться для непрерывного контроля и управления данной силой или калибровки привода при приложении в точке D сил известных величин.

В настоящее время по материалам заявки разработаны чертежи, изготовлены и испытаны опытные образцы, подтвердившие работоспособность предлагаемого захватного устройства.

Источники информации
1 Multi-sensor Techniquee for Increasing Intelligence of Assembly Robots. F. Alpek, Z. Nagy, P. Szalay, K. Szelig, K. Toth., pp. 138-142. Robotics in Alpe-Adria Region. Proceedings of the 2^nd International workshop. (RAA'93), June 1993, Krems, Austria. Springer-Verlag Wien New York. P. Kopacek (ed).

2. Spannkraftübertragung und - Regelung von Robotergreifern. Peter Sallay, pp. 309-312. Elektrotechnik und Informationstechnik (e&i), 111 Jg. 1994. H. 6. Springer Verlag, Wien (ISSN 0932-383x EIEIEE 111(6) 253-348 (1994) - прототип.

Изобретение относится к области робототехники. Захватное устройство содержит привод захватного устройства, по крайней мере, два пальца, губки, измерительную систему и блок обработки данных. Измерительная система содержит тензометрический мост, установленный на измерительной пластине, при этом центр пластины соединен с помощью одного рычага с приводом захватного устройства, а ее края посредством других рычагов с губкой и осью, относительно которой происходит поворот пальца захватного устройства. Изобретение позволит повысить точность измерения силы захватывания заготовки. 3 ил.

Захватное устройство, содержащее привод захватного устройства, по крайней мере, два пальца, губки, измерительную систему и блок обработки данных, отличающееся тем, что измерительная система содержит тензометрический мост, установленный на измерительной пластине, при этом центр пластины соединен с помощью одного рычага с приводом захватного устройства, а ее края посредством других рычагов с губкой и осью, относительно которой происходит поворот пальца захватного устройства.