Исполнительный орган манипулятора

СОКИ СОВЕТСНИХпюлююивРЕСПУБЛИН 0 у В 2 ТИЙ ОЛИС ПАТЕНТ ИЕ РЕТЕ(7.2) (71) ГмбХ обот 53 кл.2 т.а Н.А.я манипу 1971, с. 4 н ля от СФ ДАРСТВЕННЫЙ, НОМИТЕТ С М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ 2928604/25-0828.05,80Р 2951832.921.12.79ФРГ07.06.84. Бюл. В 21Эрнст Циммер (ФРГ)КУКА Швайсанлаген у(54) (57) ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОРГАН МАНИПУЛЯТОРА преимущественно контактнойсварки, содержащий рабочую консоль(стрелу), имеющую воэможность поступательного и качательного движенииот приводов, а также шарнирно сочлененные звенья, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширениятехнологических возможностей, двазвена выполнены в виде кривошипношатунных механизмов с ведомым ползуном, причем центры вращения кривошипов этих механизмов расположены наоси рабочей консоли или рядом с ней,а шатуны этих механизмов шарнирносвязаны с рабочей консолью.097187 Р.Г оставитель С. Новикекред Ж.Кастелевич Корректор О. Выла Редакто олков аз 3853 4 033 Подписноного комитета СССРний и открытийРаушская наб., д. 4/5/ 3 Тираж ВНИИПИ Государствен по делам иэобрет 3035, Иоскна, ЖИзобретение относится к робототехнике, в частности к устройствам дляуправления подвижно расположеннымна стреле исполнительным органомс инструментом, причем исполнительный орган выполнен с возможностьюперемещения в трех координатах.Известно устройство, в которомсварочный инструмент расположен свозможностью поворота и вращения 10на стреле, размещенной в несущейстойке, которая направляется поверхподлежащего обработке элемента потрем координатам и имеет поворотнуюопору для стрелы11. 15Недостатком этого устройства(манипулятора) является то, что применяемое при точечной сварке давле-;ние должно восприниматься стрелой,которая при известных конструкциях 20подвергается сильным нагрузкам наизгиб, Из этих изгибающих нагрузокрезультируется смещение кончиковэлектродов, что приводит к слишкомсильному износу электродов, а также 25к снижению качества сварки. Поэтомустрела должна быть особенно прочнойна изгиб и вследствие этого являетсяслишком тяжелой. Для такой стрелы требуется поэтому массивная и занимающая много места несущая стойка. Прямолинейные направляющие несущей стойки и стрелы не могут выполняться беззазора, и расстояние к концу направляющей изменяется, вследствие чеговозникают дополнительные прогибы инеточности в позициониРовании,Известна также структурная схемаманипулятора, который может быть использован, в частности, для сварки,содержащая рабочую консоль (стрелу),имеющую возможность поступательногои качательного движейий от приводов,а также шарнирно сочлененные звенья 2 Д,Недостатком известного манипулятора с данной структурной схемойявляется то, что расположенный наконус стрелы инструмент не имеет качательного движения, что сужает технологические возможности исполнительного органа манипулятора,Цель изобретения - расширение технологических возможностей,Поставленная цель достигается тем,что в исполнительном органе, содержащем рабочую консоль (стрелу), имеющуювозможность поступательного и качательного движений от приводов, и шарнирно сочлененные звенья, два звена выполнены в виде кривошипно-шатунныхмеханизмов с ведомым ползуном, причемцентры вращения кривошипов этих механизмов расположены на оси рабочейконсоли или рядом с ней, а шатуныэтих механизмов шарнирно связаны срабочей консолью,На фиг. 1 дана стрела исполнительного органа манипулятора (схема),вид прямо; на фиг. 2 - сечение А-Ана фиг, 1; на фиг. 3 - сечение Б-Бцентрального шарнира на фиг. 1; нафиг, 4 - продольный разрез В-В черезнижнюю часть стрелы на фиг. 2;,нафиг. 5 - второй вариант выполненияустройства; на фиг, б - третий вариант выполнения устройства; на фиг,7конструкция варианта выполнения устройствапо фиг. 2, вид сбоку; нафиг. 8 - сечение Г-Г на фиг. 7.Согласно примеру выполнения, иллюстрируемому на фиг. 1 и 2, стрелаисполнительного органа манипуляторапредставлена в соединении с паройсопряженных механизмов, выполненав виде четырехшарнирной конструкциии несет расположенный с возможностьюповорачивания инструмент, например/сварные электроды. Приводная система 1 для собственного движения инструмента сообщает инструменту поворотноеи вращательное движение. В то времякак приводная система для позиционирования четырехшарнирной конструкциикак приводная система 2 для позиционирования четырехшарнирной конструкцииприподнимает инструмент и осуществляет его боковое перемещение. Дополнительно к этому четырехшарнирная конструкция может быть расположена свозможностью вращения, поворачиванияи/или линейного перемещения в стационарной несущей конструкции, так чтоможет достигаться любое позиционирование инструмента в пространстве,Согласно представленному примерувыполнения предусмотрено два предназначенных для движения четырехшарнирной системы 2 приводных агрегата 3и 4, а также еще один приводной агрегат 5 для самостоятельного движениясварных электродов б. В этом приводном агрегате 5 содержатся по крайнеймере два отдельных привода, один изкоторых служит для поворачивания сварных электродов б вокруг оси 7., а дру-.гой - для вращения электродов вокругоси М шарнирной системы (фиг, 1).Может быть также предусмотрен третийЭ 1097отдельный привод для поворачиванияэлектродов вокруг точки пересеченияоси 7 с осью И. Кроме того, стрелка Хпоказывает, что все устройство расположено с возможностью поворачиваниявокруг цапфы 8 несущей стойки 9,вследствие чего увеличивается зонапозиционированияинструмента в пространстве.Вместо цапфы 8 могут быть преду- Осмотрены прямолинейные направляющие(ролики, втулки и т.п,), что позволяет обеспечить подвижность устройствав направлении УЕще одна воэможность увеличения 15степени подвижности исполнительногооргана заключается в предусматрива"нии поворотного венца 10, внешнеекольцо которого расположено стационарно, и на его внутреннем кольце 20посредством консоли 11 расположенос. возможностью вращения вокруг осиУ все устройство. Такое выполнениедает, аналогично степеням свободы Хи 7, также и степень свободы П 25(фиг. 1). Это устройство приводитсяпосредством приводного узла, состоящего из двигателя, тормоза, передачи, датчика числа оборотов и датчиков пути. При соответствующих разме- ЗОрах элементов устройства указанныестепени подвижности П, Х, У могут, накладываться друг на друга,Шарнирная система выполнена следующим образом,Упомянутая четырехшарннрная приводная система 2 состоит из двухкривошипов 12 и 13 (фиг, 2, 3, 5-7),которые посредством приводных агрегатов 3 и 4 поворачиваются вокругстационарно размещенного центрального шарнира 14, имеющего элемент 15(фиг. 1), Кривошипы 12 и 13 шарнирносвязаны на их свободном конце с тягами 16, которые со своей сторонысвободными концами образуют шарнир 17(фиг. 4), к которому присоединенастрела 18. Эта стрела 18 направляется прямолинейно в элементе 15 центрального шарнира 14 вдоль продольнойоси. На стреле 18 подвешен посредством оси 7 цилиндр 19 для точечнойсварки, который вследствие этого мо"жет выполнять движения, соответствующие движению точки шарнирной оси 7.Цилиндр 19 для точечной сварки, кото 55рый может быть также заменен и другими инструментами, имеет собственныйприводной агрегат 5, предусмотренный 187для поворачивания и вращения сварныхэлектродов 6.Работа шарнирной системы основанана выполняемых кривошипами 12 и 13движениях. При исходном положении,показанном на фиг. 2, образуются относительно оси поворота два равныхтреугольника, общим основанием которых является стрела 18, причем онасовпадает с осью И системы, Основание треугольника ограничено точкой,соответствующей оси шарнира 17, иосью поворота шарнира 14. Вращающиеся соединительные точки кривошипов12 и 13 и тяг 16 обозначены точками 20,Если оба кривошипа 12 и 13 движутся противоположно, однако равномерновниз или вверх, то точки 20 движутсяпо дуге вокруг шарнира 14, причемвершина шарнирной системы направляется прямолинейно вдоль оси У системыКривошипы 12 и 13 могут выполнятьтакже и неодинаковые движения поворота в одинаковом или противоположном направлении, что привоцит к наложению движений поворота прямолинейного перемещения для шарнира 17На фиг. 1 и. 2 также показано в,общем виде сварочное устройство, Сварочный электрод 6 связан с одним подсоединением сварочного трансформатора 21, второе подсоединение которогосвязано с так называемой нижней подложкой для создания противодавления,Между:кончиком сварного электрода 6и подложкой 22 размещаются подлежащие свариванию части 23 изделия. Шарнирная система может статически ком- .пенсироваться посредством пневматическойкомпенсационной системы.На фиг, 3 представлена конструкция приводных агрегатов 3 и 4, а также их связь с несущей стойкой 9 икривошипами 12 и 13. Приводные агре"гаты 3 и 4 содержат в качестве основных элементов силовой узел 24 с двигателем, датчиком числа оборотов идатчиком пути перемещения (не показаны), Этот силовой узел 24 воздействует на передачу 25, перед которой включен тормоз 26. Вследствие этого покрайней мере часть момента вращения,возникающего при воздействии сил навершину шарнирной системы, отводится от передачи.Каждый кривошип 12 и 13 жестко связан с одним силовым узлом 24 и опира 1097187ется на присоединенную к этому силовому узлу трубу 27 через шарикоподшипники 28 и 29.Центром приводного узла, состоящего из приводных агрегатов 3 и 4 для кривошипов 12 и 13, являются элемент 15 шарнира 14, ось вращения которого совпадает с осью поворота кривошипов 12 и 13, Благодаря этому элементу 15 стрела 18 имеет линейную подвижность, 1 О, Приводной агрегат 5 состоит в основном из двух силовых узлов 30 и 31, которые содержат двигатель датчика числа оборотов, датчики пути перемещения и тормоза (не показаны), и по средством консолей 32 и 33 укреплены на стреле 18. Движение поворота сварочного электрода 6 вокруг оси 7 осуществляется через ремень 34, воздействующий на вал 35. 20Вращательное движение на сварочные электроды 6 передается через зубчатые колеса 36 привода, который через понижающую передачу воздействует на вал 37. Этот вал 37 выполнен на 25 одном конце в виде подшипника для размещения оси 7. С этой осью 7 связан цилиндр 19 для точечной сварки.Разница в выполнении устройства по фиГе 1 и 2 сОстОит В том, что 30 кривошипы 12 и 13 имеюФ точки 38 и 39, смещенные с общей оси. Обе тяги ,16 ведут к общей шарнирной точке, являющейся вершиной комплектной шарнирнои системы, Если при этОм приме ре выполнения кривошипы 12 и 13 приводятся в движение независимо друг от друга, то их общая точка может двигаться в соответствии со стрелкой Я в вертикальном направлении и в со О ответствии со стрелкой Т по дуге. Центральной точкой общей шарнирной системы является в этом случае шарнир, посредством которого стрела 18 движется линейно.45Представленный на фиг. 6 третий пример выполнения устройства отличается от фиг. 2 и 5.тем, что оба кривошипа 12 и 13 приводятся зависимо друг от друга. Оба кривошипа 12 и 13 движутся посредством одного и того же приводного узла, причем посредством промежуточного соединения, например изменяющего направление вращения зубчатого колеса, осуществляется симметричное движение кривошипов 12 и, 13, ,Посредством кривошипов 12 и 13 в этом примере выполнения могут выполняться только вертикальные движения 8 шарнира 17.Для того, чтобы можно было направлять шарнир 17 по дуге Т, предусмотрен отдельный приводной узел 40, лежащий за пределами центрального шарнира 14. Через приводной элемент,например резьбовой шпиндель 41, приводной узел воздействует на стрелу18 шарнирной системы и движет ее поокружности вокруг оси шарнира 14.В примере выполнения по фиг, 7элемент 15 шарнира 14 расположен свозможностью движения вдоль продольной оси стрелы 18. Для этой цели сэлементом 15 взаимодействуют поводки 42, которые шарнирами 43 и 44опираются на тяги 16, Шарнир 14 приэтом примере выполнения образованмуфтой 45, которая со своей сторонынаправляется на стреле 18 через непоказанный подшипник, связанныйс муфтой 45 и осями 46 ц 47. Стрела18 на ее нижнем конце несет держатель инструмента, на котором расположеннапример, шлифовальный инструмент 48,Линейная подвижность центральногошарнира приводит к тому, что стрела18 может быть выполнена значительноболее короткой, чем при примере выполнения по фиг. 1,и 2, хотя ее ходостается одинаковым. Это имеет топреимущество, что приводы 30 и 31для поворотного и вращательного движения держателя инструмента, а также(в случае необходимости) дополнительный привод 49 для движения инструмента, например вращения шлифовальногоинструмента 48 вокруг оси 50, могуткрепиться поверх оси шарнира 14 стрелы 18. Таким образом, можно обеспечить уравновешивание всей системыОтносительно этой оси.Целесообразным является такое выполнение, при котором тяги 16 выполнены в виде угловых рычагов (фиг. 7),а именно таким образом, что шарнирылежат ближе к вертикальной оси У системы, Вследствие этого обеспечивается снижение размеров всей системыпри сохранении требуемого хода.Представленный (фиг. 8) вариант выполнения по фиг,. 7 отличается тем, что линейное движение стрелы 18 происходит через оси 46 и 47, которые проходят сквозь муфту 45 и имеют на их, внутреннем конце направляющие пазы710971 с рейками 51, закрепленными на стреле 18.Таким образом, предлагаемый исполФнительный орган манипулятора имеет 87большую зону позиционирования, чтопозволяет его использовать для выполнения различных технологическихопераций,