КОМБИНИРОВАННЫЙ МЕХАНИЗМ СО СЛОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ВЫХОДНЫХ ЗВЕНЬЕВ Российский патент 2006 года по МПК B25J18/04 

Предлагаемое изобретение относится к комбинированным механизмам со сложным движением выходных звеньев, применяемым для выполнения технологических операций при обслуживании машин, станков, прессов и другого оборудования. Такие манипуляционные механизмы, имитируя определенные движения 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 для передачи изделий, выполненное в виде комбинированного механизма, содержащего передаточный механизм с выходным звеном, исполнительный механизм с губками для захвата изделий и привод (Патент РФ №2193963, опубл. в БИПМ, 2002. - №34 - прототип).

Основной недостаток прототипа заключается в том, что выходное звено передаточного механизма, несущее выходные звенья исполнительного механизма, совершает на границах интервалов движения лишь мгновенные выстои, связанные с изменением скорости и направления движения выходного звена. Это усложняет операцию подачи изделия в губки и последующий "схват" изделия. Недостаток усложняется еще и тем, что на границах интервалов движения, т.е. в моменты начала и окончания движения, возникает "мягкий" удар, когда при нулевом значении скорости выходного звена его ускорение мгновенно возрастает до определенного значения в начале хода и мгновенно падает до нуля в конце хода. Упомянутый недостаток особенно ощутим при передаче объектов увеличенной массы и размеров.

Задачей настоящего изобретения является улучшение кинематических характеристик механизма и расширение его технологических возможностей.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в комбинированном механизме со сложным движением выходных звеньев, содержащем передаточный механизм с ведущим и выходным звеньями, исполнительный механизм с губками для захвата изделий и привод, ведущее звено передаточного механизма выполнено в виде кривошипа и силового упругого элемента для взаимодействия с выходным звеном соответственно при рабочем и холостом ходах, при этом выходное звено выполнено в виде расположенного в неподвижных направляющих стержня с закрепленной на нем панелью с пазом для сопряжения с кривошипом, а силовой упругий элемент связывает панель со стойкой.

Панель выполнена в виде прямоугольной плиты, которая крепится к выходному звену в плоскости его продольной оси, при этом паз в теле панели перпендикулярен выходному звену.

На свободном конце кривошипа смонтирован ролик для сопряжения с пазом панели, при этом центр вращения кривошипа лежит на линии основания панели.

Силовой упругий элемент выполнен в виде пружины сжатия, один конец которой закреплен на конце выходного звена, а другой сопряжен с неподвижной направляющей.

На выходном звене закреплен гуммированный резиной упор для взаимодействия с направляющей в конце холостого хода выходного звена.

Начало паза в теле панели выполнено проходным, а конец - тупиковым.

Движение выходного звена при рабочем ходе соответствует зависимостям:

где χ - перемещение выходного звена;

r - длина кривошипа;

ϕ - угол поворота кривошипа, отсчитываемый от середины интервала рабочего хода;

v - скорость выходного звена;

ω - угловая скорость кривошипа;

а - ускорение выходного звена.

Выполнение ведущего звена передаточного механизма в виде кривошипа с силовым упругим элементом, а выходного звена - в виде стержня, смонтированного в неподвижных направляющих, с закрепленной на нем панелью с пазом, имеет свои преимущества: посредством паза в теле панели кривошип взаимодействует с выходным звеном при рабочих ходах, а силовой упругий элемент обеспечивает холостой ход панели с выходным звеном. Таким образом, временной интервал рабочего хода выходного звена обеспечивается в течение времени сопряжения кривошипа с пазом панели, а холостой ход выполняется воздействием на выходное звено силового упругого элемента, при этом кривошип продолжает поворот без сопряжения с пазом панели. Такое "избирательное" (прерывистое) взаимодействие кривошипа и выходного звена обеспечивает условия, при которых выходное звено по завершении холостого хода выстаивает, т.е. совершает выстой определенной продолжительности до начала рабочего хода. В интервале выстоя осуществляется подача (загрузка) в губки исполнительного механизма изделий, подлежащих передаче в другую позицию.

Панель с пазом является конструктивным элементом выходного звена, обеспечивающим прерывистую связь последнего с кривошипом. Крепление панели к выходному звену в плоскости его продольной оси способствует симметричному нагружению выходного звена при взаимодействии кривошипа с пазом панели и исключает возможные при этом перекосы.

Ролик на свободном конце кривошипа является типовым элементом высшей кинематической пары, оборудованной связью кривошипа с выходным звеном. Использование ролика уменьшает износ боковин паза, исключает шумовое сопровождение взаимодействия пары трения при рабочем ходе. Положение центра вращения кривошипа на линии основания панели является целесообразным, поскольку при этом исключаются удары в моменты начала и конца зацепления, т.е. в моменты входа ролика кривошипа в паз и выхода его из паза. В моменты начала и конца зацепления угол между кривошипом и средней линией паза составляет 90°. В таких условиях рабочий ход выходного звена соответствует повороту кривошипа на 180°.

Силовой упругий элемент выполнен в виде пружины сжатия, она обеспечивает холостой ход выходного звена после окончания последним рабочего хода и последующего за ним мгновенного выстоя в крайнем положении. Один конец пружины закреплен на конце выходного звена, другой сопряжен с неподвижной направляющей. При холостом ходе выходное звено проходит тот же путь, что и при рабочем ходе, но за значительно меньшее время. При холостом ходе выходного звена кривошип продолжает движение, при этом в интервале поворота кривошипа на 180° его ролик не взаимодействует с пазом панели и не препятствует движению выходного звена под действием пружины с большой скоростью. Разность между временем поворота кривошипа на 180° и временем холостого хода выходного звена под действием пружины и определяет собой продолжительность выстоя выходного звена перед началом рабочего хода.

Упор, закрепленный на выходном звене, фиксирует выходное звено в крайнем положении после завершения им холостого хода. Для исключения жестких ударов выходного звена упор гуммирован резиной.

Выполнение начала паза проходным, а конца - тупиковым соответствует определенным требованиям. Начало паза обеспечивает свободный вход ролика кривошипа в паз и свободный выход его из паза по завершении рабочего хода, т.е. после поворота кривошипа на 180°. Выполнение конца паза тупиковым принято из условия обеспечения прочности и жесткости боковин (щек) паза при силовом взаимодействии их с кривошипом.

Зависимости (1)-(3) показывают, что в предлагаемом устройстве выходное звено передаточного механизма, несущее выходные звенья исполнительного механизма, в интервале его рабочего хода (хода с технологической нагрузкой в виде передаваемых изделий) совершает движение по синусоидальному закону, т.е. без каких-либо мягких или жестких ударов.

На чертеже представлен комбинированный механизм со сложным движением выходных звеньев, кинематическая схема.

Комбинированный механизм со сложным движением выходных звеньев содержит передаточный механизм 1, исполнительный механизм 2 с губками 3 для захвата изделий и привод (последний на чертеже не показан).

Механизм 1 включает ведущее звено, состоящее из кривошипа 4 и силового упругого элемента 5, выходное звено 6, выполненное в виде стержня, смонтированного в неподвижных направляющих 7, с закрепленной на нем панелью 8 с пазом 9.

Кривошип 4 закреплен на валу привода, на свободном конце кривошипа смонтирован ролик 10 для сопряжения с пазом 9 панели 8. Силовой упругий элемент 5 выполнен в виде пружины сжатия, один конец которой закреплен на конце выходного звена 6, а другой сопряжен с одной из направляющих 7.

Панель 8 выполнена в виде прямоугольной плиты, закрепленной на выходном звене 6 в плоскости его продольной оси, паз 9 в теле панели перпендикулярен выходному звену. Начало паза в теле панели выполнено проходным, а конец - тупиковым. Центр вращения кривошипа 4 лежит на линии основания панели, т.е. совпадает с линией начала паза 9 в теле панели. На выходном звене 6 закреплен гуммированный резиной упор 11 для взаимодействия с одной из направляющих 7 при положении выходного звена на границе интервалов конца холостого и начала рабочего ходов.

Исполнительный механизм 2 выполнен в виде кулачково-рычажного механизма, содержащего ведущее звено 12 в виде неподвижного копира и выходные звенья 13 и 14 с жестко, но разъемно закрепленными на них губками 3 для захвата изделий. Звенья 13 и 14 шарнирно связаны с выходным звеном 6 передаточного механизма посредством пальца 15, жестко закрепленного на свободном конце выходного звена. На свободных концах звеньев 13 и 14 смонтированы ролики 16 и 17 для взаимодействия с фигурными пазами 18 и 19, выполненными в теле копира 12, последний жестко закреплен на неподвижном основании.

Форма губок 3 соответствует форме передаваемых изделий, при захвате и переносе изделий такая форма обеспечивает контактирование губок с изделием по большей части периметра последнего.

Комбинированный механизм со сложным движением выходных звеньев работает следующим образом.

При работе привода кривошип 4 совершает вращательное движение, при этом в интервале рабочего хода, который соответствует повороту кривошипа на 180°, ролик 10 кривошипа взаимодействует (сопрягается) с пазом 9 панели 8, в результате чего выходное звено 6 совершает поступательное движение в направляющих 7. При движении звена 6 ролики 16 и 17 выходных звеньев 13 и 14 исполнительного механизма, взаимодействуя с фигурными пазами 18 и 19 в теле копира 12, сообщают выходным звеньям повороты и выстои относительно звена 6, с которым они шарнирно связаны. При этом губки для захвата изделий имитируют поворотные движения выходных звеньев.

На границах интервалов движения, соответствующих позициям "схват изделия" и "выдача изделия", губки занимают разжатое положение. В интервале рабочего хода устройства губки 3 занимают сжатое положение, выполняя операцию переноса изделия в позицию выдачи, при этом губки удерживают изделие, переносимое по прямолинейной траектории. По завершении рабочего хода губки 3 разжимаются, перестают удерживать изделие, переданное из одной позиции в другую, и последнее выводится из устройства. В интервале рабочего хода пружина 5 сжимается, аккумулируя энергию на совершение холостого хода.

После поворота кривошипа на 180°, т.е. по завершении рабочего хода, ролик 10 выходит из паза 9 и кривошип перестает взаимодействовать с выходным звеном 6 в интервале поворота на следующие 180°. При этом выходное звено под действием пружины возвращается в другое крайнее положение, совершая холостой ход. В конце холостого хода упор 11, закрепленный на выходном звене, стыкуется с неподвижной направляющей 7, фиксируя выходное звено в положении выстоя перед началом рабочего хода. В интервале выстоя выходного звена в разжатые губки подают изделия, подлежащие переносу в другую позицию. За время хода выходного звена под действием пружины и его выстоя кривошип совершает поворот на 180°, т.е. возвращается в положение начала рабочего хода, при котором ролик 10 вступает во взаимодействие с пазом 9 панели 8, и рабочий цикл повторяется.

Разность между продолжительностью поворота кривошипа на 180° без его взаимодействия с выходным звеном и временем холостого хода выходного звена под действием пружины определяет собой фактическую продолжительность выстоя выходного звена перед началом рабочего хода. Выходное звено передаточного механизма, несущее выходные звенья исполнительного механизма с губками для захвата изделий, в интервале рабочего хода (с изделиями в губках) совершает движение по безударному синусоидальному закону.

Изобретение относится к средствам обслуживания машин, станков, устройств различного назначения. Механизм содержит передаточный механизм с ведущим и выходным звеньями, исполнительный механизм с губками для изделий и привод. Ведущее звено передаточного механизма выполнено в виде кривошипа и силового упругого элемента в виде пружины сжатия для взаимодействия с выходным звеном соответственно при рабочем и холостом ходах, а выходное звено выполнено в виде расположенного в неподвижных направляющих стержня с закрепленной на нем панелью с пазом для сопряжения с кривошипом. Панель выполнена в виде прямоугольной плиты, закрепленной на выходном звене в плоскости его продольной оси, паз в теле панели перпендикулярен выходному звену. На выходном звене закреплен упор для взаимодействия с неподвижной направляющей в конце холостого хода выходного звена. Изобретение позволяет улучшить кинематические характеристики механизма. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Комбинированный механизм со сложным движением выходных звеньев, содержащий стойку, передаточный механизм с ведущим и выходным звеньями, исполнительный механизм с губками для захвата изделий и привод, отличающийся тем, что ведущее звено передаточного механизма выполнено в виде кривошипа и силового упругого элемента для взаимодействия с выходным звеном соответственно при рабочем и холостом ходах, при этом выходное звено выполнено в виде расположенного в неподвижных направляющих стержня с закрепленной на нем панелью с пазом для сопряжения с кривошипом, а силовой упругий элемент связывает панель со стойкой.2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что панель выполнена в виде прямоугольной плиты, закрепленной на выходном звене в плоскости его продольной оси, при этом паз в теле панели перпендикулярен выходному звену.3. Механизм по п.1, отличающийся тем, что на свободном конце кривошипа смонтирован ролик для сопряжения с пазом панели, при этом центр вращения кривошипа лежит на линии основания панели.4. Механизм по п.1, отличающийся тем, что силовой упругий элемент выполнен в виде пружины сжатия, один конец которой закреплен на конце выходного звена, а другой сопряжен с неподвижной направляющей.5. Механизм по п.1, отличающийся тем, что на выходном звене закреплен гуммированный резиной упор для взаимодействия с направляющей в конце холостого хода выходного звена.6. Механизм по любому из пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что начало паза в теле панели выполнено проходным, а конец - тупиковым.7. Механизм по любому из пп.1, 2, 4 или 5, отличающийся тем, что движение выходного звена при рабочем ходе соответствует зависимостям

χ=r·sinϕ;

v=ω·r·cosϕ;

а=-ω²·r·sinϕ,

где χ - перемещение выходного звена;

r - длина кривошипа;

ϕ - угол поворота кривошипа, отсчитываемый от середины интервала рабочего хода;

v - скорость выходного звена;

ω - угловая скорость кривошипа;

а - ускорение выходного звена.