Устройство для наружного крепления и направления питающих проводов перемещающихся инструментов манипуляторов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК В 25 3 19/О ОП Е ИЗОБРЕТЕНИ Н ПАТЕНТУ 04.10.84) РУЖНОГО КРЕПЛЕАЮЩИХ ПРОВОДОВУМЕНТОВ МАНИПУЛЯ ОСУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(7.1) Кука Швейсанлаген унд РоботеГмбХ (РЕ)(72) Георг Хартманн, Курт Видемани Эрнст Циммер (ЭЕ),(56) Заявка ФРГ Хф 2227288,кл, 49 Ь 11/10, 1973,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНИЯ И НАПРАВЛЕНИЯ ПИТПЕРЕМЕЩАЮЩИХСЯ ИНСТРТОРОВ(57) Изобретение относится к устройствам для наружного крепления и направления питающих проводов перемещающихся инструментов манипуляторов,к которым должны подводиться энергия, ток, охлаждающая и рабочая среды или т.п. Целью изобретения является повышение надежности работы устройства при любом пространственномперемещении инструментов манипулятора. Для этого державки 15, в которыхустановлен пучок 4 питающих проводов, размещенные вдоль по меньшеймере одного перемещающегося звена(узла)3, 5, 7 или 9, закреплены с возможностью вращения на манипуляторе 1в зоне осей 4, 5 и т.д. шарнирногосоединения звеньев. 10 з.п, ф-лы,13 ил/58 . Тираж 954ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и113035, Москва, Ж, Рауш тета ССкрытийая наб., д.4/1 13099Изобретение относится к устройствам для наружного крепления и направления питающих проводов перемещающихся инструментов манипулятора, к которым должны подводиться энергия, ток, 5 охлаждающая и рабочая среды и т.п. (питание осуществляется по нескольким проводам, которые могут быть выполнены в качестве линий тока шлангов, напорных труб и т.п.). 1 СЦелью изобретения является повышение надежности работы устройства при любом пространственном перемещении инструментов манипулятора.На фиг.1 изображен манипулятор с соответствующими питающими проводами, общий вид; на фиг,2 - полый цилиндрический корпус для приема пучка проводов, продольный разрез; на фиг.3- зажатая полым цилиндрическим корпусом цилиндрическая вставка, вид сбоку; на фиг,4 - разрез А-А на фиг.3; на фиг.5 - расположенный на упругом элементе полый цилиндрический корпус, вид сбоку; на фиг.б - сборная цилинд 25 рическая вставка, вид сбоку; на фиг.7- то же, вариант выполнения; на фиг.8 - разрез Б-Б на фиг.7; на фиг.9 - полый цилиндрический корпус с цилиндрической вставкой, продольный разрез; на фиг.10 - сечение В-В на фиг.9; на фиг.11 - державка с цилиндрической вставкой по фиг.9 и 10,продольный разрез; на фиг.12 - сечение Г-Г на фиг,11; на фиг.13 - цилиндрическая вставка по фиг.6, вид сбоку.Манипулятор 1 имеет различные, выполненные с возможностью перемещения друг относительно друга звенья (узлы).Манипулятор состоит из неподвижного основания 2, установленного на нем звена (карусели) 3, выполненного с возможностью вращения вокруг вертикальной оси 4, установленного на звене (карусели) 3 звена (кулисы) 5, вы полненного с воэможностью вращения вокруг горизонтальной оси 6, проходящей через звено (стрелу) 7, выполненное с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси 8, и шарнирно установленного на конце звена (стрелы) 7 звена (руки) 9. На звене 9 установлен рабочий орган 10, например сварочный инструмент. Кроме того, на "звене (рухе) 9 можно также размещать режущий инструмент, распылитель, грейфер с винтовертом, сверлильное приспособление и т.п. Звено (рука) 079 может вращаться вокруг продольной оси 11 и поворачиваться вокруг оси 12, проходящей поперек оси 11, Сварочный инструмент 10 расположен с возможностью вращения относительно звена 9 вокруг оси 13, В зависимости от вида рабочего органа 10 можно предусматривать еще дальнейшие возможности движения.Для сварочного инструмента 10 необходимы подача энергии и различные средства для его эксплуатации. При этом в первую очередь речь идет об электротоке, охлаждающей и рабочей среде и т.п. Если инструмент 10 обладает самостоятельной подвижностью и соответствующими приводами, то и их необходимо питать. Если вместо сварочного инструмента используют другие инструменты, то необходимая энергия и средства для их эксплуатации соответственно изменяются. Подача энергии к инструменту 10 осуществляется через пучок 14 питающих проводов, который снаружи установлен на манипуляторе 1. Такое расположение пучка 14 позволяет осуществлять самые различные движения звеньев 3, 5, 7 и 9. Поэтому пучок 14 установлен в державках 15 и размещен с образованием петель 16 между державками 15. Эти петли 16 обеспечивают возможность следования пучка 14 за отдельными движениями узлов.Державки 15 установлены на узлах с возможностью вращения в зоне осей манипулятора В примере выполнения по фиг.1 державки 15 расположены на находящихся в относительно неподвижном состоянии частях звена 3, звеньев 5 и 9 так, что их ось вращения совпадает с осями 12, 8 и 6 манипулятора. В зависимости от конкретного выполнения других манипуляторов державки могут быть также расположены на расстоянии от указанных осей,Если инструмент 10 должен перемещаться из изображенного на фиг.1 положения вертикально вверх, то звено 7 вращается вокруг оси 8 относительно звена 5. Этим движением также следуют петли 16, перемещаясь вдоль звеньев 7 и 9, При этом длина петель 16 не изменяется, только державки 15 немного вращаются и обеспечивают таким образом то, что предотвращается изгиб пучка 14 проводов, и вместо этого он перемещается по благоприятной относительно нагрузок линии другого спектра вдоль звеньев 3, 5, 7 и 9 манипулятора.Кроме того, благодаря петлям 16 звено 9 может вращаться вокруг оси 11 и пучок 14 проводов может следовать за этим вращательным движением. Если державки 5 по возможности близко расположены к осям 4, 11 и 13, то уменьшается путь поворота державки О при вращении вокруг этих осей и, таким образом, петли 16 могут быть выполнены более короткими. У звена (карусели) 3 пучок 14 приводов также подводят снаружи в виде петли, поз воляющей выполнять вращательное движение.Согласно примеру выполнения по фиг.2 отдельная державка 15 для пучка 14 состоит из полого цилиндричес кого корпуса 17, содержащего неподвижную часть 18 и по меньшей мере одну подвижную часть 19, причем части 18 и 19 разделены одна от другой разделительным швом 20. Обе части 18 и 19 имеют воронкообразное расширение 21 и содержат оправу 22, в котороу можно зажимать цилиндрическую вставку 23, Различные варианты конфигурации этой вставки изображены на 30 фиг.3, 4 и 6 - 13, Важным для варианта по фиг.2 является то, что в полом цилиндрическом корпусе 17 можно зажи-. мать вставку 23 с возможностью замены. Число и конфигурация вставок 23 35 зависят от числа и диаметра отверстий . Неподвижная часть 18 полого цилиндрического корпуса 17 неподвижно соединена (согласно примеру выполнения) с насадкой 24. Посредством флан ца 25 и опоры 26 предпочтительно простого шарикового подшипника насадку 24 соединяют с каждым изображенным на фиг.1 звеном (узлом) 3, 5, 7 и 9 с возможностью вращения.45Вставка 23 служит для приема отдельных проводов пучка 14 в поставленном месте и параллельно один другому, благодаря чему обеспечивается определенное центрирование пучка 14. 0 Так как на основании относительной подвижности звеньев (узлов) 3,. 5, 7 и 9 пучок 14 должен иметь определенную самоподвижность, полый цилиндрический корпус имеет согласно фиг.2 с обеих сторон воронкообразное расширение 21, которое при отгйбании пучка 14 обеспечивает движение пучка по 1309907 4плавной кривой и, таким образом, предотвращает изгиб (Фиг.).Зажатая в полом цилиндрическомкорпусе 17 поперек его продольнойоси дисковая цилиндрическая вставка23, изображенная на фиг.3, 4, 6, 7,8 и 13 имеет отверстия или выемки 27,которые в основном расположены попериферии. Торцевые стороны отверстий 27 снабжены скосами 28 (фиг.4),Отверстия 27 служат для центричногоприема отдельных проводов пучка 14.Согласно примеру выполнения пофиг.3 отверстия 27 расположены по периферии, Для этого необходимо предусмотреть радиальный вход 29, чтобывводить отдельные линии в отверстия27 снаружи. В зависимости от их назначения провода выполнены с различной толщиной, вследствие чего отверстия 27 также имеют различные диаметры. Число и толщина необходимых питающих проводов могут изменяться от инструмента к инструменту. В зависимости от места подключения отдельныхпроводов к инструменту может такжеизменяться их распределение в пучке.С целью поддержания отдельных проводов во вставке 23 отверстия 27 имеютрадиальный (суженный) вход 29. Приэтом в сочетании с проводами, которые в большинстве случаев снабженыоболочкой из эластичного материала,получается пружинное зажимное состояние, предотвращающее выпаданиепроводов. Как изображено на Фиг,2 и 4вставка 23 имеет в окружном направлении ступенчатый выступ 30, через который она направлена с геометрическим замыканием в оправе 22 корпуса 17.Вставка 23 согласно Фиг.2 допускает только ограниченную плотность монтажа проводов в пучке 14. В расположенное в центре отверстие можновводить дальнейший провод путем надевания вставки 23.Примеры выполнения вставки согласно фиг.6-8 показывают возможность повышения плотности монтажа без отказаот воэможности быстрого соединениямежду вставкой и питающими проводами(установленными по периферии отверстия). Согласно фиг.6 дисковая цилиндрическая вставка 23 состоит нздвух частей 31 и 32, плотно контактирующих на разделительной линии 33в собранном состоянии. В разъединен- ном состоянии разделительная линиявдоль этих разделительных швов 36, благодаря чему внутренние отверстия 27 доступны для зажатия проводов.Благодаря упругости материала разделительный шов 36 закрывается самостоятельно. Кроме того, в монтированном состоянии дисковая цилиндрическая вставка 23 держится в окружном направлении оправой 22.Направление питающих проводов 14 в нескольких державках 15 (фиг.1) является целесообразным только в том случае, если питающие провода при замене инструмента и/или пучка 14 можно быстро вынимать из державок 15. С этой целью предлагается выполнять полый цилиндрический корпус 17 сборным и соединять отдельные части 18 и 19 посредством быстрозажимного приспособления 37 и обычного шарнира 38 (фиг.5). Такое быстрозажимное приспособление 37 может состоять, например, из обычного запора с закруткой. При открытом корпусе 17 комплект пучка 14 проводов и вставок 23 можно заменять комплектом другого пучка проводов и вставок. При этом пружинный зажим позволяет оставлять соответствующие вставки на их пучке проводов. Державка 15 может быть установлена на одном или нескольких звеньях(узлах) 3, 5, 7 и 9 манипулятора,причем однако целесообразно снабжение каждого звена только одной державкой, Кроме непосредственного закрепления на звеньях предлагается еще(согласно фиг.1 и 5) размещать однудержавку 15 с возможностью поворотана упругом элементе (рычаге) 39. Рьгчаг 39 прикреплен к звену 7 (в данном случае к стреле) и служит длятого, чтобы петлю 16 держать на расстоянии от узла и подавать ее приповороте звена (руки) 9 вокруг оси 11 Согласно примеру выполнения по фиг,5 данная державка 15 через изображенную на фиг.2 опору 26 соединена с возможностью вращения с фланцем 25 упругого элемента (рычага) 39, Таким образом, эта державка 15 можетперемещаться в соответствии с идеальной, благоприятной относительно нагрузок дуговой линией петли 16 илипучка 14. Согласно изображенному примеру выполнения упругий элемент (рычаг) 39 образуется двумя винтовымипружинами 40 и 41, связанными с зажимным корпусом 42, жестко охватываю 5 1309907 33 для каждой отдельной части 31 (32) представляет собой периферийный участок для выполнения дальнейших отверстий 27. После зажатия проводов части 31 и 32 соединяют одна с другой. Для образования соединенного с геометрическим замыканием диска части 31 и 32 соединены одна с другой посредством быстроразъемного соединения, например пружинного стопорного коль ца 34 и т.п, При этом пружинное стопорное кольцо 34 может быть зенковано в выполненной по окружности канавке, Вдоль разделительной линии 33 отверстия 27 в отдельных частям 31 и 15 32 могут быть также расположены одно против другого.На фиг.7 изображен другой вариант выполнения дисковой цилиндрической вставки 23, состоящей из трех частей, 20 Часть 31 выполнена составной, причем обе ее половины охватывают центрично расположенную часть 32 и таким образом обеспечивают геометрическое замыкание. В данном примере выполнения окружность части 32 образует разделительную линию. Часть 32 имеет по окружности отверстия 27. В противоположность данному примеру выполнения и часть 31 может иметь отверстия 27 в зоне разделительной линии 33, Части 31 и 32 можно соединять (аналогично фиг.6) посредством пружинного стопорного кольца или другим подходящим зажимным элементом. Кроме 35 того, также возможно соединять половины части 31 посредством пружинного зажима вдоль их разделительной линии.На фиг.8 изображено установлен ное в окружной канавке пружинное с.топорное кольцо 34 и геометрическое замыкание 35 частей 31 и 32.На фиг.13 изображен вариант выполнения дисковой вставки по фиг.6. 45 В данном случае дисковая цилиндрическая вставка 23 также имеет внутренние отверстия 27, которые со стороны окружности диска являются труднодоступными. Согласно данному приме ру выполнения дисковая цилиндрическая вставка 23 состоит из упругого материала, предпочтительно из пластмассы, и имеет два проходящих от окружности во внутрь разделительных шва 36, к которым примыкают внутренние отверстия 27. Дисковую цилиндрическую вставку 23 можно отгибатьвозможно с зазором размещать вставкув корпусе 17 в окружном направлени,так что она может вращаться вместес проводами относительно корпуса 17вокруг продольной оси проводов. Сэтой целью ступенчатый выступ 48 установлен с зазором в оправе 22 в окружном направлении. Кроме того, также возможно размещать специальную опору между ступенчатым выступов 48 и оправой 22, например, в виде колец скольжения. Предпосылкой для такого варианта является то, что ступенчатый выступ 48 и оправа 22 имеют круглую форму, Кроме того, корпус 17 оправы 22имеет различные вставки 24, 45 и 49,а выступ 48 может иметь любую другуюформу поперечного сечения.Полый цилиндрический корпус 46 согласно фиг.О подразделен в продольном направлении разделительным швом 36, и благодаря его упругости его можно загибать с целью замены шлангов 47. Полый цилиндрический корпус 46 может быть разделен и несколько раз и снабжен шарнирами. Во время работы трубчатый корпус 46 держится зажимными лентами, кольцами или средствами 50, установленным в торцевых кольцевых канавках 51.1На фиг.11 и 12 изображена другая вставка 49, отличающаяся от вставки согласно фиг.9 и 10. Вставка 49 состоит из дисковой насадки 52 и двух примыкающих к ней направляющих деталей 53. Дисковая насадка 52 через выступ 48 установлена с геометрическим замыканием в оправе 22 корпуса 7. Детали 53 соединены с дисковой насадкой 52. При этом вставка 49 может быть выполнена цельной (правая половина фиг.11) или сборной. При сборном выполнении направляющие детали 53 установлены на дисковой насадке 52 через геометрическое соединение 54 (левая половина фиг.11). Согласно фиг.11 направляющие детали 53 выполнены с кольцевой канавкой в середине. Дисковая насадка 52 выполнена аналогично части 31 по фиг.7 и разделена полностью или до половины. Деталь 53 канавкой вводится в центральное. отверстие дисковой насадки 52. Кроме того, направляющие детали 53 можно также соединять с геометрическим замыканием с дисковой насадкой 52. В середине вставки 49 установлен пучок 14 проводов или пакет 47 шлан 7 1309907щим звено (стрелу) 7 или другое звено (узел) манипулятора. Обе вставленные одна в другую винтовые пружины 40 и 41 обеспечивают стабильное иупругое направление державки 15 и таким образом пучка 4. При этом державка 15 относительно корпуса 42 выполнена с возможностью вращения вокруг оси упругого элемента (рычага)39. Наружная винтовая пружина 41 навинчена на насадки 43 зажимного корпуса 42 фланца 44. Насадки 43 выполнены полыми, причем в них установленавнутрення пружина 40, зафиксированная в продольном направлении посредством винтов.С целью согласования упругости упругого элемента (рычага) 39 с соответствующим пучком 14 предлагаетсявыполнять упругий элемент (рычаг) 39и без винтовой пружины 40,Очевидно, чтодержавка 15 может соединяться с соответствующими узлами манипулятора свозможностью относительного перемещения и другими путями,На фиг.9 изображена державка 15с другой вставкой 45 в продольномразрезе. Вставка 45 выполнена в видеудлиненного полого цилиндрического30корпуса 46 и охватывает пучок 14 проводов или пакет 47 шлангов, которыйиспользуется предпочтительно для инструментов электродуговой сварки. Пакет 47 из гибких шлангов снабжен оболочкой, С учетом чувствительности кизгибанию шлангов полый цилиндрический корпус 46 имеет большую длину ивыступает впереди и на конце за корпус 17 державки 15. Полый цилиндри 40ческий корпус 46 состоит из эластичного материала, например пластмассыили резины, и имеет форму, коническирасширяющуюся от обеих сторон до середины. При нагрузке полый цилиндри 45ческий корпус 46 принимает защищающуюшланги 47 плавную дугу. В серединеполого цилиндрического корпуса 46имеется периферийный ступенчатый выступ 48 посредством которого он устаФ50новлен с геометрическим замыканием воправке 22 корпуса 17 в направлениипроводов,Ступенчатый выступ 48 различныхвставок может быть расположен с си 55ловым замыканием в окружном направлении в оправе 22 так, что зажатаяв корпусе 17 вставка жестко направлена во все направления. Кроме того,5 10 5 го г 5 30 35 40 45 5055 9 13 О гов, При этом дисковая насадка 52 дополнительно имеет по окружности доступные снаружи отверстия 27 для приема дальнейших проводов 14, выполненные в качестве зажимной державки,Эти провода 14, идущие, например, от сред ства питания, сначала расположены свободно, а затем опять сведены в пакет ,47 шлангов.Направляющие детали 53 имеют попеременно расположенные выемки 55, служащие для повышения упругости. Таким образом, направляющие детали 53 выполняют, ту же самую задачу, что и полый цилиндрический корпус 46.Для введения пакета 47 шлангов вставка 49 имеет продольный разделительный шов 36. Согласно примеру выполнения по фиг.,12, вставка 49 выполнена цельной и состоит из упругого материала. При этом разделительный шов 36 доходит с одной стороны только до середины вставки 49 и позволяет гибкое отгибание вставки.Кроме того, вставка 49 может быть также полностью разделена, как это изображено на фиг.9 и 10. При сборном выполнении вставки 49 с учетомфиф.6-8 возможны соответствующие варианты выполнения дисковой насадки 52, Направляющие детали 53 держатся у разделительного шва 36 зажимными лентами 50, как это изображено на фиг.11, Однако они могут также быть склеены одна с другой.Необходимое направление проводов может простираться от неподвижного основания 2 через все подвижные звенья (узлы) 3,5,7 и 9 до инструмента 10, но оно может также начинаться на любом звене, например звене (стреле) 7. Благодаря размещению державки на каждом подвижном звене питающие провода 14 образуют лишь сравнительно малые петли и уже поэтому они не подвергаются высокой весовой нагрузке. Кроме того, уменьшается динамическая нагрузка манипулятора. Закрепление с возможностью вращения державки 15 в зоне осей 4, 8, 11 и 13 имеет то преимущество, что эти точки находятся в относительно спокойном положении при относительных движениях соседних звеньев. Таким образом, перемещается лишь участок пучка 14, находящийся между перемещающимся и соседним звеньями (узлами). Остальные участки пучка 14 остаются в от 9907 1 О носительно спокойном положении и в крайнем случае совершают сопровождающее движение в результате незначительного поворота державки 15.Благодаря изобретению становится возможным поворотное движение звена (стрелы) 7 в потолочном направлении без опасности обжима или какого-то ни было повреждения питающих проводов пучка 14, в результате чего срок службы питающих проводов значительно повышается, Кроме того, они больше не явпяются источником опасных ситуаций, Державки 15 можно выполнять самым различным образом, например в виде разделительных планок. Формула изобретения 1. Устройство для наружного крепления и направления питающих проводовперемещающихся инструментов манипуляторов, содержащее основание, последовательно установленные на нем звенья,шарнирно соединенные между собой, рабочий орган, закрепленный на конечном звене, и питающие провода сосредствами крепления их на соответствующих звеньях, о т л и ч а ю щ е -е с я тем, что, с целью повышениянадежности работы, средство крепленияпитающих проводов выполнено в видедержавки, закрепленной на оси шарнирного соединения этих звеньев междусобой, причем державка установлена свозможностью вращения вокруг оси шарнира,2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что державка снабжена вставкой для установки питающихпроводов и выполнена в виде пологоцилиндрического корпуса, составленного по меньшей мере из двух частей,в полости которого расположена указанная вставка. 3. Устройствопо п.2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в полом цилиндрическом корпусе выполнена посадочная поверхность, предназначенная для установки вставки, имеющей на своей наружной цилиндрической поверхности посадочную поверхность, ответную посадочной поверхности цилиндрического корпуса, а части полого цилиндрического корпуса шарнирно соединены друг с другом и снабжены быстроразъемным приспособлением, 11 130994. Устройство по п.1-3, о т л и - . ч а ю щ е е с я тем, что державка выполнена в виде корпуса, имеющего воронки на концах.5. Устройство по пп.1-4, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно снабжено упругим элементом, выполненным в виде двух концентричных винтовых пружин, предназначенных для соединения полого цилиндрического корпуса 10 державки со звеном.6, Устройство по пп.2, 3 и 5, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что полый цилиндрический корпус имеет шарикоподшипник, посредством кото рого обеспечивается его присоедине.ние к звеньям или к упругому элементу.7. Устройство по пп.2 и 3, о т - л и ч а ю щ е е с я тем, что встав ка выполнена в виде удлиненного полого цилиндрического элемента. 8. Устройство по п.7, о т л и ч аю щ е е с я тем, что вставка выполнена из упругого материала, разреза 7 на по длине и имеет на торцах канавки, в которых расположена дополнительно введенная зажимная лента, предназначенная для соединения разрезанных частей цилиндрического элемента.9. Устройство по пп.2, 3 и 7, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что вставкавыполнена из упругого материала иимеет отверстия и выемки, расположенные по периферии и внутри,.и разрезы,рассекающие вставку и проходящие через эти отверстия и выемки, при этомчасти вставок имеют возможность изгиба рдоль линии разрезов,10. Устройство по пп.2 и 3, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что вставка разделена на отдельные части сквозными продольными разрезами, выполнена из упругого материала, а ее частисоединены посредством быстрораэъемного соединения.11. Устройство по пп.2 и 3, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что вставка выполнена из частей, представляющих собой коаксиальные отдельные элементы.