Устройство типа "рука" для передачи изделий

 

Изобретение относится к комбинированным механизмам со сложным движением выходных звеньев, применяемым для выполнения вспомогательных операций при обслуживании машин, станков, прессов и другого оборудования. Устройство содержит комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма с ведущим и выходным звеньями и исполнительного механизма с ведущим и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий, и привод. Выходное звено передаточного механизма и ведущее звено исполнительного механизма кинематически связаны между собой, при этом оба звена выполнены с возможностью возвратно-поворотного движения. Передаточный механизм выполнен в виде кулачково-зубчатого механизма, в котором ведущее звено выполнено в виде кулачка, а выходное в виде шестерни, при этом упомянутые звенья связаны между собой толкателем, выполненным в виде зубчатой рейки. Ведущее звено исполнительного механизма выполнено в виде стержня, на конце которого жестко закреплен зубчатый сектор для взаимодействия с шестерней передаточного механизма, при этом со стержнем шарнирно связаны выходные звенья исполнительного механизма. Центр делительной окружности зубчатого сектора совмещен с центром качания ведущего звена исполнительного механизма. Изобретение позволит повысить производительность и точность работы устройства. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к комбинированным механизмам со сложным движением выходных звеньев, применяемым для выполнения вспомогательных операций при обслуживании машин, станков, прессов и другого оборудования. Такие манипуляционные механизмы, имитируя определенные движения рук 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 типа “рука” для передачи изделий, выполненное в виде комбинированного механизма, содержащего подвижное основание, исполнительный механизм с губками для захвата изделий и механизм поворота подвижного основания, и привода (патент № 2179505 (РФ), опубл. в БИПМ, №5, 2002 - прототип). У прототипа подвижное основание и механизм поворота последнего выполняют функцию передаточного механизма.

Основным недостатком прототипа является невысокие точность функционирования и производительность. Недостаток вызван большим числом подвижных звеньев и кинематических пар. Зазоры в сопряжениях звеньев не способствуют обеспечению высокой точности работы, а увеличенное число подвижных звеньев и кинематических пар лимитирует частоту повторения рабочих циклов и снижает производительность устройства.

Задачей настоящего изобретения является повышение производительности и точности работы устройства.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве типа “рука” для передачи изделий, содержащем комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма с ведущим и выходным звеньями и исполнительного механизма с ведущим и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий, и привод, выходное звено передаточного механизма и ведущее звено исполнительного механизма кинематически связаны между собой, при этом оба звена выполнены с возможностью возвратно-поворотного движения.

Передаточный механизм выполнен в виде кулачково-зубчатого механизма, в котором ведущее звено выполнено в виде кулачка, а выходное в виде шестерни, при этом упомянутые звенья связаны между собой толкателем, выполненным в виде зубчатой рейки.

Ведущее звено исполнительного механизма выполнено в виде стержня, на конце которого жестко закреплен зубчатый сектор для взаимодействия с шестерней передаточного механизма, при этом со стержнем шарнирно связаны выходные звенья.

Комбинированный механизм содержит раздвижные клинья для взаимодействия с выходными звеньями исполнительного механизма, при этом в боковинах клиньев выполнены продольные фигурные пазы.

Губки для захвата изделий жестко закреплены на выходных звеньях исполнительного механизма, при этом жесткое закрепление губок выполнено разъемным.

На свободных концах выходных звеньев исполнительного механизма смонтированы ролики для взаимодействия с фигурными пазами раздвижных клиньев.

Шарнирная связь выходных звеньев исполнительного механизма с ведущим звеном последнего содержит палец, жестко закрепленный на свободном конце упомянутого ведущего звена.

Выходные звенья исполнительного механизма снабжены пружиной для возможности сжатого положения губок при рабочем и холостом ходах устройства.

Раздвижные клинья жестко закреплены на неподвижных стойках, установленных на границах интервалов рабочего и холостого ходов устройства.

Центр делительной окружности зубчатого сектора совмещен с центром качания ведущего звена исполнительного механизма.

Заявляемое устройство отличается от прототипа сочетанием конструктивных элементов и характером связи между ними, обеспечивающими упрощение конструкции, повышение производительности и точности работы. Устройство удовлетворяет первому условию работоспособности, определяемому формулой Чебышева:

W=3n-2p₅-p₄=35-25-4=1,

где W - степень подвижности устройства при одном ведущем звене и без учета пассивных связей;

n - число подвижных звеньев: кулачок, толкатель, шестерня, ведущее звено, выходное звено, n=5;

р₅ - число низших кинематических пар, р₅=5 (без учета пассивной связи, т.е. связи ведущего звена исполнительного механизма с одним из выходных звеньев);

р₄ - число высших кинематических пар, р₄=4 (сопряжения: кулачок - толкатель, толкатель - шестерня, шестерня - сектор, выходное звено - раздвижной клин).

Выполнение кинематической связи выходного звена передаточного механизма с ведущим звеном исполнительного механизма в виде зубчатого зацепления, а упомянутых звеньев с возможностью возвратно-поворотного движения позволяет при высокой точности движения звеньев обеспечить практически любой заданный угол размаха ведущего звена и связанных с последним выходных звеньев. Этим обеспечивается возможность передачи изделий при значительном удалении одна от другой позиции “схват” изделия и выдача изделия.

Выполнение передаточного механизма в виде кулачково-зубчатого механизма обеспечивает точность его работы и позволяет реализовать, в зависимости от профиля кулачка, практически любой предпочтительный закон вращения шестерни, а следовательно, и ведущего звена исполнительного механизма.

Выполнение ведущего звена исполнительного механизма в виде стержня с закрепленным на нем зубчатым сектором имеет свое преимущество: обеспечивается точность связи передаточного и исполнительного механизмов при большом угле размаха ведущего звена исполнительного механизма.

Применение раздвижных клиньев с продольными фигурными пазами для взаимодействия с выходными звеньями исполнительного механизма уменьшает энергозатраты на движение масс звеньев. В сравнении предлагаемого устройства с прототипом неподвижные раздвижные клинья заменяют собой подвижный ползун, при этом клинья и ползун выполняют одну и ту же функцию (разжатие губок).

Жесткое закрепление губок на выходных звеньях исполнительного механизма определяется тем, что губки должны имитировать движение выходных звеньев. Выполнение упомянутого закрепления губок разъемным вызвано тем, что такое закрепление обеспечивает возможность быстрой смены губок при переналадке устройства на передачу изделий другой формы.

Применение роликов на выходных звеньях исполнительного механизма уменьшает износ рабочих профилей фигурных пазов на раздвижных клиньях и таким образом способствует точности функционирования губок устройства во времени.

Шарнирная связь выходных звеньев исполнительного механизма с ведущим звеном посредством пальца упрощает конструкцию. Палец, жестко закрепленный на конце ведущего звена, является наиболее простым и надежным элементом шарнирной связи звеньев. Жесткая связь пальца с ведущим звеном обеспечивает условия для точного движения выходных звеньев с губками для захвата изделий.

В положениях рабочего и холостого ходов устройства выходные звенья исполнительного механизма оказываются зафиксированными один относительно другого посредством пружины, при этом губки для захвата изделий занимают сжатое положение. В позициях “схват” и выдача изделия губки занимают разжатое положение.

Это достигается посредством взаимодействия роликов выходных звеньев с раздвижными клиньями.

Раздвижные клинья с фигурными продольными пазами для роликов выходных звеньев исполнительного механизма установлены на границах интервалов рабочего и холостого ходов устройства и жестко закреплены на неподвижных стойках. Размещение раздвижных клиньев в позициях “схват” изделия и выдача изделия оказывает существенное влияние на точность работы устройства.

Совмещение центра делительной окружности зубчатого сектора с центром качания поворотного стержня, на котором упомянутый сектор закреплен, обеспечивает равенство углов поворота сектора и стержня. При этом в любом текущем положении устройства сектор и стержень имеют одинаковую угловую скорость. В результате упрощена передача движения от выходного звена (шестерни) передаточного механизма ведущему звену исполнительного механизма.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами. На фиг.1 представлена кинематическая схема устройства в положениях: а) “схват” изделия, б) перенос изделия; на фиг.2 - то же, в) выдача изделия, г) холостой ход устройства.

Устройство типа “рука” для передачи изделий содержит комбинированный механизм 1, выполненный в виде передаточного механизма 2 и исполнительного механизма 3 с губками 4 для захвата изделий, и привод 5.

Механизм 2 выполнен в виде кулачково-зубчатого механизма, содержащего ведущее звено - кулачок 6, выходное звено - шестерню 7 и толкатель 8, выполненный в виде зубчатой рейки для кинематической связи кулачка с шестерней.

Механизм 3 включает ведущее звено 9, выполненное в виде поворотного стержня 10 с закрепленным на нем зубчатым сектором 11, выходные звенья 12 и 13, шарнирно связанные с ведущим звеном. Центр делительной окружности зубчатого сектора 11 совмещен с центром качания стержня 10. Шарнирная связь выходных звеньев 12 и 13 с ведущим звеном 9 содержит палец 14, жестко закрепленный на свободном конце стержня 10. Губки 4 жестко закреплены на выходных звеньях 12 и 13, при этом упомянутое закрепление губок выполнено разъемным для возможности быстрой смены губок при переналадке устройства на передачу изделий другой формы.

Комбинированный механизм устройства содержит раздвижные клинья 15 и 16 с продольными фигурными пазами 17 и 18 в их боковинах, а на свободных концах выходных звеньев 12 и 13 смонтированы ролики 19 и 20 для взаимодействия с упомянутыми фигурными пазами клиньев.

Кулачок 6 передаточного механизма жестко закреплен на валу привода 5, а толкатель 8 снабжен роликом 21 для сопряжения с кулачком и, по меньшей мере, двумя неподвижными направляющими 22. Шестерня 7 и зубчатый сектор 11 установлены на осях соответственно 23 и 24. Выходные звенья 12 и 13 связаны между собой пружиной 25 для замыкания губок 4 при переносе изделий из позиции “схват” изделия в позицию выдачи изделия. Раздвижные клинья 15 и 16 закреплены на неподвижных стойках соответственно 26 и 27.

Форма губок 4 соответствует форме передаваемых изделий. При захвате и переносе изделия этим обеспечивается жесткое сопряжение губок с изделием по большей части периметра последнего.

Устройство типа “рука” для переноса изделий работает следующим образом.

При работе привода 5 кулачок 6 совершает вращательное движение, которое посредством толкателя 8 трансформируется в возвратно-поворотное движение шестерни 7. Зубчатый сектор 11, взаимодействуя с шестерней 7, генерирует движение звеньев исполнительного механизма. При возвратно-поворотном движении ведущего звена 9 выходные звенья 12 и 13 с губками 4 будут совершать сложное движение: движение вместе со стержнем 10 и, в зависимости от текущего положения в интервале кинематического цикла, поворотное движение с выстоями относительно стержня 10.

В позиции “схват” изделия ролики 19 и 20 выходных звеньев 12 и 13 взаимодействуют с фигурными пазами 17 и 18 клина 15, при этом губки 4 разжимаются для приема изделия. В начале рабочего хода ролики перестают взаимодействовать с фигурными пазами клина, губки под действием пружины 25 принимают сжатое положение, при этом они удерживают изделие, переносимое в позицию его выдачи. В сжатом положении губок выходные звенья 12 и 13 занимают фиксированное (неподвижное) положение на пальце 14, образуя с поворотным стержнем 10 жесткую систему.

В позиции выдачи изделия, переданного из одной позиции в другую, ролики 19 и 20 выходных звеньев взаимодействуют с фигурными пазами клина 16, в результате чего губки занимают разжатое положение и перестают удерживать переданное изделие, после чего последнее выводится из устройства.

В интервале движения исполнительного механизма от позиции выдачи изделия до позиции “схват” изделия, т.е. при обратном или холостом ходе, выполняется движение без изделия, при этом сжатые губки лишь имитируют перенос изделия.

Выполнение ведущего звена исполнительного механизма и выходного звена передаточного механизма кинематически связанными между собой с возможностью их возвратно-поворотного движения упрощает конструкцию устройства и повышает точность его функционирования.

Формула изобретения

1. Устройство типа “рука” для передачи изделий, содержащее комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма с ведущим и выходным звеньями и исполнительного механизма с ведущим и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий, и привод, отличающееся тем, что выходное звено передаточного механизма и ведущее звено исполнительного механизма кинематически связаны между собой, при этом оба звена выполнены с возможностью возвратно-поворотного движения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передаточный механизм выполнен в виде кулачково-зубчатого механизма, в котором ведущее звено выполнено в виде кулачка, а выходное - в виде шестерни, при этом упомянутые звенья связаны между собой толкателем, выполненным в виде зубчатой рейки.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что ведущее звено исполнительного механизма выполнено в виде стержня, на конце которого жестко закреплен зубчатый сектор для взаимодействия с шестерней передаточного механизма, при этом со стержнем шарнирно связаны выходные звенья исполнительного механизма.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что комбинированный механизм содержит раздвижные клинья для взаимодействия с выходными звеньями исполнительного механизма, при этом в боковинах клиньев выполнены продольные фигурные пазы.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что губки для захвата изделий жестко закреплены на выходных звеньях исполнительного механизма, при этом жесткое закрепление губок выполнено разъемным.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что на свободных концах выходных звеньев исполнительного механизма смонтированы ролики для взаимодействия с фигурными пазами раздвижных клиньев.

7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что шарнирная связь выходных звеньев исполнительного механизма с ведущим звеном последнего содержит палец, жестко закрепленный на свободном конце упомянутого ведущего звена.

8. Устройство по любому из пп.1, 3-7, отличающееся тем, что выходные звенья исполнительного механизма снабжены пружиной для возможности сжатого положения губок при рабочем и холостом ходах устройства.

9. Устройство по п.4, отличающееся тем, что раздвижные клинья жестко закреплены на неподвижных стойках, установленных на границах интервалов рабочего и холостого ходов устройства.

10. Устройство по п.3, отличающееся тем, что центр делительной окружности зубчатого сектора совмещен с центром качания ведущего звена исполнительного механизма.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2