УСТРОЙСТВО ТИПА "РУКА" ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 2006 года по МПК B25J18/04 

Предлагаемое 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, выполненное в виде комбинированного механизма, содержащего передаточный механизм с промежуточным и выходным звеньями и исполнительный механизм с выходными звеньями и губками для захвата изделий, и привода, в котором выходное звено передаточного механизма является ведущим звеном исполнительного механизма, при этом выходные звенья обоих механизмов кинематически связаны (патент РФ №2191107, опубл. в БИПМ, 2002. - №29 - прототип). Данное устройство является средством того же назначения, что и предлагаемое изобретение.

Основным недостатком прототипа являются увеличенные энергозатраты на реализацию процесса передачи изделий и невысокая производительность. Это связано с тем, что промежуточное звено передаточного механизма, являясь подвижным звеном, имеет значительную массу. Увеличение массы упомянутого звена предопределено тем, что для непосредственного сопряжения с его фигурными пазами роликов выходных звеньев исполнительного механизма необходима плита увеличенной площади. Уменьшение площади плиты и кривизны фигурных пазов при сопряжении с выходными звеньями ведет к снижению силовой работоспособности устройства из-за увеличения углов давления. Увеличение углов давления при силовом нагружении приводит к необходимости увеличения движущего момента на валу привода и соответствующему росту расхода мощности. При этом уменьшение скорости движения звеньев устройства с целью уменьшения энергозатрат значительно усложнено, поскольку не решена возможность оперативного варьирования скоростью выходных звеньев без изменения угловой скорости ведущего звена (кривошипа).

Задачей настоящего изобретения является повышение технологичности переналадки устройства и уменьшение энергозатрат на передачу изделий.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве типа «рука» для передачи изделий, содержащем комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма с ведущим, промежуточным и выходным звеньями, исполнительного механизма с ведущим и выходными звеньями с губками для захвата изделий, в котором ведущим звеном является выходное звено передаточного механизма, а выходные звенья подвижно связаны с промежуточным и выходным звеньями передаточного механизма, промежуточное звено последнего шарнирно связано со стойкой, и привод, шарнирная связь выполнена с возможностью фиксированной установки промежуточного звена на различных расстояниях от центра вращения ведущего звена передаточного механизма.

Шарнирная связь содержит палец, шарнирно связанный с промежуточным звеном, и направляющую для установки упомянутого пальца в фиксированное положение, при этом направляющая жестко закреплена на стойке.

Продольная ось направляющей совмещена с линией, проходящей через центры вращения ведущего и качания промежуточного звеньев передаточного механизма.

Заявляемое устройство отличается от прототипа сочетанием конструктивных элементов и характером связи между ними, обеспечивая этим в совокупности значительное уменьшение массы промежуточного звена, возможность установки последнего на разных отстояниях от центра вращения кривошипа и соответствующее этому варьирование скоростью выходного звена передаточного механизма при постоянной угловой скорости ведущего звена. Варьирование скоростью с учетом массы передаваемых изделий способствует снижению энергозатрат на передачу изделий из позиции в позицию.

Заявляемое устройство соответствует первому условию работоспособности, структура его кинематической цепи удовлетворяет формуле Чебышева

W=3·n-2p₅-p₄=3·7-2·10-0=1,

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

n - число подвижных звеньев: кривошип, кулиса, промежуточное звено, выходные звенья (два), шатуны (два), n=7;

р₅ - число низших кинематических пар: кривошип-стойка, кривошип-кулиса, промежуточное звено-стойка, кулиса - промежуточное звено, выходное звено - кулиса (две пары), выходное звено - шатун (две пары), шатун - промежуточное звено (две пары), р₅=10;

р₄ - число высших кинематических пар, р₄=0.

Производительность устройства и энергозатраты на процесс передачи изделий зависят от массы передаваемых изделий, числа изделий, переносимых губками при рабочем ходе устройства, и закона движения выходных звеньев. В предлагаемом устройстве возможный рост энергозатрат при увеличении массы передаваемых изделий ограничивается путем уменьшения скорости движения выходных звеньев без изменения частоты вращения ведущего звена передаточного механизма. Этот прием основан на следующих закономерностях, характерных для кулисного (в нашем случае передаточного) механизма

где ω_{к(max,р.х)} - максимальная скорость кулисы при рабочем ходе;

ω - угловая скорость кривошипа, ω=const;

λ - характерный параметр кулисного (передаточного) механизма, λ=r/d;

r - длина кривошипа;

d - расстояние между центрами вращения кривошипа и качания кулисы (длина стойки);

ω_к(max,x.х) - максимальная скорость кулисы при холостом ходе.

Из представленных формул следует, что при ω=const скорость кулисы, несущей выходные звенья исполнительного механизма, может быть изменена варьированием параметра λ. В предлагаемом устройстве изменение параметра λ достигается путем изменения межцентрового расстояния d. В конструктивном отношении изменение d является более технологичным, т.е. предпочтительнее изменения длины кривошипа, жестко связанного с валом привода.

Выполнение шарнирной связи промежуточного звена со стойкой посредством пальца представляется наиболее простым и технологичным решением для оперативной переналадки устройства на передачу изделий другой массы. При переналадке, т.е. при установке и фиксировании промежуточного звена в новом положении, палец вместе с промежуточным звеном перемещают в направляющей с последующей жесткой фиксацией его в направляющей.

Примеры варьирования угловой скорости промежуточного звена путем изменения межцентрового расстояния d

1. Пусть ω=const, λ=0,5.

Получаем

2. Пусть ω=const, λ=0,8.

Получаем

Данные расчета показывают, что уменьшением d при r=const обеспечивается увеличение параметра λ и соответственно увеличение скорости поворотного движения выходного звена передаточного механизма и всех связанных с ним конструктивных элементов. Увеличением d при r=const достигается уменьшение параметра λ и соответствующее уменьшение скорости выходного звена. Кроме того, расчет показывает, что нарастание (убывание) скорости выходного звена при варьировании параметра λ в интервале рабочего хода протекает медленнее, чем при холостом ходе. Так, из расчета следует, что при увеличении параметра λ от 0,5 до 0,8 максимум скорости выходного звена при рабочем ходе увеличивается на , т.е. в 1,33 раза. При холостом ходе получаем , т.е. в 4 раза. Увеличение скорости выходного звена при холостом ходе не ухудшает работы устройства, поскольку холостой ход выполняется при отсутствии изделий в губках. Вместе с тем, увеличение скорости в интервале холостого хода уменьшает период рабочего цикла устройства, повышая его производительность.

Совмещение продольной оси направляющей для пальца в шарнирной связи промежуточного звена со стойкой с линией, проходящей через центры вращения кривошипа и качания промежуточного звена, обеспечивает при варьировании параметра λ изменение скорости выходного звена в соответствии с упомянутыми расчетными формулами.

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

На фиг.1 представлена кинематическая схема устройства; на фиг.2 - вид А на фиг.1: конструктивная компоновка шарнира, связывающего промежуточное звено со стойкой.

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

Механизм 1 включает ведущее звено 5, выполненное в виде кривошипа, жестко закрепленного на валу привода 4, выходное звено 6 в виде кулисы, шарнирно связанной с кривошипом, и промежуточное звено 7 в виде поворотной направляющей, шарнирно связанной со стойкой и подвижно соединенной с выходным звеном.

Механизм 2 содержит ведущее звено, которым является выходное звено 6 передаточного механизма, выходные звенья 8 и 9, шарнирно связанные с выходным звеном 6, шатуны 10 и 11, каждый из которых шарнирно связан с промежуточным звеном 7 передаточного механизма и соответствующим выходным звеном.

Шарнирные связи кривошипа 5 с кулисой 6 и выходных звеньев 8 и 9 с кулисой выполнены соответственно посредством пальцев 12 и 13, жестко закрепленных на кулисе, упомянутые шарнирные связи имеют раздельные центры поворотного движения звеньев, расположенные в разных точках кулисы.

Шарнирная связь шатунов 10 и 11 с поворотной направляющей 7 содержит палец 14, жестко закрепленный на направляющей, последняя выполнена в виде призмы с центральным сквозным отверстием 15 для соединения с выходным звеном 6. Отверстие 15 в поперечном сечении имеет прямоугольную форму, размеры прямоугольника соответствуют размерам поперечного сечения выходного звена 6 на участке его сопряжения с призмой.

Шарнирная связь промежуточного звена 7 со стойкой содержит фигурный палец 16 и неподвижную направляющую 17 для пальца. Палец имеет цилиндрический и резьбовой концы соответственно 18 и 19, с кольцевым выступом 20 между ними. Цилиндрическим концом палец шарнирно соединен с промежуточным звеном, а резьбовым жестко закреплен на направляющей 17 посредством гаек. Продольная ось направляющей совмещена с линией центров промежуточного звена. Для исключения осевого смещения промежуточного звена на пальце служит плоская номерная шайба 21, взаимодействующая с кольцевым выступом 20, жестко и разъемно закрепленная на промежуточном звене.

Губки 3 для захвата изделий жестко закреплены на выходных звеньях 8 и 9 исполнительного механизма 2, крепление губок выполнено разъемным. Форма губок соответствует форме передаваемых изделий.

Устройство типа «рука» для передачи изделий работает следующим образом.

При работе привода 4 вращение кривошипа 5 преобразуется посредством промежуточного звена 7 в сложное движение выходного звена 6, состоящее из поворотного и поступательного простых движений. При поступательном движении выходного звена 6 относительно центра качания промежуточного звена 7 шатуны 10 и 11 генерируют поворотное движение выходных звеньев 8 и 9 относительно упомянутого звена 6. В результате губки, имитирующие движение выходных звеньев, занимают разжатое или сжатое положение.

При поворотном движении выходного звена 6 последнее совершает рабочий или холостой ход, двигаясь от одного до другого крайнего положения, т.е. от одной до другой границы интервалов движения. Границы интервалов рабочего и холостого ходов соответствуют положениям кривошипа 5, при которых кулиса 6 перпендикулярна кривошипу.

В интервале рабочего хода губки 3 занимают сжатое положение, при холостом ходе губки остаются разжатыми. При рабочем ходе устройства губки, находясь в сжатом положении, удерживают изделие, переносимое из одной позиции в другую. При завершении рабочего хода губки разжимаются и перестают удерживать изделие, при этом последнее выводится из устройства. Холостой ход выполняется при отсутствии изделия и разжатом положении губок.

При рабочем и холостом ходах промежуточное звено 7 совершает поворотное движение, при этом палец 16 в шарнирной связи упомянутого звена со стойкой занимает неподвижное положение в направляющей 17.

При переналадке устройства на передачу изделий другой массы и соответствующую этой массе скорость поворотного движения выходного звена палец 16 освобождают от жесткой связи с направляющей 17 и перемещают его в положение, соответствующее требуемому значению d и параметра λ. После этого палец жестко фиксируют с помощью гаек в направляющей 17.

Предлагаемое устройство отличается от прототипа возможностью оперативной переналадки на обеспечение большей или меньшей скорости звеньев с учетом массы передаваемых изделий при неизменной частоте вращения кривошипа.

Изобретение относится к комбинированным механизмам со сложным движением выходных звеньев, применяемым для выполнения вспомогательных операций при обслуживании машин, станков, прессов и другого оборудования и обеспечивающим захват изделия, его перемещение из одной позиции в другую, освобождение и передачу изделия. Устройство содержит комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма и исполнительного механизма, и привод. Передаточный механизм включает ведущее, промежуточное и выходное звенья. Исполнительный механизм содержит ведущее звено, которым является выходное звено передаточного механизма, и выходные звенья с губками, подвижно связанные с промежуточным и выходным звеньями передаточного механизма, а промежуточное звено последнего шарнирно связано со стойкой. Шарнирная связь выполнена с возможностью фиксированной установки промежуточного звена на различных расстояниях от центра вращения ведущего звена передаточного механизма, содержит палец, шарнирно связанный с промежуточным звеном, и направляющую для установки упомянутого пальца в фиксированном положении, при этом направляющая жестко закреплена на стойке. Продольная ось направляющей совмещена с линией, проходящей через центры вращения ведущего и качания промежуточного звеньев передаточного механизма. Изобретение обеспечивает возможность оперативной переналадки положения промежуточного звена с учетом массы передаваемых изделий, снижение энергозатрат на передачу изделий. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство типа «рука» для передачи изделий, содержащее комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма с ведущим, промежуточным и выходным звеньями, исполнительного механизма с ведущим и выходными звеньями с губками для захвата изделий, в котором ведущим звеном является выходное звено передаточного механизма, а выходные звенья подвижно связаны с промежуточным и выходным звеньями передаточного механизма, промежуточное звено последнего шарнирно связано со стойкой, и привод, отличающееся тем, что шарнирная связь выполнена с возможностью фиксированной установки промежуточного звена на различных расстояниях от центра вращения ведущего звена передаточного механизма.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что шарнирная связь содержит палец, шарнирно связанный с промежуточным звеном, и направляющую для установки упомянутого пальца в фиксированном положении, при этом направляющая жестко закреплена на стойке.3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что продольная ось направляющей совмещена с линией, проходящей через центры вращения ведущего и качания промежуточного звеньев передаточного механизма.