Манипулятор

Предлагаемый манипулятор для выполнения операций, связанных с изменением положения заготовки (изделия) в пространстве, ориентируемых вручную, за счет применения в качестве привода вертикального перемещения пневматического мускула, имеет уменьшенную массу, минимальное количество элементов и единственный энергоноситель - сжатый воздух для приводов подъема и захвата детали.

Область техники, к которой относится полезная модель

Заявляемое техническое решение относится к устройствам для выполнения операций, связанных с изменением положения заготовки (изделия) в пространстве, ориентируемых вручную.

Уровень техники

Известны манипуляторы, предназначенные для механизации перемещения заготовок с использованием захватов различных конструкций и управляемых приводных механизмов. Ориентация заготовки в горизонтальной плоскости у таких манипуляторов осуществляется вручную, а зажим и перемещение в вертикальной плоскости осуществляется при помощи управляемых приводов. Рассматриваемые в качестве аналогов манипуляторы условно делятся на две группы, отличающиеся друг от друга принципом действия механизма вертикального перемещения.

В первой группе манипуляторов вертикальное перемещение происходит с помощью наклона стрелы, приводимой в движение одним или несколькими пневматическими цилиндрами (манипулятор Partner РМ фирмы Dalmec, www.dalmec.com, Фигура 1, Фигура 2, или манипулятор Adiutor фирмы Famatec, www.famatec.com, Фигура 3). При этом горизонтальное перемещение заготовки происходит за счет поворота всей стрелы, либо ее части. К недостаткам манипуляторов этой группы можно отнести сложность точного позиционирования - вертикальное перемещение происходит по дуге (Фигура 4) и требует согласования с ручным горизонтальным перемещением, а так же сложное устройство стрелы, состоящей из нескольких подвижных шарнирно сочлененных частей.

Во второй группе манипуляторов вертикальное перемещение происходит с помощью лебедки с электроприводом, а горизонтальное перемещение происходит за счет шарнирных сочленений составной стрелы (манипулятор Posivel фирмы Dalmec, www.dalmec.com, Фигура 5, или манипулятор Ready-Arm фирмы Kahlman Produkter AB, www.kahlman.com, Фигура 6, Фигура 7).

К недостаткам, рассмотренных в качестве аналогов манипуляторов, необходимо отнести повышенную металлоемкость подвижных частей стрелы. Повышенная металлоемкость в конструкции стрелы обусловлена применением повышенных геометрических сечений элементов профиля стрелы и шарниров. Эти элементы должны быть способны выдерживать нагрузки, возникающие (в дополнение к нагрузкам от момента изгиба) от момента кручения в ближней к колонне части стелы. Возникновение момента кручения обусловлено составной конструкцией стрелы и тем больше, чем больше сочлененные части стрелы отклоняются от параллельного расположения их продольных осей. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению являются манипуляторы фирмы Anver, www.anwer.com, рассматриваемые в качестве прототипа (Фигура 8, Фигура 9). Манипуляторы фирмы Anver состоят из стационарной колонны, поворотной стрелы, каретки (перемещаемой вдоль стрелы) и механизма подъема, располагающегося между кареткой и захватом заготовки. Механизм подъема представляет собой сильфон. При создании в его внутренней полости разряжения, он сжимается в осевом направлении. Побудителем разряжения служит вакуумный насос, соединенный с сильфоном через фильтр (Фигура 10).

Достоинством манипуляторов фирмы Anver является простота и малая металлоемкость конструкции колонны и стрелы. К недостаткам этих манипуляторов следует отнести применение сложных и дорогих элементов привода - сильфона, вакуумных фильтра, насоса и системы гибких вакуумных трубопроводов.

Общим недостатком, характерным для манипуляторов второй группы, рассматриваемых в качестве аналогов, и манипуляторов, рассматриваемых в качестве прототипов, является необходимость применения двух видов энергоносителей. Для работы привода подъема используется электричество, для работы захвата (в большинстве случаев) используется сжатый воздух.

Раскрытие полезной модели

Задачей предлагаемой модели является повышение конкурентоспособности манипулятора.

При осуществлении предлагаемого технического решения достигаются следующие технические результаты:

снижаются затраты на изготовление;

улучшаются эксплуатационные характеристики.

Технический результат достигается:

По пункту 1 за счет применения в качестве привода вертикального перемещения пневматического мускула Fluidic Muscle фирмы Festo, www.festo.ru (далее -пневматического мускула). Это позволило использовать несущие элементы манипулятора (колонны и поворотной стрелы без сочленений) с малыми геометрическими сечениями (несущие элементы манипулятора испытывают лишь изгибные нагрузки - отсутствует крутящий момент, а масса пневматического мускула составляет малую величину - около 2 кг), тем самым снизить металлоемкость манипулятора;

По пункту 1 за счет использования пневматического мускула - как привода прямого действия, преобразующего энергоноситель - сжатый воздух в поступательное движение без дополнительных элементов. Это позволяет сократить количество элементов привода, тем самым снизить стоимость манипулятора;

По пункту 2 за счет использования единого энергоносителя - сжатого воздуха для приводов вертикального перемещения и захвата детали. Это позволяет упростить монтаж, ремонт, эксплуатацию и повысить безопасность (отсутствует вероятность поражения электрическим током);

По пункту 2 за счет использования перемещаемых элементов с малой массой. Это снижает нагрузку на оператора.

Краткое описание чертежей

Внешний вид аналогов (Фигура 1...Фигура 7) - манипуляторы Partner PM, Posivel фирмы Dalmec (www.dalmec.com), Adiutor фирмы Famatec (www.famatec.com), Ready-Arm фирмы Kahlman Produkter AB (www.kahlman.com).

Внешний вид прототипов (Фигура 8...Фигура 10) - манипуляторы фирмы Anver (www.anwer.com).

Пояснение принципа действия пневматического мускула (Фигура 11).

Внешний вид предлагаемой полезной модели манипулятора и его основных узлов (Фигура 12...Фигура 16).

Осуществление полезной модели

Изменение положения заготовки (изделия) в пространстве с ручной ориентацией предлагаемой полезной моделью манипулятора осуществляет следующим образом:

Захватом 6 (Фигура 12, Фигура 16) заготовка фиксируется в манипуляторе. Управление приводами захвата и вертикального перемещения осуществляется рычажными пневматическими распределителями, расположенными на рукоятках 5 (Фигура 12, Фигура 15). Нажимая на рычаги соответствующего пневматического распределителя, сжатый воздух сбрасывается, или подается во внутреннюю полость пневматического мускула 4 (Фигура 12, Фигура 15). Пневматический мускул 4 состоит из сокращающегося шланга и соответствующих деталей соединений. Под действием сжатого воздуха шланг расширяется в поперечном направлении, в результате чего возникает тянущее усилие и сокращение мускула в продольном направлении (Фигура 11 положение «при поставке» - без давления во внутренней полости, положение «сокращенный» - под давлением во внутренней полости). Сокращение длины пневматического мускула обеспечивает рабочий ход привода вертикального перемещения (Фигура 13). Перемещение заготовки в горизонтальной плоскости осуществляется вручную с помощью рукояток 5. Перемещение заготовки может осуществляться в пределах сектора с углом около 300° и радиусом равным вылету стрелы 2 при совмещенном движении каретки 3 вдоль стрелы и повороте стрелы относительно несущей колонны 1 (Фигура 12). Достижение технического результата - снижение затрат на изготовление манипулятора осуществляется за счет снижения металлоемкости колонны 1 и стрелы 2, а так же за счет применения привода прямого действия - пневматического мускула, представляющего собой легкое простое изделие, не имеющего подвижных частей. Достижение технического результата - улучшение эксплуатационных характеристик осуществляется за счет сведения к минимуму массы перемещаемых частей манипулятора,

что снижает нагрузку на оператора. Этот же результат достигается за счет использования единого энергоносителя - сжатого воздуха для приводов вертикального перемещения и захвата детали, что позволяет упростить монтаж, ремонт, эксплуатацию и повысить безопасность (отсутствует вероятность поражения электрическим током).

Для проверки возможности достижения заявленных технических результатов выполнены следующие мероприятия:

Проведен анализ напряженно-деформированного состояния твердотельной компьютерной модели манипулятора предлагаемой полезной модели методом конечных элементов;

Разработана конструкторская документация манипулятора;

Запущен в изготовление опытно-промышленный экземпляр манипулятора;

Подготовлена программа и методика проведения испытаний опытно-промышленного экземпляра манипулятора.

Манипулятор для выполнения операций, связанных с изменением положения заготовки (изделия) в пространстве, ориентируемых вручную, содержащий опорную неподвижную колонну, поворотную стрелу, перемещающуюся вдоль стрелы подвижную каретку, соединяющий каретку и захват заготовки (изделия) привод вертикального перемещения, захват заготовки (изделия), рукоятки управления и перемещения захвата, отличающийся тем, что в качестве привода вертикального перемещения применен пневматический мускул.