Захватное устройство для промышленного робота-манипулятора Советский патент 1984 года по МПК B25J15/00 

Изобретение относится к захватным устройствам промышленных адаптивных роботов-манипуляторов и может быть использовано для захвата заданных объектов манипулирования посредством адаптации к их типу, количеству и ориентации с выработкой соответствующих информационных сигналов. Известно захватное устройство для промышленного робота, содержащее губки, привод их перемещения, схему управления приводом, датчик параметров захватываемого объекта, выполненный в ВИде фотоэлементов, и систему распознавания захватываемых объектов 1. Однако известное устройство позволяет распознавать объекты только по их контуру. Цель изобретения - расширение технологических возможностей за счет увеличения номенклатуры распознаваемых объектов. Поставленная цель достигается тем, что в захватном устройстве для промыщленного робота-манипулятора, содержащем губки, привод перемещения губок, схему управления приводом, датчик параметров захватываемого объекта и систему распознавания захватываемых объектов, датчик выполнен в виде нагревательного и чувствительного элементов, закрепленных на противоположных губках через термоизоляционные прокладки, а система распознавания захватываемых объектов выполнена в виде одновибратора, индикатора типа и количества захватываемых объектов и последовательно соединенных блока формирования кода теплопроводности, регистратора кода с управляющим входом, блока переключателей логического блока ИЛИ и ключевого элемента, при этом вход блока фбрмирования кода теплопроводности соединен с датчиком, выход этого блока соединен с входом регистратора кода, выход одновибратора подключен к управляющему входу регистратора кода, выход регистратора кода соединен с индикатором типа и количества захватываемых объектов и через блок переключателей - с входом логического блока ИЛИ, а выход логического блока ИЛИ подключен к входу ключевого элемента, при этом ключевой элемент соединен со схемой управления приводом. Кроме того, блок формирования кода теплопроводности выполнен в виде последовательно соединенных усилителя-формирователя, аналого-цифрового преобразователя и дещифратора. На фиг. 1 изображено устройство, об щий вид; на фиг. 2 - система распознавания захватываемых объектов; на фиг. 3 - . график изменения температуры объектов, выбора ее оптимального определяющего значения и времени проведения идентификации; на фиг. 4 - диаграмма работы устройства. Захватное устройство промыщленного робота-манипулятора содержит связанные с приводом 1 губки 2 и размещенные на них электромагниты 3 и 4, соединенные с источником 5 постоянного тока, причем один из них через электромагнитное реле 6, связывающее одновременно оба вывода электромагнита 4, с каждым в отдельности полюсом источника 5 питания парами своих контактов 6.1, 6.2 и 6.3, 6.4 один из которых нормально замкнут - 6,1, 6,3, а другой нормально разомкнут - 6,2, 6.4. Устройство содержит датчик, параметров захватываемого объекта, выполненный в виде нагревательного 7 и чувствительного 8 элементов, установленных на противоположных губках 2 и закрепленных через термоизоляционные прокладки 9 на полюсах 3.1, 4.1 электромагнитов 3 и 4 соответственно друг напротив друга у поверхностей 3.2, 4.2 соприкосновения полюсов 3.1, 4.1 с объектами 10 манипулирования. Устройство снабжено системой распознавания захватываемых объектов, выполненной в виде последовательно соединенных блока 11 формирования кода теплопроводности регистратора кода 12 с управляющим входом, блока 13 переключателей, логического блока 14 ИЛИ и ключевого элемента 15. Кроме того, сисема содержит одновибратор 16 и индикатор 17 типа и количества захватываемых объектов, при этом вход блока 11 формирования кода теплопроводности соединен с выходом чувствительного элемента 8, выход одновибратора 16 подключен к управляющему входу регистратора 12 , кода, выходы которого связаны также с входами индикатора 17 типа и количества захватываемых объектов, выход блока 14 ИЛИ подключен к входу ключевого элемента 15, включенного в схему управления приводом губок. Элемент 7 может быть образован и обмоткой питания 4.3 электромагнита 4, рассчитанной так, чтобы при заданных электромагнитных свойствах обеспечить и требуемую величину и стабильность температуры у поверхности 4.2 соприкосновения с объектом 10 манипулирования полюса 4.1 электромагнита 4, расположенного напротив элемента 8. Блок 11 формирования кода теплопроводности содержит последовательно соединенные усилитель-формирователь 11.1, аналого-цифровой преобразователь 11.2 и дешифратор 11.3. Захватное устройство работает следующим образом. В исходном положении при включении источника 5 постоянного тока губки 2 разведены и элемент 7 находится в значительном удалении от элемента 8, что и определяет нагрев последнего лишь до исходного минимального значения температуры Тмиш. близкой к температуре окружающей среды (фиг. 1, 4, вых. 8, 12, 1)

Все два контакта блока 13 переключателей замкнуты и связывают выходы регистратора 12 кода с входами блока 14 ИЛИ. Пропорциональный данной температуре электрический сигнал усиливается и формируется усилителем-формирователем 11. Г блока 11 формирования кода теплопроводности так, что, поступая далее на вход аналого-цифрового преобразователя 11.2 и попадая затем на дешифратор 11. 3 в виде двоичного параллельного «-разрядного кода, дешифрируется в унитарный двоичный код, соответствующий каждому определеннЬму значению температуры. Таким образом, усилитель-формирователь 11.1 обеспечивает требуемую разрешающую способность аналогоцифрового преобразователя 11.2, дешифратор 11.3 вырабатывает соответствующую каждому исследуемому двоичному коду температуры один единственный единичный сигнал на одном из двух своих выходов. Так, рассматриваемое исходное минимальное значение температуры соответствует некоторому /с-разрядному коду на выходе аналого-цифрового преобразователя 11.2, которое приводит к возникновению единичного сигнала в одном из младших раз рядов указанного унитарного 2-разрядного кода на выходе дешифратора 11.3, т. е. на выходе блока 11.

При такой разрешаюшей способности может быть идентифицировано два различных значения возникшей температуры, соответствующей ориентации, типу и количеству удерживаемых объектов 10. До проведения захвата объекта 10 манипулирования одновибратор 16 не запускается, что обеспечивает неизменность хранимого в регистраторе 12 и записанного в него при вклю чении ис;точника 5 (фиг. 4) кода исходного значения, которое, поступая с его 2 выходов через определенный замкнутый контакт 13.2 блока 13 переключателей на входы блока 14 ИЛИ поддерживает на его выходе уровень логической единицы, удерживающей ключевой элемент 15 в открытом состоянии, замыкающем цепь питания реле6. Следовательно, перед захватом объекта 10 обмотка электромагнита 3 через нормально замкнутые контакты 6.1, 6.3 реле 6 подключена к источнику 5 таким образом, что происходит взаимное отталкивание губок магнитными полями обоих электромагнитов 3 и 4.

Функционирование захватного устройства как робототехнического устройства можно подразделить на основные режимы: настройка, обучение и собственно работа. Выполнение режима . настройки заключается в задании и установке требуемого в усилителе-формирователе 11.1 для обеспечения наилучшей разрешающей способности аналого-цифрового преобразователя 11.2, усиления и преобразования электрического сигнала, поступающего с элемента 8 (фиг. 4). Кроме того, в этом режиме осуществляется выбор и установка в нагревательном элементе 7 значения оптимальной величины передаваемой тепловой энергии Q и температуры Тн,..а также времени «тестового прогрева исследуемых объектов 10 заданием соответствующей длительности управляющего импульса одновибратора 16, исходя из априорно известных значений их теплопроводности А и теплового сопротивления Р, зависящего-, и от ориентации объектов 10 в зоне захвата (фиг. 1 и 3). Указанные задаваемые значения должны обеспечить наилучшее разделение удерживаемых исследуемых объектов 10 по их ориентированному в зоне захвата типу и количеству, определяющихся теплопроводностью через воспринимаемую за промежуток Т элементом 8 температуру Тх .(фиг. 3). На этом заканчивается режим настройки, и выполнением операции захвата объекта 10 манипулирования начинается режим обучения. Перед выполнением операции захвата ориентированные с определенной точностью объекты 10 оказываются в зоне захвата посредством выполнения соответствующей манипуляции промышленным роботом, оснащенным данным захватным устройством.

При выполнении сжатия губок 2 приводом 1 для их ускоренного сближения и захватг. объекта 10 манипулирования в цепь питания реле подается напряжение Unm..через открытый ключевой элемент (фиг. 1). При этом реле 6 включается (фиг. 4), переключаются его контакты, в результате чего меняется полярность питания, подаваемого на обмотку электромагнита 3 и магнитные поля электромагнитов 3 и 4 взаимно притягивают губки 2 захватного приспособления. Одновременно производится запуск одновибратора 16. Посредством сближения губок 2 происходит захват объектов 10 (фиг. 1), усилие которого представляет собой сумму усилий привода 1 и взаимодействия указанных электромагнитных полей. При сближении губок 2 приводом 1 одновременно с подачей Упит в цепь реле 6, обеспечивающей их сжатие с силой взаимодействия электромагнитов 3 и 4, запускается одновибратор 16 (фиг. 4 вых 16).

Под действием заданной в режиме настройки температуры TH нагревательного элемента 7 происходит прогрев удерживаемых в зоне захвата объектов 10. Степень этого прогрева фиксируется термоэлементом с противоположной по отношению к нагревательному элементу 7 стороны захваченного объекта 10 манипулирования.

Так, конфигурация его тестируемой части, определяющейся ориентацией объекта 10 в зоне захвата, идентифицируется через его поперечное сечение и длину проводника. Как указывалось, с выхода блока 11 на вход регистратора 12 кода поступает 2-разрядный унитарный двоичный код воспринимаемой температуры, который записывается в него в момент срабатывания одновибратора 16 и посылки им импульса на управляющий вход регистратора 12 (фиг. 4 вых. 12). Он становится, таким образом, уже кодом теплопроводности, характеризующим тепловое сопротивление Р объекта 10 по степени проникновения . в него зондирующей дозы тепловой энергии за заданный промежуток времени Т. Это значение Р, определяющееся количеством, типом и ориентацией удерживаемых объектов 10, с выхода регистратора 12 поступает на индикатор 17. Если захвачены и удерживаются в нужной ориентации объекты 10 требуемого типа и в требуемом количестве, то выход разряда регистратора 12, содержащий идентифицируемую индикатором 17 единицу, замкнутыми контактами соответствующего переключателя входа блока 13 подается на вход блока 14 ИЛИ, единичный выходной сигнал которого обеспечивает открытое состояние ключевого элемента 15 и включенное состояние реле 6, т. е. и надежное удержание захватным устройством рассматриваемого объекта 10. Повторяя данную процедуру сжатия губок 2 при помещении между ними последовательно всех объектов 10 из их обрабатываемой совокупности, сопоставляется получаемый и идентифицируемый индикатором 17 цифровой код количеству, типу и ориентации захваченных объектов 10 манипулирования. Так, получае.мое однозначное соответствие между захваченными в определенном положении и в некотором количестве типами объектов 10 и единичным значением разряда рассмотренного унитарного кода их теплопроводности дает возможность использовать последний в качестве их признака (фиг. 3). Итак, в сопоставлении каждого объекта 10 и возможного для захвата их множества из всей обрабатываемой совокупности объектов 10 указанному признаку и заключается проведение режима обучения захватного приспособления, что аппаратурно выражается в образовании в блоке 13 переключателей соответствующих связей между разрядами регистратора 12 и входами блока 14 ИЛИ.

После проведения режимов настройки и обучения захватное устройство переходит в режим работы, выполняющийся следующим образом. В исходном положении губки 2 разведены и единица разряда кода минимальной температуры Тдин.. записанного в регистраторе 12 с входа дешифратора 11.3, в виде соответствующего той или иной теплопроводности и определяющегося одним единичным разрядом унитарного кода, поступает на вход индикатора 17. По управляющему сигналу, выработанному одновибратором 16 в режиме настройки после включения источника 5 это значение кода записывается в регистраторе 12, и, далее подается на соответствующий вход блока с 14 ИЛИ через один из первоначально замкнутых и оставленных в таком положении после выполнения режима обучения контактов блока 13. Поступление единицы на один из входов блока 14 ИЛИ вызывает появление на его выходе единичного значения ло0 гического сигнала, поддерживающего ключевой элемент 15 в открытом состоянии и, следовательно, замыкающего цепь питания реле 6. При ориентированной подаче объекта 10 в зону захвата описаным образом

j (фиг. 1) производится его фиксация губками 2 и запуск одновибратора 16. В этом случае тепловая энергия нагревательного элемента 7 начинает воздействовать на удерживаемый в непосредственной близости от него объект 10. Объект манипулирования

0 или их совокупность прогреется в зависимости от теплопроводности материала, формы, размеров, ориентации и количества, в общем случае до различной температуры. В режимах настройки и обучения при отбраковке достигается однозначность указанной характеристики Тх ..объектов 10 и. в блоке 13 фиксируются соответствующие обрабатываемым объектам 10 манипулирования связи (фиг. 1). Так, унитарный код теплопроводности исследуемого объекта 10

0 по истечении длительности управляющего сигнала одновибратора 16 (фиг. 4, вых. 16), поступающего на управляющий указанный вход регистратора 12, записывается в регистраторе 12 кода. С выхода указанного регистратора 12 это значение подается в индикатор 17 (фиг. 1, 4), где и индицируется в виде символов, обозначающих тип, количество и ориентацию удерживаемых объекта 10 в зону захвата описанным образом осуществляться, например в виде условных значений в тех или иных установленных единицах измерения, что предоставляет определенные удобства оператору, контролирующему работу адаптивного робототехнического комплекса, оснащенного данным захватным устройством.

Одновременно, с выходов регистратора 12 кода, это значение может быть направлено в устройство управления и адаптации, использующего данное захватное устройство промыщленного робота-манипулятора для

проведения в нем необходимых изменений и коррекций своей работы с удерживаемыми и уже идентифицированными объектами 10. Если же захваченный и идентифицированными объектами 10. Если же захваченный

5 и идентифицированный объект 10 входит в совокупность объектов 10, подлежащих дальнейщей обработке, то при его правильной, т. е. одной из оговоренных заранее ориентации, в унитарном коде значения его теплопроводности должен присутствовать . единственный единичный разряд, подающийся через соответствующие и установленные в режиме обучения замкнутые контакты блока 13 на вход блока 14 ИЛИ. В том случае, когда захватным приспособлением взяты объекты 10, не предназначенные для выполнения с ними каких-либо манипуляций, единичные разряды кодов их теплопроводности не пройдут на вход блока 14 ИЛИ, что в.конечном итоге приведет к разрыву цепи питания реле 7. Таким образом, для отбрасывания и освобождения ненужных в данной технологической операции объектов 10 реле 6 обесточивается, в результате чего (фиг. 1, 4) меняется полярность обмотки электромагнита 3 и их магнитные поля разводят губки 2 захватного приспособления. Усилие их отталкивания в начальный момент, до переключения привода 1, представляет собой разницу усилий привода 1 и взаимодействия указанных магнитных полей (Fni)... При этом Fm должно быть больще, чем РИ для того, чтобы обеспечить автономность и быстроту отслеживания данной ситуации захвата нетребующихся объектов 10 еще на уровне захватного приспособления, без участия в нем устройств используемого промыщленного робота-манипулятора, подающих приводу 1 соответствующие команды. В то же время для надежного отпускания объектов 10, обладающих ферромагнитными свойствами, F/t..He должна быть очень больщой для уменьщения возникающих при ее наличии некоторых усилий их удержания. После начала разведения губок 2 посредством электромагнитных сил их отталкивания происходит срабатывание привода 1, губки 2 занимают исходное поГложеиие, и источник 5 постоянного тока выключается, Fj исчезает.. Отметим, что для отпускания объектов и по команде из вне, при соответствующем срабатывании привода 1, реле 6 обесточивается аналогично, в результате чего также меняется полярность обмотки электромагнита 3 и возникают взаимоотталкивающиеся магнитные поля, но разжатие губок 2 происходит сразу же и при помощи привода 1 так, что разводящая их сила представляет собой сумму усилий привода 1 (Р„).. и взаимодействие магнитных полей (FM,)., Данное устройство обеспечивает возможность работы с объектами различной формы, массы и свойств материала при определении факта ориентированного удерживания их определенного типа и количества и независимости этих результатов от присутствующих в реальном производстве механических воздействий, технологических разбросов, кратности и подобия масс обрабатываемых объектов манипулирования и изменения некоторых других свойств используемых в них материалов. Указанные преимущества в целом создают возможность для проведения эффективной адаптации как собственно захватного приспособления к количеству и типу ориентированных захватываемых объектов, так и одновременного задания соответствующим им осведомительных сигналов адаптации в систему управления робототехнического комплекса. Данное захватное устройство может быть использовано в составе перспективных адаптивных промыщленных роботов и робототехнических комплексов, в. том числе для систем гибкого автоматизированного производства.

ЗАХВАТНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА-МАНИПУЛЯТОРА, содержашее губки, привод перемещения губок, схему управления приводом, датчик параметров захватываемого объекта и систему распознавания захватываемых объектов, отличающееся тем, что, с целью расширения технологических .возможностей за счет увеличения номенклатурных распознаваемых объектов, датчик выполнен в виде нагревательного и чувствительного элементов, закрепленных на противоположных губках через термоизоляционные прокладки, а система распознавания захватываемых объектов выполнена в виде одновибратора, индикатора типа и количества захватываемых объектов и последовательно соединенных блока формирования кода теплопроводности, регистратора кода с управляюш,им входом, блока переключателей логического блока ИЛИ и ключевого элемента, при этом вход блока формирования кода теплопроводности соединен с датчиком, выход этого блока соединен с входом регистратора кода, выход одновибратора подключен к управляющему входу регистратора кода, выход регистратора кода соединен с индикатором типа и количества захватываемых объектов и через блок переключателей - с входом логического блока ИЛИ, а выход логического блока ИЛИ подключен к входу ключевого элемента, при этом ключевой элемент соединен со схемой управления приводом. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок формирования кода теплопроводности выполнен в виде последовательно соединенных усилителя-формирователя, аналого-цифрового преобразователя и дешифратора.

фиг. г