УСТРОЙСТВО ТИПА "РУКА" ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2005 года по МПК B25J18/04 

Предполагаемое изобретение относится к комбинированным механизмам со сложным движением выходных звеньев, применяемым для выполнения вспомогательных операций 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, 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, при этом выходные звенья исполнительного механизма подвижно сопряжены с выходным звеном передаточного механизма, а ведущие звенья выполнены в виде неподвижного копира (патент №2191109 (РФ), опубл. в БИПМ, 2002. - №29 - прототип).

Основным недостатком прототипа является невысокая частота повторения рабочих циклов и завышенные энергозатраты на реализацию процесса. Недостаток вызван большим числом подвижных звеньев и низших кинематических пар (пар трения скольжения). Большому числу подвижных звеньев соответствует большое число движущихся масс, а большому числу кинематических пар - значительные потери на трение и увеличенный износ сопрягаемых поверхностей звеньев.

Предлагаемое устройство для передачи изделий является средством того же назначения, что и прототип.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности и коэффициента полезного действия 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 ведущим и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий и подвижно соединены в виде кинематической связи с выходным звеном передаточного механизма, и привода, кинематическая связь включает шарнирное сопряжение выходных звеньев между собой, поворотные стержни и ползун, при этом поворотные стержни шарнирно связаны с выходными звеньями исполнительного механизма и с упомянутым ползуном, последний подвижно сопряжен с выходным звеном передаточного механизма и с ведущим исполнительного.

Передаточный механизм выполнен в виде кулачково-рычажного четырехзвенника с выходным звеном в виде коромысла.

Ведущее звено исполнительного механизма выполнено в виде неподвижного кулачка, закрепленного на стойке, при этом в теле кулачка выполнен фигурный паз для взаимодействия с ползуном в кинематической связи выходных звеньев.

Шарнирная связь поворотных стержней с выходными звеньями исполнительного механизма и с ползуном выполнена посредством пальцев.

Кулачково-рычажный четырехзвенник содержит ведущее звено, выполненное в виде кулачка, кинематически связанного с коромыслом посредством толкателя, совершающего сложное движение.

На ползуне смонтирован ролик для взаимодействия с фигурным пазом неподвижного кулачка.

Ползун выполнен разъемным в плоскости его продольной оси, состоящим из двух частей, при этом на одной его части закреплен палец для шарнирной связи с поворотными стержнями, а на другой - ролик для сопряжения ползуна с ведущим звеном исполнительного механизма.

Заявляемое устройство отличается от прототипа сочетанием конструктивных элементов и характером связи между ними, обеспечивающими упрощение конструкции, уменьшение энергозатрат на реализацию процесса и повышение производительности. Устройство удовлетворяет первому условию работоспособности, определяемому формулой Чебышева:

W=3n·2p₅-p₄=3·6-2·7-3=1,

где W - степень подвижности устройства без учета пассивных связей;

n - число подвижных звеньев: кулачок, толкатель, коромысло, выходное звено исполнительного механизма, поворотный стержень, ползун;

р₅ - число низших кинематических пар, р₅=7;

р₄ - число высших кинематических пар: толкатель-стойка, кулачок-ролик

толкателя, ролик ползуна - фигурный паз кулачка, р₄=3.

Выполнение подвижного соединения выходных звеньев исполнительного и передаточного механизмов в виде предложенной кинематической связи упрощает конструкцию исполнительного механизма: функционирование двух выходных звеньев исполнительного механизма обеспечивается посредством одного ведущего звена - неподвижного кулачка с одним фигурным пазом. Наличие поворотных стержней и ползуна в кинематической связи выходных звеньев исполнительного и передаточного механизмов устройства позволяет выходным звеньям исполнительного механизма при одном ведушем звене последнего выполнять возвратно-поворотные движения с выстоями относительно выходного звена передаточного механизма. Этим упрощена структура кинематической связи исполнительного и передаточного механизмов и повышена надежность работы устройства.

Выполнение передаточного механизма в виде кулачково-рычажного четырехзвенника позволяет реализовать в зависимости от профиля кулачка практически любой предпочтительный закон движения коромысла, несущего выходные звенья исполнительного механизма с губками для захвата изделий. Эта возможность является существенной особенно при передаче изделий со значительной массой.

Выполнение ведущего звена исполнительного механизма в виде неподвижного кулачка с одним профильным пазом значительно упрощает реализацию поворотного движения с выстоями выходных звеньев исполнительного механизма. Такой кулачок обеспечивает посредством предложенной кинематической связи параллельное во времени функционирование двух выходных звеньев с губками для захвата изделий.

Выполнение связи поворотных стержней с выходными звеньями исполнительного механизма и с ползуном посредством пальцев предпочтительно с точки зрения изготовления и компоновки конструктивных элементов.

Кулачково-рычажный механизм, в котором выходное звено-коромысло связано с ведущим кулачком посредством толкателя, совершающего сложное движение, обеспечивает большую равномерность скорости движения коромысла в интервалах прямого и обратного ходов последнего.

Использование ролика для связи ползуна с неподвижным кулачком уменьшает потери на трение в подвижном сопряжении звеньев и снижает износ профильного паза кулачка.

Выполнение ползуна разъемным, состоящим из двух частей, предельно упрощает сборку ползуна на коромысле передаточного механизма, упрощает компоновку шарнирного соединения ползуна с поворотными стержнями и подвижного сопряжения ползуна с профильным пазом неподвижного кулачка.

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

На фиг.1 изображена кинематическая схема устройства; на фиг.2 - ползун в сборе.

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

Механизм 1 включает ведущий кулачок 5, жестко закрепленный на валу 6 привода 4, выходное звено (коромысло) 7 и промежуточное звено (толкатель) 8. Коромысло 7 шарнирно связано со стойкой 9 и с толкателем 8, на последнем смонтирован ролик 10 для сопряжения с профилем кулачка 5. Свободный конец толкателя выполнен в виде вилки 11, которая сопряжена с роликом 12, при этом ролик смонтирован на оси, соосной валу 6 привода 4.

Исполнительный механизм 2 включает кинематически связанные неподвижный кулачок 13, ползун 14, два поворотных стержня 15 и два выходных звена 16 с губками 3 для захвата изделий. Неподвижный кулачок 13 жестко закреплен на стойке, при этом рабочий профиль кулачка выполнен в виде фигурного паза 17 в теле кулачка. Ползун 14 подвижно сопряжен с коромыслом 7 передаточного механизма, которое служит направляющей для ползуна. Упомянутый ползун выполнен разъемным, состоящим из двух частей (элементов) 18 и 19, которые в сборе образуют продольный прямоугольный канал 20 для сопряжения ползуна с коромыслом 7. На элементе 18 смонтирован ролик 21 для сопряжения с фигурным пазом 17 кулачка 13, а на элементе 19 жестко закреплен палец 22 для шарнирной связи ползуна с поворотными стержнями 15. Выходные звенья 16 исполнительного механизма 2 шарнирно связаны с поворотными стержнями 15 посредством пальцев 23 и 24, жестко закрепленных на свободных концах поворотных стержней 15.

Выходные звенья 16 исполнительного механизма шарнирно связаны между собой и с коромыслом 7 передаточного механизма посредством пальца 25, который жестко закреплен на свободном конце упомянутого коромысла.

В средней части коромысла 7 смонтирован ролик 26 для взаимодействия с пазом 27 неподвижной плиты 28. Взаимодействие ролика с плитой уменьшает упругие деформации коромысла 7, несущего выходные звенья исполнительного механизма с губками для захвата изделий, и повышает точность работы устройства.

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

При работе привода 4 вал 6 с закрепленным на нем кулачком 5 совершает вращение, которое посредством толкателя 8 преобразуется в возвратно-поворотное движение коромысла 7. Вместе с коромыслом угловое перемещение совершают выходные звенья 16, связанные с коромыслом посредством пальца 25. При повороте коромысла 7 ролик 21 элемента 18 ползуна 14 взаимодействует с фигурным пазом 17 неподвижного кулачка 13, в результате чего ползун 14 перемещается вдоль коромысла.

При поступательном движении ползуна 14 поворотные стержни 15 совершают сложное движение: поступательное вместе с ползуном и поворотное с центром качания на оси пальца 22. Сложное движение поворотных стержней 15 преобразуется в поворотное движение выходных звеньев 16 исполнительного механизма 2.

При работе устройства выходные звенья 16 совершают возвратно-поворотные движения с центром качания на оси пальца 25. При этом в соответствии с текущим положением выходных звеньев губки 3 занимают разжатое или сжатое положение. На границе интервалов прямого (рабочего) и обратного (холостого) ходов губки занимают разжатое положение. При этом одна из границ соответствует позиции “схват изделия”, другая - позиции “выдача изделия”.

В интервале рабочего хода устройства губки 3 занимают сжатое положение, выполняя операцию переноса изделия в позицию его выдачи, при этом губки удерживают изделие, переносимое по дугообразной траектории из одной позиции в другую. По завершении рабочего хода губки разжимаются и перестают удерживать изделие, переданное из одной позиции в другую. При выполнении холостого хода устройства (без изделия) губки занимают сжатое положение как и при рабочем ходе.

В интервале кинематического цикла губки 3 совершают сложное движение, состоящее из двух простых движений: возвратного движения по дугообразной траектории вместе с коромыслом 7 и возвратно-поворотного движения с выстоями относительно упомянутого коромысла.

При работе устройства ролик 26 взаимодействует с дугообразным пазом 27 неподвижной плиты 28. Это исключает прогиб коромысла 7 и его упругие деформации при движении.

Предложенная кинематическая связь выходных звеньев передаточного и исполнительного механизмов устройства позволяет в сравнении с прототипом упростить конструкцию, уменьшить энергозатраты на реализацию процесса передачи изделий и повысить производительность.

Изобретение относится к комбинированным механизмам со сложным движением выходных звеньев, применяемым для выполнения вспомогательных операций при обслуживании машин, станков, прессов и другого оборудования. Устройство содержит комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма с выходным звеном, исполнительного механизма с ведущим и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий и подвижно соединены в виде кинематической связи с выходным звеном передаточного механизма, и привода. Кинематическая связь включает шарнирное сопряжение выходных звеньев между собой, поворотные стержни и ползун, при этом поворотные стержни шарнирно связаны с выходными звеньями исполнительного механизма и с упомянутым ползуном, последний подвижно сопряжен с выходным звеном передаточного механизма и с ведущим исполнительного. Передаточный механизм выполнен в виде кулачково-рычажного четырехзвенника с выходным звеном в виде коромысла. Ведущее звено исполнительного механизма выполнено в виде неподвижного кулачка, закрепленного на стойке, при этом в теле кулачка выполнен фигурный паз для взаимодействия с ползуном в составе упомянутой кинематической связи выходных звеньев. Изобретение позволит упростить конструкцию, уменьшить энергозатраты на реализацию процесса передачи изделий и повысить производительность. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство типа “рука” для передачи изделий, содержащее комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма с выходным звеном, исполнительного механизма с ведущим и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий и подвижно соединены в виде кинематической связи с выходным звеном передаточного механизма, и привода, отличающееся тем, что кинематическая связь включает шарнирное сопряжение выходных звеньев между собой, поворотные стержни и ползун, при этом поворотные стержни шарнирно связаны с выходными звеньями исполнительного механизма и с упомянутым ползуном, последний подвижно сопряжен с выходным звеном передаточного механизма и с ведущим - исполнительного.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передаточный механизм выполнен в виде кулачково-рычажного четырехзвенника с выходным звеном в виде коромысла.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ведущее звено исполнительного механизма выполнено в виде неподвижного кулачка, закрепленного на стойке, при этом в теле кулачка выполнен фигурный паз для взаимодействия с ползуном в кинематической связи выходных звеньев.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шарнирная связь поворотных стержней с выходными звеньями исполнительного механизма и с ползуном выполнена посредством пальцев.5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что кулачково-рычажный четырехзвенник содержит ведущее звено, выполненное в виде кулачка, кинематически связанного с коромыслом посредством толкателя, совершающего сложное движение.6. Устройство по любому из п.1 или 3, отличающееся тем, что на ползуне смонтирован ролик для взаимодействия с фигурным пазом неподвижного кулачка.7. Устройство по любому из пп.1, 3, 4 и 6, отличающееся тем, что ползун выполнен разъемным в плоскости его продольной оси, состоящим из двух частей, при этом на одной части закреплен палец для шарнирной связи ползуна с поворотными стержнями, а на другой - ролик, сопрягающий ползун с ведущим звеном исполнительного механизма.