Рука манипулятора

.72(088.8)кое свидетельствол. В 25 ) 18/00,МАНИПУЛЯТОРАтение относится кния и может быть СР3 ласт спол енных роью изобренамических жности реел уменьшени лировать усилия нтактных напряж жи о при И енный в виротации кисти выпоолнов то де двигател нтредачи цилиндрическои ГОСУДАРСТ 8 ЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(57) Иэобремашинострое эовано при создании промботов и автооператоров.тения является улучшение арактеристик за счет воэмо 1 9 А 1 м 10, жестко связанным механизмом самоустанов емпфирующее устройство производит самоустановку зубчатых колес цилиндрической передачи с минимальным люфтом. А выполнение приводазажимных рычагов 6 и 7 в виде двухсиловых цилиндров 42, коромысел 43 иштанги 44, связанных между собой икареткой 3 посредством сферическихшарниров, шаровые опоры 45 которыхжестко связаны соответственно с кареткой 3 и коромыслами 43, а шаровыевкладыши 46 образуют со штоками силовых цилиндров 42, штангой 44 и корпусом одного иэ силовых цилиндров 42винтовые пары, позволяющие производить регулировку как усилий зажимаэажимных рычагов 6 и 7, так и величину их хода. 20 ил.1311929 Составитель А.Ширяеваедактор Н.Егорова Техред А.Кравчук Корректор М.Пожо Зак оизводственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,1922/15 Тираж 954 ВНИИПИ Государственног по делам изобретеп 113035, Москва, Ж, Подписноекомитета СССРи открытийаушская наб., д.4/Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании промьппленных роботов, автооператоров.Целью изобретения является улучше ние динамических характеристик эа счет возможности регулировки усилий зажима и уменьшения контактных напряжений.На Фиг.1 схематично представлена рука манипулятора, общий вид; на Фиг.2 - вид А на Фиг.1; на Фиг,З - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - разрез В-В на фиг.З; на Фиг.5 - разрез Г-Г на. Фиг.З; на фиг.6 - разрез Д-Д15 на фиг.З; на Фиг. - разрез Е-Е на Фиг.6; на фиг.8 - разрез Ж-Жна Фиг.З; на Фиг,9 - разрез 3-3 на Фиг.1; на Фиг,10 - цилиндры, коромысло и тяга, разрез; на Фиг.11 - разрез И-И на фиг.8; на фиг,12 - вид К на. Фиг.10; на Фиг,13 - узел 1 на Фиг.10; на фиг.14 - разрез Л-Л на фиг.13; на Фиг,5, - кинематическая схема руки манипулятора; на Фиг.16 - одно из возможных положений центрального и выходного валов волнового редуктора (показаны оси, в направлении которых нужно перемещать волновой редуктор для регулировки зацепления сопряженных колес); на Фиг,17 - расположение штоков силовых цилиндров в двух крайних положениях в вертикальной плоскости; на фиг.18 - то же, в горизонтальной плоскости; на фиг.19 - вид М на Фиг.2; на Фиг.20 - узел 11 на фиг.8.Рука манипулятора содержит корпус 1, в котором на роликах 2 установлена каретка 3 с приводом ее перемеще 40 ния 4 и несущая кисть 5 с зажимными рычагами 6 и 7, привод ротации кисти и привод зажимных рычагов.Привод ротации кисти выполнен в виде двигателя 8 с волновым редуктором 9, выходной вал которого посредством цилиндрической передачи и центрального вала 10 связан с кистью 5, Центральный вал 10 установлен с возможностью Вращения В,каретке па дВух 50 сферических шарнирах 11 и 12, шаровые опоры 13 - 15 которых закреплены на каретке, а шаровые вкладьшьи 16 и17 - на подшипниках 18, при этом один из этих сферических шарниров 11 снабжен упорным 19 и натяжным 20 кольцами, контактирующими с натяжной втулкой 21, установленной в шаровой опоре 13 по сферической поверхности, радиус. которой проведен из центра сферы шароВого вкладыша 16, а шаровые опоры 15 и 14 и шаровой вкладыш 17 другого сферического шарнира 12 связаны с кареткой 3 штифтами 22.Двигатель 8 с волновым редуктором 9 установлен на каретке 3 посредством механизма самоустановки, выполненного В виде двух пальцев 23, жестко связанных с корпусом двигателя 8 и волнового редуктора 9 и установленных посредством кронштейнов 24 с пазами 25 и клеммных соединений 26 на держателе 27, закрепленном при помощи подшипников 28 на оси 29, фланец которой жестко связан с платиком 30 с пазами 31, расположенными параллельно перемещению каретки 3 и перпендикулярно лазам 25, и демпфирующего устройства, установленного на одном из кронштейнов 24. Демпфирующее устройство выполнено в виде реэьбового стакана 32, в котором помещены тарельчатые пружины 33, контактирующие с одним из пальцев 23, а на корпусе волнового редуктора 9 закреплены флажки 34, контактирующие с роликами 35, сидящими на осях 36, установленных в серьгах 37, резьбовой конец которых 38 при помощи гаек 39 сидит в упорах 40, жестко связанных с осью 41, установленной в кронштейнах 24.Привод эажимных рычагов выполнен в ниде двух силовьгх цилиндров 42 двух коромысел 43 и штанги 44, связанных между собой и кареткой 3 посредством сферических шарниров, шаровые опоры 45 которых смонтированы соответственно на фланцах каретки 3 и коромыслах 43, а шаровые вкладыши 46 образуют соответственно со штангой 44, штоками силовых цилиндров 42 и одним из корпусов силового цилиндра 42 винтовые пары причем корпус другого силового цилиндра 42 жестко связан с шаровым вкладышем 46 сферического шарнира, который посредством штифта 47 связан с фланцем каретки 3. шаровой вкладыш 46 жестко связан со сферическим торцом коромысла 43 посрецством упора 48, а между сферическими шарнирами на штоках силовых цилиндров 42 установлены пружины 49.Штанга 44 установлена внутри центрального вала 1 О привода ротации кисти, один конец которой связан посредством сферического подшипника 50, установленного в ползуне 51, и рыча31 При большом вылете руки (свьппе 1,5 м) очень тяжело обеспечить соос ность посадочных мест на концах каретки 3 для базирования центрального вала 1 О, а при длине хода 2 м и выше уже встает вопрос не только о воэ" можности вращения кисти, но и о сборке вообще. Для снижения трудоемкости изготовления по обеспечению соосности посадочных мест, а также для ликвидации нежелательных последствий, обус 3гов 52 с эажимными рычагами 6 и 7, а другой конец связан с шаровым вкладышем 46 сферического шарнира посредством штифта 53 и паза 54.Подвод энергии осуществляется через распределители 55 и 56 магистрали 57 и 58, связанные соответственно со штоковой и безштоковой полостями силовых цилиндров 42.Рука манипулятора работает следу ющим образом.Зажим детали.Энергоноситель подается в безштоковые полости силовых цилиндров 42, штоки перемещаются направо и через 15 шаровые вкладьппи 46 воздействуют на шаровые опоры 45, жестко связанные с коромыслами 43. Коромысла 43 перемещаются вправо и перемещают вправо связанную с ними штангу 44, цилинд рический конец которой воздействует на сферический подшипник 50, а последний перемещает ползун 51 вправо и воздействует на зажимные рычаги 6 и 7, заставляя их вращаться и зажимать деталь.Разжим детали.Энергоноситель поступает в штоковую полость силовых цилиндров 42, штоки которых через шаровые вкладьппи 30 46 и шаровые опоры 45, коромысло 43, шаровую опору 45 и шаровой вкладьпп 46 перемещают штангу 44 влево. Последняя через сферический подшипник 50 перемещает влево полэун 51, кото рый, воздействуя на рычаги 52,.заставляет зажимные рычаги 6 и 7 вращаться. Происходит разжим детали.Ротация кисти.Движение от двигателя 8 через волновой редуктор 9 и цилиндрическую передачу передает вращение центральному валу 10 в подшипниках 18, а так как с центральным валом 10 жестко связана кисть 5, то последняя также вращается вокруг продольной оси руки манипулятора. 929 4ловленных непараллельностью цапф центрального вала О, подшипники 18, на которых базируется центральный вал 10, устанавливаются в шаровые вкладыши 16 и 17, установленные в шаровые опоры 13 и 14 и 14 и 15. При этом шаровой вкладьпп 17 одного сферического шарнира 12 жестко штифтами связан с кареткой 3, а шаровой вкладьпп 16 в другом сферическом шарнире 11 может иметь местную подвижность, снижающую величины напряжений в центральном валу 1 О за один его оборот в случае непараллельности цапф центрального вала 1 О. Штанга 44 одним концом установлена в сферический подшипник 50, сидящий в ползуне 51, а на другом ее конце выполнена резьба, взаимодействующая с резьбой, выполненной в шаровом вкладыше 46, сидящем в шаровых опорах 45 сферического шарнира, жестко связанных с коромыслами 43.Таким образом, несоосность, непараллельность ползуна 5 и коромысел 43 не отразятся на работоспособности кисти 5, а применение сферического подшипника 50 позволит иметь развязку вращательного движения ползуна 51 относительно штанги 44 при ротации кисти 5, причем за счет применения сферического подшипника 50 потери нй трение будут минимальны.Шаровой.вкладьпп 46 с концом штанги 44 связан винтовой парой, что позволяет, вращая шаровой вкладыш 46, перемещать штангу 44 и ползун 51 относительно коромысел 43 и кисти 5 вправо и влево и таким образом регуЭ лировать наклон рычагов 52 по отноше-: нию к эажимным рычагам 6 и 7 в моменты разжима и зажима, т.е. регулировать усилие зажима детали. При этом шаровой вкладьпп 46 сферического шарнира может перемещаться относительно шаровых опор 45. Силовые цилиндры 42 привода зажима установлены посредством фланцев на каретки 3, а их штоки через шаровые вкладыши 46 и шаровые опоры 45 связаны с коромыслами 43, причем один из шаровых вкладышей 46 посредством штифта 47 жестко связан с фланцем каретки 3, а другой шаровой вкладыш 46 относительно шаровых опор 45 может совершать местные движения. Второй силовой цилиндр 42 может перемещаться относительно шарового вкладыша 46, так как сидит в нем на резьбе. Шаровой вкладыш 46 может совер 1311929шать движения относительно шаровых опор 45.После того, как собрана каретка 3, в нее установлен центральный вал 10 и к нему присоединена кисть 5, приступают к сборке силовых цилиндров 42 с коромыслами 43, В случае большой несоосности ось центрального вала 10 будет неперпендикулярна торцам Фланцев каретки 3, причем отклонение от 10 перпендикулярности может составлять как миллиметры, так и десятки миллиметров. В этом случае сборку начинают с первого силового цилиндра 42, который вместе с шаровым вкладьппем 46 5 поворачивают так, чтобы шток стал более-менее параллелен центральному валу 10, после чего шаровой вкладыш 46 связывают штифтом 47 с фланцем каретки 3. После этого устанавливается 20 второй силовой цилиндр 42, а на штоки через шаровые вкладыши 46 и шаровые опоры 45 устанавливаются коромысла 43 перпендикулярно штокам.1 25Вследствие разности трения в силовых цилиндрах 42, запаздывания подачи воздуха в эти же силовь 1 е цилиндры 42 один из штоков придет в движение первым и будет двигаться быстрее другого, при этом коромысла 43 будут поворачиваться относительно шарового вкладыша 46, а штанга 44 будет в вертикальной плоскости перемещаться и может стенкой упереться в корпус каретки 3, а в случае несовпадения тра 35 екторий движения штоков коромысла 43 могут развернуться, что также вызо - вет перемещение п 1 танги 44 в плоскости, перпендикулярной ее движению, чтобы этого не происходило, после установки коромысел 43 перпендикулярно штокам шаровой вкладыш 46 жестко связывается со сферическим торцом коромысла 43 упором 48 т.е. коромысло 43 как бы жестко связывается со штоком, и таким образом, какой бы шток вперец ни пошел он всегда будет тянуть за собой другой шток.Продольные оси силовых цилиндров 42 могут не совпадать в вертикальной плоскости и быть не параллельными друг другу, например, как изображено на Фиг,17, где ОА и О Б, штоки, а А А и ББ - ходы штоков, или же точки О, и О могут совпадать, а точки А 1 и Б, не совпадать, как изображено на фиг.18, а могут совпадать в вертикальной плоскости,но быть не параллельны. Для ликвидации перечисленных явлений и сохранения работоспособности силовых цилиндров один из силовых цилиндров 42 и его шток установлены в шаровые вкладыши 46, которые могут вращаться в шаровых опорах 45, Таким образом, в процессе работы шток с силовым цилиндром 42 совершают в процессе самоустановки относительно траектории другого штока качательные движения.Если в процессе разжима детали, к Примеру, один из штоков и связанный с ним поршень упрутся в крьппку силового цилиндра 42, а у другого штока еще будет запас хода, то штоки и коромысло 43 будут нагружены большими изгибающими моментами, что может при-. вести к пластической деформации первого штока и коромысла 43, Для того, чтобы этого не произошло, второй силовой цилиндр 42 перемещают относительно шарового вкладыша 46 вдоль продольной оси при помощи резьбы так, чтобы в разжатом состоянии у штоков не было запаса хода, так как разжим прекращается тогда когда поршни упрутся в крышки силовых цилиндров 42. Кроме того, это позволит снизить требования к точности изготовления деталей, связанных между собой для осуществления разжима - зажима зажимных рычагов.Для экономии энергоносителя, повышения быстродействия схвата, сокращения времени цикла работы манипулятора необходимо иметь ход губок из разжатого состояния до зажатого минимальным. Для этого шаровые вкладыши 46 связаны со штоками резьбой, Штоки силовых цилиндров 42 перемещаются в крайнее положение, обозначающее разжим, а шаровые вкладьппи 46 перемещаются вдоль штоков и соответствен о перемещают коромысла 43, штангу 44, ползун 51 до тех пор, пока рас- стояние между зажимными рычагами б и 7 и деталью не будет минимально необходимым. Причем сначала перемещают шаровой вкладыш 46, связанный со штангой 44, для установки положения зажима детали, а затем, перемещая шаровые вкладыши 46, связывающие штоки с коромыслами, регулируют положение разжима.Пружингп 49, помещенные между шаровыми опорами 45, выполняют следуюфункции, 1311929В случае падения давления в силовых цилиндрах 42 за счет передачи через коромысла 43 усилия на штангу 44 предотвращают выпадение детали из за" жимных рычагов 6 и 7. 5При зажиме детали ликвидируют различия сил трения в силовых цилиндрах 42, т.е. перемещения вкладышей 46, соединяющих штоки, происходят с одинаковой скоростью, даже если не бу дет упора 48, или же упор 48 не полностью будет выполнять свою функцию. А при разжиме детали служат уравнительным механизмом одновременного начала движения штоков.15Перемещая шаровые вкладыши 46, по штокам можно регулировать усилие на зажимных рычагах 6 и 7 за счет сжатия пружины 49.1 20Пружины 49 сл":ат также для удержания заготовки во время осадки под прессом, т,е, заготовка, зажатая зажимными рычагами 6 и 7, ставится на стол пресса, в это время переключа ется распределитель 56 и магистраль 58 соединяется с атмосферой или со сливом, переключается также распределитель 55, энергоноситель в магистраль 57 не поступает и она оказывает ся .соединенной с атмосферой или со сливом, т.е. деталь на столе фиксируется зажимными рычагами 6 и 7 за счет сил пружин 49, и при осадке детали, т.е. при увеличении ее диаметра, зажимные рычаги 6 и 7 разжимаются, а пружины 49 сжимаются, а так как давления в силовых цилиндрах 42 нет, то поломки механизмов не происходит. В поведении детали при осадке появля ется элемент неустойчивости, она стремится сместиться в сторону какого-либо из зажимных рычагов, допустим рычага 7; зажимной рычаг 7 поворачивается, а сила, с которой он воздействует на деталь, возрастает и зависит от степени сжатия пружин 49. Таким образом, перемещая шаровые вкладьппи 46, связанные со штоками и штангой, можно регулировать усилия 50 воздействия зажимных рычагов 6 и 7 на деталь при осадке. В этом случае, если центр детали при осадке сместится в сторону зажимного рычага 7, а зажимной рычаг не будет касаться сто роны детали, после прекращения осадки эажимной рычаг 7 под действием, пружин 49 будет перемещать деталь до тех пор, пока зажимной рычаг 6 не коснется детали. После эт.го происходит фиксация детали,В случае большой несоосности посадочных мест каретки 3 ведомое зубчатое колесо цилиндрической передачирасположено под каким-то углом к продольной оси каретки 3, при этом ведущее зубчатое колесо необходимо выставить параллельно ведомому зубчатомуколесу (фиг.16). Для этого нужно повернуть волновой редуктор 9 в кронштейнах 24 относительно оси, образованной пальцами 23, а затем перемещать волновой редуктор 9 вдоль оси Е,для чего складывается перемещениевдоль двух осей - Х и У. Вдоль оси Хперемещение происходит за счет выполнения пазов 31 в платике 30 оси 29,т.е, волновой редуктор 9 можно перемещать вдоль каретки 3, а вдоль осиУ перемещение происходит в пазах 25,выполненных в кронштейнах 24. Поворотволнового редуктора 9 регулируется перемещением серег 37 через ролики 35,воздействующие на флажки 34, при этомконтакт всегда линейный, так как упор40 поворачивается в кронштейнах 24осью 41. Перемещая ведущее зубчатоеколесо цилиндрической передачи вдольосей Х и У и регулируя поворот волнового редуктора 9, добиваются правильного зацепления зубчатых колес и минимального зазора между боковыми сторонами зубьев.Держатель 27 установлен на подшипниках 28 на оси 29 с тем, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки по длине зубьев, т.е. волновойредуктор 9 во время вращения зубчатыхколес качается вокруг оси 29, и происходит самоустановка. Ось ведущего зубчатого колеса установлена вьппе оси ведомого зубчатого колеса для того, чтобы в сопряжении этих колес люфт был нулевым или минимальным. При этом волновой редуктор 9 с ведущим зубчатым колесом могут перемещаться вдоль вертикальной оси (фиг,3). В случае неточного изготовления зубчатых колес пружины 33 служат для постоянного поджатия сторон зубьев ведущего зубчатого колеса к сторонам зубьев ведомого зубчатого колеса, а клеммные соединения служат для регулирования посадки пальцев 23 в кронштейнах 24. Если зубчатые колеса изготовлены точно и нет необходимости в изменении межцентрового рас13119 и з о б р е т е н и я25 Формула Рука манипулятора, содержащая корпус с роликами, каретку, установленную на роликах корпуса и несущую кисть с зажимными рычагами, приводы перемещения каретки, ротации кисти и перемещения зажимных рычагов, о т - л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью улучшения динамических характе стояния в процессе работы, то ведущее зубчатое колесо вместе с волновым редуктором 9 опускают вниз до тех пор, пока не выберется люфт между колесами. После этого клеммами зажимают пальцы 23. Опускание происходит за счет вворачивания стакана 32 в кронштейн 24 и воздействия его через пружины 33 на палец 23.Таким образом, применение предлагаемой конструкции для связи зубчатых колес позволяет осуществить принцип самоустановки, что дает возможность ликвидировать различного рода перекосы осей, исключить неточность 5 изготовления деталей, повысить долговечность колес. Для того, чтобы центральный вал 10 при зажиме зажимными рычагами б и 7 детали не прогибался под действием силовых цилиндров 42, 20 подшипники 12 фиксируются в шаровом вкладыше 16, а подшипники 18 относительно шарового вкладыша 17 могут плавать. 29 1 Ористик за счет регулировки усилий зажима и уменьшения контактных напряжений, привод перемещения зажимныхрычагов выполнен в виде двух силовыхцилиндров, двух коромысел и штанги,связанных между собой и кареткой сферическими шарнирами, шаровые опорыкоторых смонтированы соответственнона каретке и двух коромыслах, а ихшаровые вкладьппи связаны винтовой передачей соответственно со штангой,штоками силовых цилиндров, корпусомодного из упомянутых силовых цилиндров, при этом корпус другого силового цилиндра жестко связан с одним изшаровых вкладышей а привод ротациикисти выполнен в виде двигателя сволновым редуктором, цилиндрическойпередачи с устройством самоустановкии центрального вала, установленногов каретке посредством сферических шарниров коаксиально штанге привода перемещения зажимных рычагов, и с возможностью вращения относительно шаровых вкладьшей этих сферических шарниров, причем устройство самоустановки зубчатых колес выполнено в видедержателя с демпфирующим устройством,смонтированного на каретке, а на корпусе двигателя привода ротации кистизакреплены дополнительно введенныепальцы, установленные с возможностьювзаимодействия с демпфирующим устройством.