НЕСУЩАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА Российский патент 2007 года по МПК B25J9/00 B23Q5/22 

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано в несущих механических системах (далее НМС) манипуляторов, предназначенных для осуществления перемещения обрабатываемых или контролируемых деталей по двум координатам Х и Y. Например, в радиометрических установках для неразрушающего контроля разноплотности материала, толщинометрии гальванопокрытий изделий, в устройствах, предназначенных для получения металлорезины (материала МР) или для обеспечения сварки, резки, термической обработки и т.п.

Известна по патенту РФ №2195381, B21F 03/04, 21/00, от 19.03.2001 г., опубл. в БИ №36 от 27.12.2002 г., несущая механическая система, содержащая две каретки с приводами, первая из которых смонтирована на поперечной направляющей, скрепленной с основанием, а вторая - на продольной направляющей, скрепленной с первой кареткой.

Передающие механизмы обоих приводов выполнены в виде винтовых кинематических пар. Двигатель привода первой каретки расположен на основании.

Недостатком этой НМС является то, что двигатель привода второй каретки расположен на первой каретке. Известно, что способ расположения двигателя, относительно приводимого им в движение какого-либо звена, является важной конструктивной характеристикой НМС. От варианта расположения двигателей во многом зависят технические характеристики НМС, ее быстродействие, управляемость и возможные области применения. Расположение двигателя на подвижном звене увеличивает габариты и массу подвижного звена, что приводит к уменьшению доли полезного груза.

Вышеуказанный недостаток устранен в известных НМС размещением всех двигателей на основании. Такое размещение двигателей позволило уменьшить массу подвижных звеньев.

Известная по заявке Японии №58-1309, F16H 19/02 // B23Q 05/22, B43L 13/00, от 13.12.74 г., 49-142452, опубл. 11.10.83 г., №5-33, несущая механическая система, содержащая ползун и установочный элемент, смонтированные, соответственно, первый на поперечной направляющей, скрепленной с каркасом, а второй - на продольной направляющей, скрепленной с ползуном, при этом двигатели приводов ползуна и установочного элемента расположены на каркасе, а передающий механизм привода установочного элемента выполнен с гибкой связью в виде троса.

Выбранная за прототип НМС в заявке Японии названа двухкоординатным "X-Y" установочным устройством. Название "НМС" больше соответствует терминологии, используемой в технической литературе, при описании отдельных узлов промышленных роботов.

Недостаток данного устройства характерен для НМС, у которых все двигатели расположены на основании. Такое расположение двигателей требует применения многозвенных передаточных кинематических цепей. Это приводит к увеличению ошибок передачи движения от двигателей: при передаче движения через промежуточные подвижные звенья возникает так называемый эффект кинематического взаимовлияния приводов, который необходимо устранить развязкой движений. При перемещении ползуна в поперечном направлении девять блоков передаточного механизма продольного перемещения установочного элемента, связанные гибким звеном, вращаются. В результате существует вероятность несанкционированного перемещения установочного элемента.

Задачей, решаемой данным изобретением, является улучшение одной из основных характеристик устройства: повышение точности перемещения установочного элемента. А также достижение, при решении поставленной задачи, упрощения конструкции.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в улучшении управляемости обоими приводами и в отсутствии ошибок при передаче движения от двигателей путем исключения вероятности возникновения эффекта кинематического взаимовлияния приводов, устраненного развязкой движений ползуна и установочного элемента. Кроме этого упрощение передаточного механизма продольного перемещения установочного элемента позволило применять его в НМС с различным сочетанием вариантов исполнения передающего механизма привода ползуна, который может быть выполнен, например, в виде винтовой пары или с гибкой связью.

Указанный выше технический результат достигается тем, что в несущей механической системе, содержащей ползун и установочный элемент, смонтированные, соответственно, первый на поперечной направляющей, скрепленной с каркасом, а второй - на продольной направляющей, скрепленной с ползуном, при этом двигатели приводов ползуна и установочного элемента расположены на каркасе, а передающий механизм привода установочного элемента выполнен с гибкой связью в виде троса, свободные концы которого скреплены с каркасом, дополнительно выполнены трансмиссионный вал и барабан, образовавшие между собой поступательную кинематическую пару. Причем трансмиссионный вал расположен на каркасе параллельно направляющей ползуна, а барабан соединен с ползуном с возможностью вращения вместе с трансмиссионным валом. Трос соединен с барабаном, а его свободные концы закреплены на двух противоположных сторонах каркаса через пружины. Трос может быть выполнен в двух исполнениях. В первом исполнении трос, как минимум, один раз, полностью огибающий барабан, образует с барабаном фрикционную передачу. Во втором исполнении трос выполнен из двух частей, концы которых обращенные к барабану, закреплены на нем.

Выполнение трансмиссионного вала и барабана обеспечило отсутствие эффекта кинематического взаимовлияния между приводами. Для обеспечения этого трансмиссионный вал и барабан образуют между собой поступательную кинематическую пару. Расположение трансмиссионного вала на каркасе параллельно направляющей ползуна и соединение барабана с ползуном с возможностью вращения барабана вместе с трансмиссионным валом обеспечивает возможность перемещения установочного элемента независимо от расположения ползуна. Соединение троса с барабаном обеспечивает возможность осуществления перемещения установочного элемента. Закрепление свободных концов троса на двух противоположных сторонах каркаса через пружины обеспечивает натяжение троса и повышает тем самым точность перемещения установочного элемента. Закрепление троса навивкой его на барабане с помощью, как минимум, одного полного витка с образованием фрикционной передачи между ними обеспечивает возможность осуществления перемещения установочного элемента. Выполнение троса из двух частей, концы которых обращенные к барабану, закреплены на нем, также обеспечивает возможность осуществления перемещения установочного элемента.

На фиг.1 показана НМС, схема; на фиг.2 - то же, пример выполнения установки приводов на каркасе; на фиг.3 - то же, пример выполнения передающего механизма привода установочного элемента; на фиг.4 - то же, пример выполнения установочного элемента; на фиг.5 - пример конкретного использования НМС в устройстве по изготовлению металлорезины; на фиг.6 - пример конкретной траектории перемещения установочного элемента в устройстве по изготовлению металлорезины.

НМС (см. фиг.1 и 2) имеет каркас, выполненный в виде плит 1 и 2, жестко соединенных двумя направляющими поперечными стержнями 3 и 4 (далее направляющие). Ползун 5 установлен с помощью четырех роликов 6 (см. фиг.3) на направляющих 3 и 4 с возможностью перемещения. В ползуне 5 смонтирована гайка 7, которая сопряжена с ходовым винтом 8, соединенным с двигателем 9. Двигатель 9 закреплен на плите 1.

Привод ползуна (гайка - ходовой винт - двигатель) может иметь и другие варианты исполнения. Например (не показано), привод может быть выполнен с гибкой связью, аналогично одному из приводов устройства по заявке Японии №58-1309 (прототип). При этом ползун может быть снабжен поводком, соединенным с тросом (гибкая связь), образующим замкнутую петлю, сопряженную с двумя блоками, один из которых соединен с выходным валом двигателя. При этом блоки установлены на противолежащих плитах каркаса.

Ползун 5 снабжен двумя пластинами 10 и 11, образующими "вилку". "Вилка" может быть выполнена заодно с ползуном 5 или в виде отдельной детали. Трансмиссионный вал 12, смонтированный в подшипниковых опорах на каркасе (детали 1, 2, 3 и 4) параллельно направляющим 3 и 4, пропущен через отверстия 13 (не показано) и 14, выполненные в пластинах 10 и 11. Трансмиссионный вал 12 с установленным на нем барабаном 15 образуют между собой шлицевую поступательную кинематическую пару. Барабан 15 расположен между пластинами 10 и 11 с возможностью вращения вместе с трансмиссионным валом 12 и возвратно-поступательного перемещения с ползуном 5.

На ползуне 5 установлены направляющие продольные стержни 16 и 17 (далее направляющие), концы которых скреплены плитами 18 и 19. Концы каждого из стержней выступают с двух противоположных сторон ползуна 5 на величину, необходимую для осуществления требуемого перемещения столешницы 20 установочного элемента.

Установочный элемент выполнен в виде столешницы 20 (см. фиг.4), смонтированной на прямоугольной раме, образованной стержнями 21 (не показан), 22, 23 и 24, скрепленными четырьмя элементами 25. На стержнях 22 и 24 установлено по два ролика 26. Установочный элемент расположен с помощью четырех роликов 26 на направляющих 16 и 17 с возможностью перемещения.

Трос 27 соединен с барабаном 15, а его свободные концы закреплены на стержнях 22 и 24 через пружины 28 и 29.

Соединение троса 27 с барабаном 15 может иметь различные исполнения. Например, трос 27, как минимум, один раз, полностью огибая барабан 15, образует с ним фрикционную передачу. Количество витков троса 27 на барабане 15, необходимых для образования фрикционной передачи, определяется наличием сцепления (отсутствия проскальзывания) первого относительно второго. Пружины 28 и 29 обеспечивают постоянное натяжение обеих ветвей троса 27.

В другом исполнении трос может быть выполнен из двух отдельных частей, концы которых обращенные к барабану, закреплены на его цилиндрической поверхности (не показано).

Исполнительный механизм привода (трансмиссионный вал 12 - барабан 15 - трос 27) установочного элемента соединен через трансмиссионный вал 12 с двигателем 30, который закреплен на плите 2 каркаса.

Ползун 5 выполнен с возможностью перемещаться вдоль оси «X», а установочный элемент (детали 20, 21, 22, 23 и 24) - вдоль оси «Y».

Пример конкретного применения НМС. Одним из возможных применений НМС может быть ее использование в станке по изготовлению металорезины на проволочной основе (см. патент РФ №2195381). В этом случае НМС компонуется с системой изготовления отрезков проволочных спиралей (см. фиг 5). Обе системы управляются исполнительной системой (далее ИС). Связь ИС с системой изготовления отрезков проволочных спиралей не рассматриваем. Для управления перемещением установочного элемента со столешницей 20 НМС может быть использована ИС, в состав которой входят блок управления и электрически связанные с ним двигатели 9 и 30, конечные выключатели Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6. Блок управления может быть электрически связан с персональным компьютером (ПК).

НМС работает следующим образом.

Возвратно-поступательное движение ползуна 5 совместно с установочным элементом и столешницей 20 вдоль оси «X» осуществляется при вращении ходового винта 8 с помощью электродвигателя 9. Вместе с перемещаемым ползуном 5 перемещается вдоль трансмиссионного вала 12 барабан 15. Поступательное движение установочного элемента со столешницей 20 вдоль оси «Y» осуществляется при вращении барабана 15 с помощью электродвигателя 30 через трансмиссионный вал 12. При этом одна ветвь троса 27 наматывается на барабан 15, а другая - разматывается.

Пример конкретной работы НМС. При изготовлении материала МР перемещения установочного элемента со столешницей 20 осуществляются по заданной программе ИС. Управление двигателями 9 и 30 для перемещения установочного элемента со столешницей 20 по требуемой траектории (см. фиг.6) осуществляется по сигналам конечных выключателей Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6.

Использование предложенного изобретения улучшает управляемость обоими приводами и обеспечивает отсутствие ошибок при передаче движения от двигателей путем исключения вероятности возникновения эффекта кинематического взаимовлияния приводов, устраненного развязкой движений ползуна и установочного элемента. Кроме этого упрощает передаточный механизм продольного перемещения установочного элемента и позволяет применять его в НМС с различным сочетанием вариантов исполнения передающего механизма привода ползуна, который может быть выполнен, например, в виде винтовой пары или с гибкой связью.

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано в несущих механических системах (НМС) манипуляторов, предназначенных для осуществления перемещения обрабатываемых или контролируемых деталей по двум координатам Х и Y. НМС содержит ползун и установочный элемент, смонтированные, соответственно, первый на поперечной направляющей, скрепленной с каркасом, а второй - на продольной направляющей, скрепленной с ползуном. Двигатели приводов ползуна и установочного элемента расположены на каркасе, а передающий механизм привода установочного элемента выполнен с гибкой связью в виде троса. НМС дополнительно содержит трансмиссионный вал и барабан, образовавшие между собой поступательную кинематическую пару, причем трансмиссионный вал расположен на каркасе параллельно направляющей ползуна, а барабан соединен с ползуном с возможностью вращения барабана вместе с трансмиссионным валом. Трос соединен с барабаном, а его свободные концы закреплены на двух противоположных сторонах установочного элемента через пружины. Трос может, как минимум, один раз, полностью огибать барабан с образованием между ним и барабаном фрикционной передачи. Трос также может быть выполнен из двух частей, концы которых обращенные к барабану, закреплены на нем. Изобретение позволит повысить точность перемещения установочного элемента и упростить конструкцию. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Несущая механическая система, содержащая ползун и установочный элемент, смонтированные соответственно первый на поперечной направляющей, скрепленной с каркасом, а второй - на продольной направляющей, скрепленной с ползуном, при этом двигатели приводов ползуна и установочного элемента расположены на каркасе, а передающий механизм привода установочного элемента выполнен с гибкой связью в виде троса, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена трансмиссионным валом и барабаном, образующими между собой поступательную кинематическую пару, причем трансмиссионный вал расположен на каркасе параллельно направляющей ползуна, а барабан соединен с ползуном, с возможностью вращения барабана вместе с трансмиссионным валом, трос соединен с барабаном, а его свободные концы закреплены на двух противоположных сторонах установочного элемента через пружины.2. Несущая механическая система по п.1, отличающаяся тем, что трос, как минимум, один раз, полностью огибающий барабан, образует с барабаном фрикционную передачу.3. Несущая механическая система по п.1, отличающаяся тем, что трос выполнен из двух частей, концы которых обращенные к барабану, закреплены на нем.