УСТРОЙСТВО ТИПА "РУКА" ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2004 года по МПК B25J18/04 

Изобретение относится к комбинированным механизмам со сложным движением выходных звеньев, применяемым при обслуживании машин, станков, прессов и другого оборудования. 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 изделий, выполненное в виде комбинированного механизма, содержащего подвижное основание, исполнительный механизм с губками для захвата изделий и механизм поворота подвижного основания, и привода (патент №2179505 (РФ), опубл. в БИПМ, 2002. - №5 - прототип). У прототипа подвижное основание и механизм поворота последнего выполняют функцию передаточного механизма.

Основным недостатком прототипа является невысокие производительность и точность функционирования. Недостаток вызван усложненностью структуры кинематической цепи, т.е. большим числом подвижных звеньев и кинематических пар. Увеличенное число подвижных звеньев лимитирует частоту повторения рабочих циклов (ухудшаются динамические характеристики) и снижает производительность устройства, а зазоры в сопряжениях звеньев не способствуют обеспечению высокой точности работы.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности и точности работы устройства.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве типа “рука” для передачи изделий, содержащем комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма с ведущим и выходным звеньями и исполнительного механизма с ведущим и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий, выходное звено передаточного механизма является ведущим звеном исполнительного механизма, и привод, выходное звено передаточного механизма содержит подвижный стержень с жестко закрепленной на нем направляющей, при этом в теле направляющей выполнен криволинейный паз, а ведущее звено передаточного механизма снабжено роликом для взаимодействия с упомянутым пазом.

Ведущее звено передаточного механизма выполнено в виде кривошипа, а выходное - в виде кулисы, совершающей возвратно-поступательные движения.

Криволинейный паз в теле направляющей имеет S-образную форму, при этом он выполнен в виде двух жестко сопряженных между собой дуг, радиус каждой из которых равен длине кривошипа передаточного механизма.

Центр вращения кривошипа передаточного механизма, линия сопряжения дуг паза в направляющей и линия хода подвижного стержня лежат в одной плоскости.

Подвижный стержень выходного звена передаточного механизма смонтирован, по меньшей мере, в двух неподвижных направляющих.

Заявляемое устройство отличается от прототипа сочетанием конструктивных элементов и характером связи между ними, обеспечивающими упрощение конструкции, повышение производительности и точности работы при передаче изделий из позиции в позицию. Упрощение конструкции видно из того, что, в сравнении с прототипом, предлагаемое устройство удовлетворяет первому условию работоспособности при меньшем числе подвижных звеньев и кинематических пар

W=3n-2p₅-р₄=3·3-2·3-2=1,

где W - степень подвижности комбинированного механизма, W=1;

n - число подвижных звеньев: кривошип, кулиса, одно из выходных звеньев, n=3;

р₅ - число низших кинематических пар: кривошип-стойка, стержень кулисы - неподвижная направляющая, выходное звено исполнительного механизма - подвижный стержень кулисы, p₅=3;

р₄ - число высших кинематических пар: кривошип - криволинейный паз кулисы, выходное звено исполнительного механизма - паз неподвижного копира, р₄=2.

Повышение производительности достигается в результате безударной работы передаточного механизма, последний является синусным механизмом, реализующим синусоидальный закон движения выходного звена - кулисы. Отсутствие ударов дает возможность увеличить скорость движения звеньев, уменьшить период работочего цикла и соответственно повысить производительность устройства. Уменьшение числа подвижных звеньев и кинематических пар способствует повышению точности работы устройства путем уменьшения ошибок положения и перемещения выходных звеньев обоих механизмов.

Выполнение передаточного механизма в виде кулисного механизма с поступательным движением выходного звена (синусный механизм) обеспечивает поступательное движение выходных звеньев исполнительного механизма, шарнирно связанных с кулисой и имитирующих ее движение. Прямолинейное перемещение выходных звеньев исполнительного механизма в интервале рабочего хода является предпочтительным при передаче изделий с повышенной массой.

Наличие криволинейного паза в теле направляющей кулисы для взаимодействия ее с кривошипом обеспечивает прерывистое движение кулисы при постоянном вращении кривошипа. Выстой кулисы на границах интервалов рабочего и холостого ходов, т.е. в позициях “схват изделия” и “выдача изделия”, особенно предпочтительны при передаче массивных и габаритных изделий, поскольку подача таких изделий в губки и их выдача требуют больше времени. Криволинейная форма паза кулисы и его выполнение в виде дуг окружности, радиус которых равен длине кривошипа, обеспечивает реализацию двух преимуществ: 1) при повороте кривошипа на угол 90° от начала рабочего хода кулиса совершает полный рабочий ход, равный двум длинам кривошипа; 2) при выполнении кривошипом второй половины рабочего хода (его поворот от 90 до 180°) кулиса выстаивает. При холостом ходе характер движения кулисы и шарнирно связанных с ней выходных звеньев исполнительного механизма оказывается аналогичным, т.е. повторяется. Выстой губок на границах интервалов рабочего и холостого ходов, т.е. в позициях “схват изделия” и “выдача изделия”, повышает качество процесса передачи изделий.

Размещение центра вращения кривошипа, линии сопряжения обеих дуг паза и линии хода подвижного стержня кулисы в одной плоскости обеспечивает равенство интервалов рабочего и холостого ходов. В результате имеем передаточный механизм центрального типа, обеспечивающий одинаковое время выстоя губок в разжатом положении на обеих границах интервалов движения.

Крепление кулисы, по меньшей мере, в двух неподвижных направляющих исключает упругую деформацию ее подвижного стержня и таким образом повышает точность работы губок.

Предлагаемое устройство типа “рука” для передачи изделий поясняется чертежами.

На фиг.1 представлено устройство, кинематическая схема;

на фиг.2 - законы движения кулисы: функция положения и первая передаточная функция.

Устройство содержит комбинированный механизм 1, выполненный в виде передаточного механизма 2, и исполнительный механизм 3 с губками 4 для захвата изделий, и привод 5.

Механизм 2 включает кривошип 6 и выходное звено - кулису 7, которая содержит подвижный стержень 8 и жестко связанную с ним направляющую 9 с криволинейным пазом 10, при этом кривошип 6 снабжен роликом 11 для взаимодействия с упомянутым пазом кулисы.

Механизм 3 содержит ведущее звено, функцию которого выполняет кулиса 7 передаточного механизма, выходные звенья 12 и 13, шарнирно связанные с кулисой. На выходных звеньях жестко закреплены губки 4 для захвата изделий, при этом жесткое закрепление губок выполнено разъемным для возможности быстрой смены губок при переналадке устройства на передачу изделий другой формы.

Комбинированный механизм 1 включает неподвижный копир 14 для взаимодействия с выходными звеньями 12 и 13 исполнительного механизма, при этом в теле копира выполнены продольные фигурные пазы 15 и 16, а на свободных концах выходных звеньев смонтированы ролики 17 и 18 для взаимодействия с упомянутыми пазами.

Шарнирная связь выходных звеньев 12 и 13 с кулисой 7 содержит палец 19, жестко закрепленный на свободном конце подвижного стержня 8 кулисы. Криволинейный паз в теле направляющей 9 кулисы 7 выполнен в виде двух жестко связанных дуг 20 и 21 окружности, при этом радиус каждой дуги равен длине кривошипа 6, а центры кривизны дуг лежат на линии хода подвижного стержня 8 по разные стороны относительно центра вращения кривошипа 6. В крайнем положении кулисы 7 центр кривизны одной из дуг удален от центра вращения кривошипа на расстояние, равное двум радиусам (длинам) последнего, при этом центр кривизны другой дуги совпадает с центром вращения кривошипа. При нахождении кулисы на другой границе интервалов рабочего и холостого ходов положения центров кривизны дуг меняется на обратное.

Кривошип 6 передаточного механизма 2 жестко закреплен на валу 22 привода 5. Дуги S-образного паза 10 в теле направляющей 9 жестко сопряжены между собой по линии 23, совпадающей с линией хода подвижного стержня 8 кулисы. Для уменьшения упругой деформации подвижного стержня 8 он смонтирован, по меньшей мере, в двух неподвижных направляющих 24.

Форма губок 4 соответствует форме передаваемых изделий. При захвате и переносе изделия обеспечивается жесткое сопряжение губок с изделием по большей части периметра последнего.

Устройство типа “рука” для передачи изделий работает следующим образом.

При работе привода 5 кривошип 6 совершает вращательное движение, которое посредством ролика 11, взаимодействующего с криволинейным пазом 10, преобразуется в возвратно-поступательное движение кулисы 7. Движение кулисы трансформируется в движение звеньев исполнительного механизма 3. При возвратно-поступательном движении кулисы выходные звенья 12 и 13 будут совершать сложное движение: поступательное движение вместе с подвижным стержнем 8 и, в зависимости от текущего взаимодействия роликов 17 и 18 с фигурными пазами 15 и 16 неподвижного копира 14, поворотное движение с выстоями относительно упомянутого стержня.

В позициях “схват” изделия или выдача изделия криволинейный паз 10 занимает соответствующее крайнее положение, при этом ролик 11 кривошипа 6 находится на линии сопряжения дуг кривых паза. При повороте кривошипа на 90° от его начального положения кулиса 7 проходит путь, равный двум длинам кривошипа, и оказывается в другом крайнем положении. Вместе с кулисой такой же путь проходят выходные звенья исполнительного механизма. В интервале поворота кривошипа от 90 до 180° кулиса и связанные с ней выходные звенья 12 и 13 выстаивают. При обратном ходе кулиса будет совершать аналогичное движение: при повороте кривошипа от 180 до 270° она проходит путь, равный двум длинам кривошипа, и возвращается в исходное (начальное) положение, а при повороте кривошипа от 270 до 360° - выстаивает.

Перед позициями выстаивания кулисы и выходных звеньев, т.е. перед поворотом кривошипа от 90 до 180° и от 270 до 360°, губки для захвата изделий приводятся в разжатое положение. Этим обеспечивается возможность для увеличения времени на выполнение операций “схват” изделия и выдача изделия. При передаче изделий со значительными массой и габаритами увеличение времени на выполнение таких операций без увеличения периода рабочего цикла является предпочтительным. Разжатие губок 4 перед выстоем выходных звеньев 12 и 13 обеспечивается в результате взаимодействия их роликов 17 и 18 с фигурными пазами 15 и 16 неподвижного копира 14.

Выполнение передаточного механизма в виде синусного механизма с S-образным профилем паза в теле направляющей кулисы для взаимодействия последней с роликом кривошипа обеспечивает выстой выходных звеньев исполнительного механизма на границах интервалов движения при разжатом положении губок, упрощает конструкцию, повышает точность работы, способствует повышению производительности устройства.

Изобретение относится к комбинированным механизмам со сложным движением выходных звеньев, применяемым при обслуживании машин, станков, прессов и другого оборудования. Устройство содержит комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма с ведущим и выходным звеньями и исполнительного механизма с ведущим и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий, и привод. Выходное звено передаточного механизма является ведущим звеном исполнительного механизма и содержит подвижный стержень с жестко закрепленной на нем направляющей. При этом в теле направляющей выполнен криволинейный паз, а ведущее звено передаточного механизма снабжено роликом для взаимодействия с упомянутым пазом. Ведущее звено передаточного механизма выполнено в виде кривошипа, а выходное - в виде кулисы, совершающей возвратно-поступательные движения. Криволинейный паз в теле направляющей имеет S-образную форму, при этом он выполнен в виде двух жестко сопряженных между собой дуг, радиус каждой из которых равен длине кривошипа передаточного механизма. Центр вращения кривошипа передаточного механизма, линия сопряжения дуг паза в направляющей и линия хода подвижного стержня лежат в одной плоскости. Подвижный стержень выходного звена передаточного механизма смонтирован, по меньшей мере, в двух неподвижных направляющих. Изобретение позволит повысить производительность и точность работы устройства. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство типа “рука” для передачи изделий, содержащее комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма с ведущим и выходным звеньями и исполнительного механизма с ведущим и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий, выходное звено передаточного механизма является ведущим звеном исполнительного механизма, и привод, отличающееся тем, что выходное звено передаточного механизма содержит подвижный стержень с жестко закрепленной на нем направляющей, при этом в теле направляющей выполнен криволинейный паз, а ведущее звено передаточного механизма снабжено роликом для взаимодействия с упомянутым пазом.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ведущее звено передаточного механизма выполнено в виде кривошипа, а выходное - в виде кулисы, совершающей возвратно-поступательные движения.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что криволинейный паз в теле направляющей имеет S-образную форму, при этом он выполнен в виде двух жестко сопряженных между собой дуг, радиус каждой из которых равен длине кривошипа передаточного механизма.4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что центр вращения кривошипа передаточного механизма, линия сопряжения дуг паза в направляющей и линия хода подвижного стержня лежат в одной плоскости.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подвижный стержень выходного звена передаточного механизма смонтирован, по меньшей мере, в двух неподвижных направляющих.