Модуль промышленного робота

союз советскихсоциАлистичскиРЕСПУБЛИК 9) (1) В 25 3 9/00 ОСУДАРСТВЕННЫЙ0 ИЗОБРЕТЕНИЯМРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТИЯМ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 2 учно-производственаковочного машиноов ельство СССР9/00, 1986. РОБОТД острое- еремеции на но при ЬГШЛЕННОГО осится к маши рудованию для грузов с поз ыть использов(71) Воронежскоеное объединение устроения(57 Изобретение отннию,а именно к обощения изделий ипозицию, и можетсоздании роботов, грейферных перекладчиков, манипуляторов. Целью изобретения является повышение надежности за счет уменьшения нагрузки на звенья. Перемещение выходного звена 2 модуля осуществляется от привода 6 и аккумулятора механической энергии, включающего две обгонные муфты, имеющие встречное направление свободного хода, каждая иэ которых через свою муфту сцепления в зависимости от направления перемещения выходного звена имеет возможность сцепляться с валом 8, связанным с выходным звеном, для передачи ему или отбора от него механической энергии на пружины 22, 23. 1 зп, ф лы,З ил,фиксатора в отверстие, особенно при высо- .кой производительности, также ведет к снижению надежности модуля промышленного робота. В модуле время разгона и торможения выходного звена в основном зависит отжссткости пружины и массы подвижных звеньев, В случае значительного уменьшеИзобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для перемещения изделий и грузов с позиции на позицию, и может быть использовано при создании роботов, грейферных перекладчиков, манипуляторов.Известны модули промышленных роботов, в которых перемещение выходных звеньев с позиции на позицию осуществляется с помощью гидравлических, пневматических или электрических двигателей.Недостатками таких модулей являются низкий уровень производительности, значительные динамические нагрузки и вибрации, сопровождающие работу робота. Причиной динамических нагрузок и вибрации, снижающих надежность оборудования, является то, что кинематическая энергия подвижных звеньев при торможении расходуется на деформирование и изнашивание деталей.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является модуль промышленного робота, содержащий стойку с направляющими, в которых размещеновыходное звено, датчик положения выходного звена относительно стойки, привод, систему управленияаккумулятор механическои энергии, выполненный в виде размещенного на основании кривошипного вала, с управляемым Фиксатором его положения, причем этот вал подпружинен по углу поварота относительно стойки и кинематически связан черездополнительно введеннуюуправляемую сцепную муфту с выходным звеном, .Недостатком этой конструкции является то, что в начальный момент движениявыходного звена, когда усилие пружины максимально, плечо действия ее усилия минимально, Поэтому разгон осуществляется относительно медленно. Дря обеспечениябыстродействия перемещения выходного звена в этом случае необходимо использовать пружину повышенной жесткости, что приводит к усилению нагруженности звеньев модуля. Высокий уровень нагрузок и ихциклический характерявляются источником динамики и колебаний конструкции при работе, что ведет к снижению. надежности модуля промышленного робота. Кроме того, сложность выполнения фиксации кривошипного вала ввиду трудности обеспечейияего неподвижности в момент попадания 5 10 18 20303550 ния этой массы (например, схват руки освободился от перемещений заготовки) резко уменьшается время разгона, что сопровождается значительным ростом скорости и ускорения и ударным характером взаимодействия звеньев. Все это также приводит к увеличению динамики и вибрации в работе оборудования, а следовательно, к снижению надежности его работы.Цель изобретения - ,повышение,надеж- . ности модуля промышленного робота.Указанная цель достигается тем, что модуль промышленного робота, содержащий стойку с направляющими, в которых размещено выходное звено модуля, датчик положения выходного звена относительно стойки, привод, аккумулятор механической энергии и систему управления, включает в составе аккумулятора механической энергии укрепленный на стойке вал с двумя установленными на подшипниках муфтами свободного ходаимеющими взаимно противоположное направление свободного хода, и двумя управляемыми сцепными муфтами с возможностью взаимодействия их с обгонными муфтами, два подвижнь 1 х звена, подпружиненных друг к другу с помощью пружины, причем каждое подвижное звено кинематически связано с наружными обоймами обгонных муфт, а вал кинематически связан с выходным звеном модуля. Кроме того, аккумулятор механической энергии содержит по крайней мере одну до п ол нител ьную пружину. При этом каждая пружина снабжена фиксатором состояния, выполненным .в виде двух опорных шайб, жестко связанных с концами пружины, и соосно с пружиной расположен кронштейн с укрепленными на нем управляемыми упорами с возможностью взаимодействия последних с опорными шайбами,Предлагаемая взаимосвязь звеньев обеспечивает рациональйое направление действия усилия пружины, а также практически постоянное его плечо. и, тем самым, интенсивный разгон всех подвижных звеньев модуля робота, что позволяет устанавливать в конструкцию модуля пружины с меньшей жесткостью, чем о прототипе, и снизить нагруженность деталей устройства.Наличие о конструкции установленных на подшипниках двух обгонных муфт, соединяемых с валом посредством управляемых сцепных муфт, позволяет надежно и эффективно фиксировать пружину и вал практически на любом уровне производительности.Выполнение аккумулятора,механической энергии о виде двух подпружиненныхдруг к другу подвижных звеньев приводит кзамыканию основных нагрузок на этизвенья, уменьшению их действия на стойкуи значительному снижению ее колебанийпри осуществлении перемещений с боль. 5шой частотой.и, тем самым, повышению нвдежности работы оборудования.Включение в конструкцию аккумулято-,ра механической энергии по крайней мереодной дополнительной пружины с фиксатором ее состояния позволяет обеспечитьпримерно одинаковую динамику перемещений выходного звена модуля при различноймассе переносимых грузов и устраняет возможность ударных нагрузок в конструкции 15при значительном уменьшении массы перемещаемого груза. что также повышает надежность устройства,На фиг, 1 изображена схема модуляпромышленного робота; на фиг, 2 - схема 20размещения на валу обгонных и сцепныхмуфт; на фиг, 3 - фиксаторы состояния пружин.Модуль промышленного робота содержит стойку (не показана) с направляющими 251, в которых размещено выходное звено 2модуля робота с закрепленной нэ ней рейкой 3, зацепляющейся с шестерней 4, установленной на выходном валу 5 привода 6, Срейкой 3 зацепляется также шестерня 7 аккумулятора механической энергии, укрепленная нз установленном на стойке валу 8,на котором закреплены управляемые сцепные муфты 9 и 10 (фиг. 2), взаимодействующие с установленными нэ подшипниках 11 35обгонными муфтами 12 и 13 с взаимно противоположным направлением свободного.хода, наружные обоймы которых с помощьюшатунов 14 и 15, 16 и 17 связаны линейно. перемещающимися звеньями 18 и 19, пере- . 40мещающимися в направляющих 20 и 21.иподпружиненными друг к другу с помощьюпружин 22 и 23, Каждая пружина оснащенафиксатором состояния (фиг. 1 и 3), состоящим из скрепленных с концами пружины 45опорных шайб 24 и 25 с пазами 26 и кронш-,.тейнами 27, выполненного в виде установ-.ленного на стойке вала, содержащего упоры .28 и поворачиваемого с помощью шарнирноукрепленного на стойке пневмоцилиндра .5029, функции которого могут выполнять так.же электромагнит, электродвигатель и т.д.Аккумулятор механической энергии включает укрепленный на стойке пневмоцилиндр30, шток 31 которого взаимодействует с упо-55ром 32, выполненным на наружной обоймеобгонной муфты 13.В состав модуля промышленного робота входят датчик 33 положения выходногозвена 2 и блок 34 управления, который элек-: трически связан с приводом 6, сцепными муфтами 9 и 10, датчиком 33 и пневмоцилиндрами 29 и 30.Модуль промышленного робота работает следующим образом.Для приведения модуля в исходное положение (фиг. 1) по команде блока 34 управления включается пневмоцилиндр 29. который, поворачивая кронштейн 27, приводит упоры 28 в положение, когда они не препятствуют перемещению шайб 24 и 25 (фиг, 3). Затем включается пневмоцилиндр 30 и шток 31, воздействуя на упор 32 наружной обоймы обгонной муфты 13, поворачивает наружную обойму по часовой стрелке. При этом шатун 15 перемещает звено 18 в направляющих 20 и 21 справа налево, а шатун 17 перемещает звено 19 слева направо. Звенья 18 и 19, сближаясь сжимают пружины 22 и 23 (на фиг. 1 пружина 23 находится под пружиной 22 и показана пунктирной линией). При сжатии пружин 22 и 23 на величину рабочей деформации (ход штока 3 1 соответствует этой величине) шток 31 по команде блока 34 перемещается слева направо в исходную позицию. На валу 8 со стороны муфт 9 и 10 действуют два равных по абсолютной величине и противоположных по знаку взаимно уравновешивающих крутящихмомента.Для перемещения звена 2 (например, в направлении слева направо) по команде блока 34 управления включаются одновременно привод б и сцепная муфта 10, которая отсоединяет муфту 13 от вала 8, что позволяет пружинам 22 и 23 перемещать звенья 18 и 19 во взаимопротивоположных направлениях и посредством шатуНов 14 и 16 вращаясь через муфты 12 и 9 вал 8 с шестерней 7 по часовой стрелке, которая толкает звено 2 через рейку 3 в направлении слева направо.Обгонная муфта 13 при этом посредством шатунов 15 и 17 свободно, не препятствуя движению звеньев 18 и 19, вращается на подшипниках 11 в направлении против часовой стрелки, Привод 6 посредством шестерни 4 и рейки 3 также перемещает выходное звено 2 в направлении слева направо, При рэсжатии пружин 22 и 23 происходит разгон подвижных звеньев, когда потенциальная энергия сжатия пружин 22 и 23 переходит в кинетическую энергию подвижных звеньев, Мощность привода 6 выбирается такой, чтобы компенсировать силы трения и другие статические нагрузки.После расжатия пружин 22 и 23 упор 32 достигает штока 31 и звенья 18 и 19 останавливаются, а вместе с ними шатуны 14, 15, 16, 17 и муфты 12 и 13. Вал 8 продолжает вращаться по часовой стрелке, не препятствуя приводу 6 продолжать перемещение звена 2.Для остановки выходного звена 2 по сигналу датчика ЗЗ положения звена 2 блок 32 управления выключает сцепную муфту 10. Таким образом обгонная муфта 13 присоединяется к валу 8, и, поскольку у обгонной муфты 13 свободный ход звездочки относительно наружной обоймы направлен против часовой стрелки, наружная обойма будет вращаться вместе с валом 8 по часовой стрелке. При этом с помощью шатуна 15 поступательное звено 18, перемещаясь налево, а звено 19 с помощью шатуна 17 - слева направо, сжимают пружины 22 и 23, и кинетическая энергия подвижных звеньев переходит в потенциальную энергию сжатия пружин 22 и 23. Скорость звена 2 постепенно уменьшается.При остановке звена 2 привод 6 выключается. Если необходимо продолжить движение звена 2 в том же направлении, все повторяется в том же порядке.При необходимости перемены направления движения выходного звена 2 модуля. промышленного робота по командеблока 34 управления меняется направление вращения выходного вала 5 привода 6 и вместе с включением привода 6 включается сцепная муфта 9, отсоединяя обгонную муфту 12 от вала 8, и пружины 22 и 23 разгоняют через звенья 18 и 19, шатуны 15 и 17, муфты 13. и 10, вал, шестерню 7 звено 2 в направлении справа налево.Если во время выстоя масса перемещаемых звеньев значительно уменьшилась (предположим, что схват на звене 2 освобождает переносимый груз), то для обеспечения динамики движения звена 2 без груза, аналогичной динамике движения звена.2 с грузом, необходимо выключить одну из пружин, например 23, для чего по команде с блока 34 управления, с помощью одного из пневмоцилиндров 29 поворачиваются кронштейн 27, пружины 23 и упоры 28, перекрывая пазы 26, препятствуют перемещению опорных шайб 24 и 25. В результате этого пружина 23 выключается и не участвует в разгоне и торможении подвижных звеньев,Координата позиционирования выходного звена 2 определяется датчиком 33 его положения и блоком 34 управления, с помощью которых можно регулировать и точность позиционирования путем ускорения или задержки момента выключения сцепной муфты.5 Фиксация устройства, а вместе с ним ивыходного звена, осуществляется автоматически с помощью обгонных муфт практически на любом уровне производительности.Включение в конструкцию аккумулято ра механической энергии хотя бы одной дополнительной пружины обеспечивает три варианта работы модуля: подключена одна пружина; подключена другая пружина; работают обе пружины, Это позволяет пере мещать выходное звено без груза и с двумяразличными по массе грузами с примерно одинаковыми кинематическими параметрами, не допуская рывков и ударов в работе робота.20 Формула изобретения1, Модуль промышленного робота, содержащий установленные на основании направляющие, в которых расположено выходное звено, связанное с приводом его 25 перемещения, включающим, аккумулятормеханической энергии, а также систему управления, отл ича ю щийс я тем,что,с целью повышения надежности за счет уменьшения нагрузки на звенья, аккумуля тор механической энергии выполнен в видерасположенных на одном валу. установленном на основании и кинематически связанном с выходным звеном, двуобгонных муфт с противоположным направлением свобед ного хода и двух муфт сцепления, а такжедвух расположенных с воэможностью линейного перемещения звеньев, подпружиненных друг.к другу пружиной и шарнирно соединенных с наружными обоймами соот ветствующих обгонных муфт, при этом однаиз полумуфт каждой муфты сцепления связана с валом, а другая - со звездочкой соответствующе 9 обгонной муфты.2. Модуль по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с я 45 тем, что аккумулятор механической энергииснабжен по крайней мере одной дополнительной пружиной, при этом каждая пружина снабжена фиксатором положения ее концов, выполненным в виде двух шайб, же стко связанных с концами пружины, и кронштейна. несущего управляемые упоры, при этом кронштейн расположен соосно этой пружине с возможностью взаимодействия упоров с шайбами.117,15578 Юг Составитель В,СеценоженковТехреду М.Моргентал Корректор С;Шевкун едактор И,Касард аказ 1роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 867ИИОИ Го Тираж .твенного комитета и113035, Москва, ЖПодписноезобретениям и открытиям при ГКНТ СССРаушская наб., 4/5