Схват промышленного робота Советский патент 1979 года по МПК B25J15/04 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к промышленным роботам и манипуляторам, предназначенным для механизации и автоматизации производственных процессов на основных и вспомогательных операциях: транспортировка, укладка, сборка и т.д.

Известен схват промышленного робота, обеспечивающий захватывание детали, ее удержание и подачу на определенную г1 озициюс ориентированием или с сохранением заданного положения, в котором содержится корпус, несущий шарнирно установленные приводные губки 1.

Недостатком указанного схвата является ненадежность конструкции вследствие жесткого зажима детали губками, что является следствием отсутствия информации о качестве зажима детали в схвате.

Наиболее близким решением из известных является схват промышленного робота, содержащий корпус, несущий губки с эластичными камерами, смонтированными на шарнирных рычажных механизмах, фиксаторы, привод и устройство очувствления 2.

Недостаток указанного схвата заключается в том, что он сложен в конструктивном исполнении.

Цель настоящего изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности.

Указанная цель достигается тем, что устройство очувствления выполнено в виде, по меньшей мере, одного струйного измерительного элемента, расположенного на корпусе

между губками, а выходной канал этого элемента соединен с эластичными камерами, что выходной канал струйного элемента соединен с камерами через элемент сравнения, что струйные измерительные элементы смонтированы на рычагах щарнирных рычажных

механизмов, а выходной канал этих элементов соединен с каналом управления, например, моностабильного усилителя, выход которого соединен с камерами; что он снабжен усилителем мощности, установленным между струйным элементом с камерами; что каждая камера соединена с одним из струйных элементов, смонтированных на рычагах, а также тем, что камеры связаны с источником давления через регулятор давления. На фиг. 1 изображен общий вид охвата, вид сбоку в разрезе; на фиг. 2 - то же, вид в плане; на фиг. 3 --продольный разрез вихревого струйного элемента; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 3; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 6 - вид по стрелке Б на фиг. 2; на фиг. 7 - вариант исполнения схвата с элементом УСЭППА типа П2ЭС.1 (ЭС-3); на фиг. 8 - вариант исполнения схвата с элементами пневмоники; на фиг. 9 - вариант схвата с раздельным управлением эластичными ка.мерами; на фиг. 10 - вид по стрелке Г на фиг. 9. Схват нромыщленного робота состоит из корпуса 1, выполненного в виде стержневой части механической руки робота (на чертеже не обозначена), переходящей в кисть 2, снабженную осевым каналом 3, в каждом установлен конусный струйный измерительный элемент 4, имеющий выходной канал 5. На поверхности кисти 2 вокруг струйного элемента 4 размещены упругие прокладки 6. Струйный элемент может быть другого типа, например вихревой (см. фиг. 3 и 4), который содержит входной тангенциальный канал 7, полость 8, отверстие 9 и выходной канал 10. Сочетание струйного элемента и захватываемой детали II представляет собой датчик типа сопло-заслонка. На кисти схвата щарнирно установлены губки 12 с проущиной 13 и эластичной камерой 14, расположенной в углублении губки 12, и губка 15 с проущиной 16 и эластичной герметичной камерой 17, расположенной в углублении губки 15. Обе губки 12 и 15 посредством тяг 18 и 19 с отверстиями 20 на обеих тягах связаны со стержневой частью 1 руки робота. Схват содержит тройник 21, соединяю ций шлангами 22 и 23 выход 5 струйного элемента 4 с камерами 14 и 17. Видоизменение схвата (см. фиг. 7) содержит дополнительно элемент сравнения 24, запитываемый из магистрали 25, с выходным каналом 26, который подключен к камерам 14 и 17.... Второе видоизменение схвата (с.м. фиг. 8), содержит дополнительно соосно располо.женпые в губках 12 и 15 сопла -- входное 27 и выходное 28, моностабильный усилитель 29, пневморегуляторы 30 и 31. Третье видоизменение схвата (см. фиг. 9 и 10) содержит все элементы системы, указанные на фиг. 8, но вместо одного центрального сопла - струйного элемента 4 имеет два сопла 32 и 33, аналогичных струйному элементу 4, для регистрации положения детали в схвате по двум координатам. Эти сопла установлены в губках со смещением по высоте (см. фиг. 10), по отношению к двум соосным соплам 27 и 28. Сопла 32 и 33 связаны с управляющим пневморегуляторо.м 34. Кроме того, схват имеет независимые друг от друга линии 35-38 управления камерами 14 и 17. Схват промышленного робота работает Следуюн;им образом. Рука робота движется в направлении к детали 11, которую должен взять схват. Вместе с рукой движется стержень 1 с кистью 2 и губками 12 и 15 с расположенными в них камерами 14 и 17. Когда схват приблизится к детали 11, истекающий в течение всего периода работы схвата через осевой канал 3 и струйный элемент 4 воздух наталкивается на деталь 1 1, и поэтому давление в выходном канале 5 струйного элемента 4 повыщается. Поскольку камеры 14 и 17 через тройник 21 и шланги 22 и 23 связаны- с В1)1ходным каналом 5, то давление в камерах 14 и 17 также повышается. Последние под действием давления воздуха увеличиваются в раз- мерах (исходное состояние камер 14 и 17 показано на фиг. 2 пунктиром) и принимают форму, изображенную на фиг. 2, и далее под давлением воздуха продолжают увеличиваться. Исходное состояние камер 14 и 17 объяс-няется тем, что при отсутствии детали 11 в выходном канале 5 образуется вакуу.м, ввиду этого эластичные камеры 14 и 17 обжимаются снаружи давлением атмосферного воздуха. При дальнейшем приближении схвата к детали 1 1 давление в выходном канале 5 нарастает и камеры 14 и 17 еще больше увеличиваются, начиная охватывать -деталь 11. Охватывая деталь 11, они прижимаются к упругим подкладкам 6, сжимая последние (см. фиг. 6). После этого движение детали 11 прекращается, так как она оказывается зажатой эластичными камерами 14 и 17. Ввиду того, что давление в выходно.м канале 5 относительно небольшое, зажим детали 11-схватом осуществляется «мягко, без пережимов. При это.м усилие зажима в основном зависит от зазора S (см. фиг.. 2) между конусом струйного элемента 4 и деталью 11. Поэтому, если регулировать положение конуса струйного элемента 4 (его можно выполнить подвижным вдоль осевого отверстия 3 в стержне 1), то, тем самым, можно регулировать усилие зажима, обеспечивая его величину в требуемых пределах. Поскольку величину давления в камерах 14 и 17 легко определить, то его можно и легко изменять, а зиачит управлять усилием зажимка. Причем, это делается па основе определения силы зажима, зависяи1.ей от давления. Таким образом, схват можно очувствлять. Помимо приведенного на фиг. I и 2 струйкого элемента (сопла) 4, можно использовать вихревой струйный элемент (сопло), показан}1ый на фиг. 3 и фиг. 4. Основное его отличие от вышеописанного состоит в том, что струйный элемент 4 имеет релейную на определенном участке характеристику , а вихревой струйный элемент, приведенный на фиг. 3 и 4, имеет непрерывную (аналоговую) характеристику, и изменение давления в камерах 14 и 17 при этом идет непрерывно и пропорционально зазору. Очевидно, что при отсутствии детали 11 на исходной позиции никаких изменений в системе схвата не происходит, т.е. когда схват выйдет на позицию захватыва.ния, давление в выходном канале 5 не повысится, поэтому не повысится давление в камерах 14 и 17, значит последние не сработают. Таким образом, схват «чувствует, есть ли деталь 11 на позиции или ее нет. Освобождение детали осуществляется включением клапана (на чертежах не показан), соединяющего камеры 14 и 17 с атмоссферой при достижении схватом требуемого положения после передачи детали 11 на очередную позицию. Работа видоизмененного схвата по фиг. 7 заключается в следующем. Когда схват подходит к детали 11, то давление в выходном канале 5 повышается по причинам, отмеченным выше. Это давление, подаваемое к полости К элемента сравнения 24, приводит к тому, что элемент 24 срабатывает, при этом полость К элемента сравнения 24 открывается и питающий воздух из магистрали 25 по выходному каналу 26 проходит в камеры 14 и 17, повышая вних давление. Последние срабатывают, захватывая деталь 11. Дальнейшая работа схвата идет так, как было описано выше при рассмотрении фиг. 1 и 2. Разница в том, что введение элемента сравнения 24 позволяет значительно увеличить мощность (силу зажима) и ее регулировать. Когда деталь 11 будет доставлена на рабочую позицию, воздух из выходного канала 26 стравливается клапаном (на чертеже не показан). Деталь 1 i освобождается и остает ся на рабочей позиции, например, сборочной. Схват отводится от детали. В силу этого давление в выходном канале 5 резко падает (возбуждается вакуум), камеры 14 и 17 сжимаются из-за возникновения вакуума, и в полости Л элемента сравнения 24 также падает давление. Поэтому давление подпора в полости М элемента сравнения 24 запирает магистраль 25, а воздух, оставшийся в выходном канале 26, стравливается через полость Н элемента сравнения 24 в атмосферу. Расход воздуха из магистрали прекращается. Схват готов к новому циклу работы. В приведенном-на фиг. 7 схвате давление, обеспечивающее зажим детали 11 камерами 14 и 17, не зависит от зазора между струйным элементом (соплом) 4 и деталью II, а зависит только от давления в магистрали 25, которое легко регулировать, причем это можно делать, измеряя давление в полости Л элемента сравнения 24 (т.е. в выходном канале 5). В свою очередь давление в полости Л зависит от положения детали 11 относительно сопла 4, т.е, от усилия зажима. В конструкции по фиг. 7 схват, как и в предыдущей конструкции, «чувствует, есть ли деталь между его губками, и сработает (захватит) только тогда, когда деталь 11 есть на рабочей позиции. Если же детали 11 нет, то схват не сработает. В силу этого tio давлению, например, в выходном канале 5 можно судить о том, что в подаче деталей 11 наступили перебои. При этом схват вь1даст соответствующий сигнал в систему управления. Принцип работы схвата, представленного модификацией на фиг. 8, аналогичен. Однако наличие детали 11 между губками 12 и 15 схвата определяется с помощью сопел 27 и 28. При работе схвата через сопло 27 продувается воздух, и если детали 11 нет между губками схвата, то этот воздух нопадает в так называемое выходное сопло 28, повышая в нем давление. Тем самым повьппается давление в канале управления струйного моностабильного усилителя 29. При этом струи питающего воздуха в усилителе 29 под давлением Ряят, проходит в левый выходной, канал. Как только между губками 12 и Г5 появится деталь 1 1, струя воздуха, вытекающая из сопла 27, «залипает к детали 1 1, т.е. отклоняется. Это происходит вследствие так называемого эффекта Коанда. Поэтому в сопле 28 давление падает. Вследствие этого воздух в усилителе 29 под давлением Раит, проходит в правый- выходной канал этого усилителя и действует на пневморегулятор 30, например .клапан 31, который по такому сигналу открывается и пропускает воздух в камеры 14 и 17. Давление в них повышается, и камеры 14.и 17 захватывают деталь 11, зажимая .ее в схвлте. Деталь 11 при этом поджимается к упругим подкладкам (, сжимая последние. Зазор S (см. фиг. 2) между деталью 11 и соплом 4 yмeиьпJaeтcя, и давление в канале 5 изменяется, так как через канал 3 и сопло 4 также продувается сжатый воздух. Изменение давления в канале 5 из-за изменения расстояния между деталью 11 и соплом 4 воздействует на пневморегулятор 30, который воздействуя на клапан 31, отключает последний в тот момент, когда дав.:1еиие в канале 5 достигает заданной величины. По давление в канале 5 определяется зазором S. В результате окончательная фиксация .ютали И происходит всегда лишь тогда, когда положение детали 1 1 относительно схвата (вдоль его оси) строго определенное. Таким образом, данная модификация схвата «чувствует заданное положение детали 11 и фиксирует ее только в этом положении. Данное положение детали 11 можно менять, если изменять (настраивать) параметры регулятора 30, что осуи1ествимо даже в стандартных пневморе1Л.1ЯТорах. Поэтому данная конструкция схвата более «очувствлена. более гибка в эксп.Натании. имеет больше возмрЖ11рстей для настройки и регу.чиропк. (чвлт «чувсгвует усилие м жима в этой модифМЭДйй пбто1муГчт6 усилие зажима определяется деформацией прокладок 6. А поскольку дефориация прокла,док 6 определяет расстояние (зазор) между деталью 11 и соплом 4 то значитДавление в канале 5 является функцией усййТйя зажима. Отсюда, настраивая cooTsetcTBeHHO регулятор 30, можно отключить подачувоздуха в камеры. 14 и 17 в тот момент, когда усилие зажима достигло заданной величины. Модификация схвата по фиг. 9 включает все элементы схйата по фиг. 8, но вместо одного струйного элемента (сопла) 4 имеет два сопла 32 и 33, аналогичные соплу 4, размещенные в губках 12 и 15. При этом сопла 32 и 33 смещены по высоте относительно сопел 27 и 28 так, как это показано на фиг. 10(в данном случае они смещены вниз, но могут быть смещены и вверх относительно сопел 27 и 28). Это сделано с целью того, чтобы сигналы с одних сопел не пшадали в другие сопла и не вносили искажений. Сопла 32 и 33 запитываются сжатым воздухом под давление Pi. Они пневматически связаны с регулятором 34, включающим, например, дифманометр и управляемые диф Манометром два регулятора Дабленйя, например регулирующие клапаны любого типа. Один из этих клапанов по линии 35 нодает и изменяет давление в камере 14, а другой - по линии 36 подает и изменяет давление в камере 17. Наличие отмеченных сопел 32 и 33 позволяет проводить более полную и щирокую регулировку, а именно, если схват по фиг. 3 позволяет оценивать и регулировать положение детали 11 только вдоль горизонтали (вдоль оси руки схвата), то в охвате по фиг. 9 оценивается и регулируется положение детали II не тбЛЪко вдоль горйЗбнтали, но и вдоль вертикали. Происходит это следующим образом: предположим, что деталь 11сме стиласБотнос:{ггельно беи рукгв сторону камеры 14, т.е. вверх от горизонтальной оси (см. фиг. 9), а это значит, что зазор Si между дет&лью 11 к соплом 32 стал меньще, , чем зазор Sz между той же деталью и соплом 33. В силу этого регулятор 34повысит давление в линии 35, а в линии 36 пбнизит. СооТВетственнО изМеттйтся давлениё в каме pax 14 и 17, подключенных к этим линиям. Изменение давления в них происходит до тех пор, пока деталь 11 не рас11аложится своим центром по оси руки (т.е. станет правильно) . В этот момент времени зазоры Sj и Si станут равными, поэтому станут равными давления в ветвях дифманометра. Это приведет к закрытию клапанов, управляемых дифманометром, отключается подача воздуха в камеры 14 и 17, прекращается перемещение отцентрованной детали 11. В данной модификацийсхВата усилитель 29 управляет регулятором 31, который запи тЫВаетсжатым воздухом по раздельным линиям 35 и 36 камеры 17 и 14. Давление, под аваёйое по этим линиям в камеры 17 и 14 одинаковое по величине, и назначение этой операции в том, чтобы поджать деталь 11 к подкладкам 6. Данная операция поджима проводится перед тем, как начинается регулировка положения детали 11 под дейстйием сигналов, поступающих от сопел 32 и 33. Отличие схвата по фиг. 9 от предыдущих конструкций схватов заключается в том, что в нем регулируются давления раздельно в каждой камере, в то время как у предыдущих регулировалось давление в обеих камерах 14 и 17 одновременно, т.е. оно было в них одинаковым и менялось в процессе регулирования одновременно. При этом равенств.о зазоров Si и St характеризует положение, когда деталь 11 не смещена по вертикали относительно оси схвата, а требуемое положение ее (требуемая точность положения) вдоль оси схвата характеризуется определенными значениями величин зазоров Si и Sj. Заметим, что этот эффект можно получить, использовав целиком модификацию схвата, приведенную на фиг. 8, добавив к нему два сОпла 32 и 33 и связанные с ними . элементы, но это условие усложнит конструкцию схвата, ничего не прибавив нового по результатам. Во всех модификациях схватов камеры 14 и 17 расположены в губках 12 и 15 так, что при наполнении их воздухом они заставляют деталь 11 перемещаться в сторону кисти 2 схвата (на упругие подкладки 6). В силу этого камеры 14 и 17 не только обжимают деталь 11 по бокам, но и заталкивают ее в процессе обжима в схват. Регуляторы 31 и 34 независимы и не ока- . зывают влияния друг на друга при их работе. Схват характеризуется высоким быстродействием по той причине, что давление возДуха в каналах управления мало (порядка 0,05-0,1 атм). Поэтому схват зажимает детали ё.ще при своем движении, т.е. захватывает на ходу. Регулировать давление в камерах 14 и 17, а значит, и усилие зажима можно также, 6ыШлнив их проточными и установив регуляторы, например дроссели, на ихвыходах. Вместо камер 14 и 17 можно использовать любые другие упругие элементы, образующие замкнутые камеры. Формула изобретения 1. Схват промышленного робота, содержащий корпус, несущий губки с эластичными камерами, смонтированными на щарнирных рычажных механизмах, фиксаторы, привод и устройство очувствления, отличающийся , что, с целью упрощения конструкции и повыщения надежности, устройство очувствления выполнено в виде, по меньшей

мере, одного струйного измеритель«ого элемента, расположенного на корлусе между губками, а выходной канал этого элемента соединен с эластичными камераг и.

2.Схват по п. 1, отличающийся тем, что выходной канал струйного ЭJтeмeнтa соединен с камерами через элемент сравнения.

3.Схват по п. 1, отличающийся тем, что струйные измерительные элементы смонтированы на рычагах шарнирных рычажных механизмов, а выходной канал этих элементов соединен с каналом управления, например, моностабильного усилителя, выход которого соединен с камерами.

4.Схват по п. 3, отличающийся тем, что он снабжен усилителем мощности, установ

//// /////7/////Л /7777,

////)(/////: у///////////л

.jsSyCv;i

ГJч

L

tput.

ленным между струйным элементом и каморами.

5.Схват по пп. I-4, отличающийся тем, что каждая камера соединена с ()Д1гмм из струйных элементов, смонтированных па рычагах.

6.Схват по пп, 1-5, отличающийся тем, что камеры связаны с источником давления через регулятор давления.

Источники информации, принятые но внимание при экспертйзе

1.Белянин П. Н., Промыш.ленные роботы, «Машиностроение, М., 1975, с. 199 207.

2.Катыс Г. Г. н др. Информационные роботы и манипуляторы, «Экергия, М., 1969, с. 22-23.

Риг.1

вид Е

А-А

(риг. е

риг.5

18

25

13 П

зг