ПРИВОД РОБОТА Российский патент 2005 года по МПК B25J11/00 

Изобретение относится к робототехнике, точнее к механическим передачам электромеханических промышленных роботов, преимущественно с внешними магнитными системами.

Подобные устройства известны и описаны, например, в [1].

В число передач вращательного типа входят зубчатые шестереночные передачи, червячные, волновые. Передачи поступательного типа - это реечные, винтовые, цепные. Все эти передачи являются передачами типа зацепления. Их недостатком является значительный люфт в зацеплении, устранение которого связано со снижением кпд. Кроме того, данные передачи сложны по конструкции, материалоемки и дороги в изготовлении.

В какой-то мере эти недостатки устранены в передачах фрикционного типа. К их достоинствам относится простота, надежность, высокий кпд, возможность построения как вращательных, так и поступательных передач.

Недостатком фрикционных передач является возможность проскальзывания, а также невысокое значение передаточного отношения в одной ступени. В этих передачах обычно имеется первичный фрикционный элемент, например, валик и вторичный, который с ним контактирует.

Наиболее близким по технической сущности является электромеханический привод робота [2], который содержит электродвигатель, редуктор, винтовую пару и узел фиксации, выполненный в виде подвижного стакана, контактирующего своим торцом с корпусом редуктора и связанного с ним при помощи механизма свободного хода, расположенного внутри стакана.

Недостатком прототипа является использование редуктора зацепления, который позволяет получить нужное передаточное отношение лишь при наличии двух и более ступеней редуцирования и дополнительной передачи винт-гайка. Это резко усложняет конструкцию, увеличивает массу модуля и его габариты. При этом если уменьшить массу электродвигателя путем увеличения его скорости вращения, то увеличиваются потери на трение в щетках, подшипниках и редукторе, кроме того, сам редуктор усложняется из-за необходимости повышения передаточного отношения, его габариты и масса увеличиваются.

Изобретение направлено на устранение указанных недостатков, увеличение передаточного отношения в одной ступени, уменьшение массы и габаритов.

Это достигается тем, что первичный фрикционный элемент - валик - снабжен контактирующими с ним двумя комплектами прижимных, разнесенных по оси дисков с нажимными устройствами, причем диски одного комплекта частично расположены в зазоре между дисками другого. Вторичный фрикционный элемент может быть выполнен двухсторонним, с установленными напротив друг друга валиками с прижимными дисками.

Достижение технического результата обусловлено тем, что фрикционный валик снабжен контактирующими с ним прижимными дисками с нажимными устройствами. Поскольку данного признака не обнаружено при проведении патентных исследований, то данный признак является не только существенным, но и отличительным.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 изображен заявленный привод, установленный на степени подвижности - выдвижении руки промышленного робота с внешней магнитной системой, вид сбоку в разрезе. На фиг.2 данный привод показан более подробно, вид сверху. На фиг.3 показан вращательный вариант привода, вид сверху, на фиг.4 изображена двумерная проекция, показывающая взаимодействие валиков и прижимных дисков, на фиг.5 показан двухсторонний вторичный фрикционный элемент с двумя комплектами валиков и прижимных дисков (кинематическая схема).

Привод робота имеет в своем составе общее основание 1, на нем закреплена катушка 2 и стержни 3, поддерживающие наконечники 4 магнитной системы. В зазоре магнитной системы располагается якорь 5 двигателя на консольной подвески к вращающемуся основанию 6. На основании 6 установлены поступательные подшипники 7, в которых помещен вторичный фрикционный элемент 8, в данном случае поступательный, с фрикционной накладкой 9. На основании 6 укреплены стойки 10 нажимных дисков 11. Щеточно-коллекторный аппарат 12 электродвигателя также размещен на основании 6. Первичный фрикционный элемент - валик 13 контактирует с накладкой 9 вторичного элемента 8 и с двумя комплектами нажимных дисков 11. Вращающееся основание 6 установлено на оси 14, допускающей кроме вращения и поступательное перемещение (вверх - вниз). На конце руки - элемента 8 укреплен привод схвата 15 с губками 16. На неподвижном основании 1 установлены также привод поворота 17 и провод подъема 18. На стойках 10 в подшипниках 19 установлен кронштейн 20, подпружиненный пружиной 21 с укрепленным на его конце также в подшипниках на оси 22 нажимным диском 11. На оси 22 расположены несколько дисков 11 с промежутками между ними, то есть образован комплект дисков. На оси 22 все диски 11 одного комплекта разнесены один относительно другого. В зазорах этих дисков частично расположены диски 23 такого же комплекта дисков. Таким образом, валик 13 оказывается зажатым в силовом треугольнике, точками которого являются элемент 8, диски 11 и 23.

Привод работает следующим образом. Якорь 5 двигателя вращает первичный фрикционный элемент - валик 13. Диски 11 посредством кронштейнов 20 пружинами 21 прижимают валик к накладке 9 вторичного фрикционного элемента 8, обеспечивая устойчивый характер фрикционного контакта. Таким образом, при вращении валика, элемент 8 - рука робота со cхватом 15 - перемещается в направляющих 7. Диски 11 обеспечивают устойчивый прижим валика 13, гарантирующий его от нежелательных искривлений и потери формы. Элемент 8 может быть выполнен и дугообразной формы - см. фиг.3, что обеспечивает получение на выходе привода не поступательного, а вращательного движения. Усиление пружин 21 и, следовательно, потери на трение в направляющих 7 могут быть значительными. С целью их компенсации может быть рекомендована схема, показанная на фиг.5, где зажим вторичного элемента выполнен двухсторонним с установленными напротив друг друга валиками с прижимными дисками.

Это приводит к разгрузки направляющих 7 от действия фрикционных сил сопротивления, повышает устойчивость работы привода. Все описанные приводы являются одноступенчатыми. Желательно, естественно, применение высокомоментных двигателей. Следует подчеркнуть, что в данном случае величина передаточного отношения передачи зависит от радиуса валика 13. Этот радиус может быть сделан достаточно малым - порядка нескольких десятых миллиметра за счет того, что жесткость валика гарантируется, во-первых, материалом (качественная сталь), а во-вторых, поддерживающей системой роликов 11. Таким образом, в одной ступени получается достаточно большое значение передаточного отношения, приемлемое, например, для привода выдвижения руки промышленного робота, или иных аналогичных устройств.

Технико-экономическими преимуществами данного устройства являются:

1. Простота конструкции, обусловленная отсутствием зацеплений, деформируемых элементов, относительно низкой точностью изготовления.

2. Большая величина надежности, связанная с присутствием лишь одной ступени редуцирования, с большим передаточным отношением.

3. Как следствие, уменьшенные масса и габариты привода. Это приводит к уменьшению массы и габаритов робота в целом, а следственно, и к уменьшению его стоимости и эксплуатационных расходов.

Источники информации

1. Бурдаков С.Ф. и др. Проектирование манипуляторов промышленных роботов и роботизированных комплексов: Учебн. пособие. - М.: Высш. шк., 1986, - 264 с., ил.

2. А.С. СССР №554862. - Электромеханический привод искусственной кисти /В.М.Бернштейн и др. - Опубл. БИ №15, 1977 г.

Изобретение относится к робототехнике, точнее к механическим передачам электромеханических промышленных роботов, преимущественно с внешними магнитными системами. Сущность изобретения заключается в том, что первичный фрикционный элемент привода робота - валик - снабжен контактирующими с ним двумя комплектами прижимных, разнесенных по оси дисков с нажимными устройствами. Диски одного комплекта частично расположены в зазоре между дисками другого комплекта. Технический результат изобретения состоит в упрощении конструкции, повышении надежности привода, уменьшении его массы и габаритов и робота в целом, а также снижении стоимости и эксплуатационных расходов. 5 ил.

Привод робота, содержащий электродвигатель, соединенный с первичным фрикционным элементом - валиком, контактирующим с вторичным фрикционным элементом, соединенным с выходным звеном, отличающийся тем, что первичный фрикционный элемент - валик - снабжен контактирующими с ним двумя комплектами прижимных, разнесенных по оси дисков с нажимными устройствами, причем диски одного комплекта частично расположены в зазоре между дисками другого комплекта.