Устройство для автоматического сцепления и расцепления носителя инструмента многоосного манипулятора

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН цц 4 В 25 1 19/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН 4 е. АТЕНТУ(21 (86 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГОЦЕПЛЕНИЯ И РАСЦЕПЛЕНИЯ НОСИТЕЛЯ ИНТРУМЕНТА МНОГООСНОГО МАНИПУЛЯТОРА(57) Изобретение относится к устро ствам для автоматического сцепления и расцепления носителя инструмента для многоосного манипулятора, при к тором последнее звено кинематическо цепи манипулятора и носитель инстру мента имеют соединительные элементы выполненные с возможностью свинчива ния, а привод поворота последнего йбо(56)У 120 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО делАм изОБРетений и ОткРытий 4024098/25-08РСТ/ЕР 85/00265 (04,06.85)07.02.86Р 3421452608,06,84РЕ30,08,88. Бюл. В 32Кука Швейсанлаген унд Ро тер1421251 звена кинематической цепи служит в качестве источника энергии для свинчивакия обоих соединительных элементов, приведенных в готовность к сцеплению путем управления манипулятором1 т.е. с целью обеспеЧения быстрой смены различных инструментов. Для этой цели последнее звено 6 кинематической цепи манипулятора, а также носитель 8 инструмента снабжены соединительными элементами 9, 10, а также взаимодействующими друг с другом элементами свинчивания 11 и 12. Установленный со стороны манипулятора элемент свинчивания 12 через рабочее звено 18 расположен с возможностью поворота на другом рабочем звене 17, которое при сближении соединительных элементов 9 и 10 с носителем 8 инструмента обра 1Изобретение относится к устройст- вам для автоматического сцепления ирасцепления носителя инструмента длямногоосного манипулятора, при котором последнее звено кинематической цепи манипулятора и носитель инструмента имеют соединительные элементы, выполненные с возможностью свинчивания, а привод поворота последнего звена кинематической цепи служит в качестве источ О ника энергии для свинчивания обоих соединительных элементов, приведенных в готовность к сцеплению путем управления манипулятором.Целью изобретения является ускоре ние процессов сцепления и расцепления и экономии энергии,На фиг,1 схематично изображен манипулятор с устройством для автоматической смены инструмента; на фиг,2 - 20 схема устройства для смены инструмента, разрез; на фиг,З - вариант выполнения устройства для смены инструмента поперечное сечение на фиг.4 -9С разрез А-А на фиг.3; на фиг,5 - вид 2. Б на фиг.З.Манипулятор 1 обычно содержит несколько осей, позволяющих достичь любую точку в зоне действия по заданной траектории. Манипулятор 1 (фиг. 1)30 зует стопор вращения 24 Вследствие вращения последнего звена 6 кинематической цепи вызывается процесс свинчивания, Кроме того, оба рабочих звена 17 и 18 жестко соединены друг с другом через арретир 20. Это соединение устраняется тогда, когда начинает действовать стопор вращения 24 между рабочим звеном 17 и носителем 8 инструмента. Таким образом, удается соединение во время процесса свинчивания установленных на рабочем звене17 подсоединительных деталей 15 с предусмотренными на носителе 8 инструмента подсоединительными деталями 16, так что осуществляется автоматический переход энергии, хладагента и/или рабочей среды. 10 з,п,ф-лы, 5 ил,2имеет основание 2, на котором установлен узел 3, вращающийся вокруг вертикальной оси. На этом вращающемся узле 3 находится поворотный узел 4, на котором установлен поворотный узел 5, причем оба поворотных узла 4 и 5 установлены с возможностью вращения вокруг горизонтальных осей. Последнее звено 6 установлено на поворотном узле 5 с возможностью вращения вокруг такой оси.При этом последнее звено 6 имеет фланец 7, на котором обычно установлен носитель 8 инструмента. В данном случае крепление носителя 8 инструмента осуществляется при помощи соединительных элементов 9 и 10, которыа при сближении между носителем 8 инструмента и последним звеном 6 кинематической цепи входят в зацепление друг с другом и таким образом обеспечивают жесткое соединение носителя 8 инструмента с последним звеном 6, Различные оси манипулятора 1 позволяют привести в концентрическое положение соединительные элементы 9 и 10,Для этих соединительных элементов 9 и 10, действительно то, что замыкающее усилие для осуществления креплания носителя 8 инструмента не должно142 175 создаваться узлами 2-. манипулятора 1, Обычно в последнем звене б вращательное движение должно создавать требуемое замыкающее усилие так что96 нагрузке подвергается только момент вращения необходимого для этой цели привода.Позициями 9 и 10 на фиг,2 обозначены оба соединительных элемента, расположенных на расстоянии друг от друга, причем каждый соединительный элемент 9 и 10 имеет элемент 11 и 12 свинчивания, При сближении соединительных элементов 9 и 10 сначала входит центрирующий болт 13 в соответствующее центрирующее отверстие 14, а затем оба элемента 11 и 12 приводят в положение, в котором они готовы входить в зацеплениеСоединен ный с последним звеном 6 соединительныи элемент 9 должен передать вращательное движение последнего звена 6 на элемент 11, который входит в зацепление с сопряженным элементом 11 26 на соединительном элементе 1 О и обеспечивает сближение обеих частей до положения замыкания.Соединительные элементы 9 и 1 О снабжены подсаедикительной деталью 15 и сопряженной подсоединительной деталью 16, которые служат для создания автоматического соединения и для обеспечения передачи энергии, хладагента, рабочей среды и т,п, от манипулятора 1 на носитель 8 инструмента во время замены инструмента, Во время сцепления подсаединительных деталей 15 и 16 нельзя обеспечить относительное вращательное движение40 между соединительными элементами 9 и 10, что собственно противоречит основной идее, заключающейся в осуществлении сближения соединительных элементов 9 и 10 при помощи элементов 11 и 12 свинчивания.45С целью рещения этой проблемы сое динекный с последним звеном 6 манипу. лятора 1 соединительный элемент 9 состоит из двух концентрически расположенных рабочих звеньев 17 и 18, ус- Во тановленных в месте стопора 19. Арретир 20 имеет задачу жесткого соединения обоих рабочих звеньев 17 и 18, которое обычно осуществляется путем вращения, При помощи последнего звена 6 приводится только первое, из них наружное рабочее звено 18, но для абесгечекця нормальной работы не 14абхолимо, чтобы и второе, внутреннеерабочее звено 17, выполняладвижение, чта и наружное рабочее звено 18, Арретцр 20 состоит цз шариков21, расположенных в отверстиях 22 инаходящихся под воздействием пружины23, Таким образом получается жесткоесоединение рабочих звеньев 17 и 18которое, однако устраняется при преодолении определенного момента вращения, а именно за счет того, чта шарики 21 перемещаются в отверстия 22против действия пружин 23,Рабочее звено 17 имеет стопор 24,имеющий задачу осуществления жесткого соединения между соединительнымэлементом 10 и внутренним рабочимзвеном 17 при сближении соединительных элементов 9 и 10, Стопор 19 состоит из центрирующего болта 25, входящего в соответствующую выемку 26соединительного элемента 10 передтем как элементы 11 и 12 входят вовзаимодействие друг сдругам.Носитель 8 инструмента своим соединительным элементом 10 установленка станине 27 в предохраненном от поворота положении (фиг.1).Устройство работает следующим образом.Сначала манипулятор 1 со сваум последним звеном 6 приводят в кааксиалькае положение относительно носителя 8 инструмента. В этом коаксцалькомположении согласно фиг.1 и 2 последкее звено 6 перемещают вдоль оси внаправлении носителя 8 инструмента,вследствие чего сначала действуетстопор 24 за счет захода центрирующего болта 25 в выемку 26. Вследствиеэтого одновременно приведены в положекке готовности к свинчиванию и элементы 11 и 12, Это положение соответствует изображенному (Фиг.4) положениювинтового элемента 28 во входном шлице 29 ступицы 30. Техникой программирования можно обеспечивать то, чтокоаксиальное положение стопора 24достигнуто в том случае, если присближении элементов 8 и 10 центрцрующий болт 25 не находится соосно относительно выемки 26,Фланец 7 последкего звена 6 можноприводить во вращение после осуществления центровки. Вследствие вращательного движения фланца 7 рабочеезвено 18 вместе с элементом 12 прцвадят во врашекпе Центрирующцй болт13 входит в отверстие 14 и обеспечивает концентрическое положение частей.Во время действия стопора 24 взаимодействие элементов 11 и 12 не может вызвать поворот рабочего звена17, так как он подцерживается в постоянном относительно носителя 8 инструменте месте при помощи стопора 1024, При этом носитель 8 инструментанеподвижно установлен на станине 27,Во время сближения соединительныхэлементов 9 и 10 путем взаимодействия элементов 11 и 12 подсоединительные детали 15 и 16 могут входить взацепление друг с другом, так какони больше не,выполняют относительноевращательное. движение относительно друг друга. Вследствие воздействиястопора 24 арретир 20 разъединяется, так как передаваемый последним звеном 6 на рабочее звено 18 момент вращения воздействует на шарики 21 при неподвижном рабочем звене 17 так, что 25 они перемещаются в отверстия 22 против действия пружин 23.Кроме того, на фиг,2 изображен предохранитель 3 1 отключения, соединяющий фланец 7 с рабочим звеном 18, Этот предохранитель отключения может быть выполнен любым известным образом. Он должен обеспечивать лишь то, что привод манипулятора 1 выключается в момент, когда инструмент или носитель 8 инструмента попадает на нежелательное сопротивление.Фланец 7 через предохранитель 31 отключения воздействует на полый вал 32, являющийся существенной составной частью рабочего звена 18 (фиг.), В этом полом вале 32 установлен радиально к оси вращения болт 33, имеющий на концах два ролика 34 в качестве фиксаторов. Обычно ролики 34 входят в желобки 35, находящиеся с торцовой стороны на фланцевой пластине 36 другого рабочего звена 17. Болт 33 установлен в выполненной в качестве поршня 37 направляющей, Поршень50 37 или болт 33 подвергается воздейст" вию пружинь 1 38, установленной в голом вале 32 и опирающейся на торцовую стенку, Болт 33 установлен с возмож- ностью осевого перемещения в полом валу 32 по шлицеообразной направляю 55 щей 39, являющейся удлиненным отверстием. Б случае, если рабочее звено 17 держится неподвижно, а рабочее звено 18 вместе с полым валом 32 совершают вращательное движение, тоотдельный ролик 34 выходит из желобка35 и допускает относительное вращательное движение рабочих звеньев 17и 18, Однако в положении сцепленияотдельный ролик позволяет жесткоесоединение рабочих звеньев 17 и 181которое обеспечивается таким усилиемпружины, что разъединение требуетменьшей силы, чем реакция предохранителя 31 отключения,С тем же самым полым валом 32 соединен радиально проходящий через него болт 40, имеющий на концах ролики34 в качестве винтовых элементов, Этиролики взаимодействуют с резьбовымучастком 41 элемента 11, причем предусмотрена осепараллельная входнаяканавка, к которой примыкает резьбовой участок 41, выполненный с большимшагом. Этот большой шаг, составляющий,например 18-24 мм (в аксиальном направлении), должен обеспечивать акси-альное перемещение подсоединительныхдеталей 15 и 16 до конечного положе 4ния с использование неб ольшого углакручения,Рекомендуется выполнять на концерезьбового участка 41 простирающуюсярадиально оси 43 вращения поверхность,к которой прилегает ролик 34, еслидостигнуто конечное голожение соеди-:нительных элементов 9 и 10, Такимобразом обеспечивается самоторможение, которое может еще усиливатьсяза счет того, что на радиальной поверхности 43 выполнено углубление44 для каждого ролика, действующеев качестве стопора,Элемент 11 (фиг,3) выполнен в виде ступицы 30, в полое пространствокоторой заходит полый вал 32 с болтом О, Ступица 30 соединена черезвинтовое соединение 45 и пружину 46с сланцем 47,. прикрепленным к носителю 8 инструмента, Таким образом,против силы пружины 46 ступица 30 имеет определенный зазор относительнофланца 47 или носителя 8 инструмента.Пружина 46 (фиг.4) одновременно служит для компенсации разницы аксиального перемещения при сцеплении ролика 34 с углублением 44, Кроме того,предварительно натянутая пружина 46компенсирует импульсы при сцеп;енииэлементов 11 и 12 или соединительныхэлементов 9 и 10, 1421251Центрирование соединительных элементов 9 и 10 осуществляется при помощи выполненных в виде полого цилиндра стенками 48 и 49, на торцовой стороне которых находятся соответствующие скосы 50, облегчающие взимноевставление,Расположенный со стороны инструмента соединительный элемент 1 О и выполненное с возможностью фиксации отповорота рабочее звено 17 соедини"тельного элемента 9 имеют по три расположенных друг к другу упорных болтов 51 и 52, входящих в контакт вконечном положении соединительныхэлементов 9 и 10 и образующих определенную радиальную плоскость замыкания.Конечное положение замыкания соединительных элементов 9 и 10 сигнализируется сближением регулируемогоконтактного штифта 53 к электрическому переключателю 54 с тем, чтобыдальнейшие операции могли осуществляться по команде управляющего устройства.На фиг. 5 изображен ар ретир 20 приэтом при заданном угле 42 крученияролик 34 заходит в желобки 35 в обоихположениях, причем положение сцепления фиксируется силой пружины 38,:Кроме того,арретир 20 может иметьпо меньшей мере один пневматическийболт, фиксирующий оба рабочих звена17 и 18 в рабочем положении (т,е. вположении соединения), при свинчивании приводимый в деблокированное положение,эФормула изобретения1. Устройство для автоматического сцепления и расцепления носителя инструмента многоосного манипулятора, в котором последнее звено кинематической цепи манипулятора и носитель инструмента имеют соединительные эле" менты с воэможностью их свинчивания, а привод поворота последнего звена кинематической цепи используется в качестве источника энергии для свинчивания, связанный с последним звеном кинематической цепи соединительный элемент состоит из двух концентрически расположенных рабочих звеньев, первое из которых, наружное, при сближении соединительных элементов образует с соединительным элементом носи 10 15 теля инструмента стопор, при этом на соответствующих соединительных элементах выполнены подсоединительные детали для подачи энергии, хладагента и т,п расположенные опозитно, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью ускорения процессов сцепления и расцепления и экономии энергии, оно снабжено двумя элементами свинчивания, установленными коаксиально, образуя винтовое соединение, при этом один иэ этих элементсв связан с вторым рабочим звеном, внутренним, а другой элемент - с соединительным л и ч а ю щ е е с я тем, что основной болт размещен в дополнительно введенной направляющей и поднружинен в аксиальном направлении к элементу свинчивания, закрепленному на втором рабочем звене.6, Устройство по пп,1-5, о т л и 50 ч а ю щ е е с я тем, что элемент свинчивания имеет по меньшей мере 55 один резьбовой участок с большим шагом при незначительном угле кручения.7, Устройство по пп.1-6, о т л ич а ю щ е е с я тем, что на элементе элементом носителя инструмента и обарабочих звена снабжены арретиром,предназначенным для разъединения рабочих звеньев посредством воздейстВия стопора вращения2, Устройство по п,1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что стопор вращениявыполнен по меньшей мере из одногоцентрируницего болта, выполненногона одном соединительном элементе ивходящего в соответствующую выемку,выполненную на противоположном соеди"нительном элементе3. Устройство по пп.1 и 2, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что второерабочее звено снабжено основным болтом с закрепленными на его концахфиксаторами и пружиной, поджимающейв аксиальном направлении фиксаторы ксопрягаемым элементам первого рабочеЗ 5 го звена,4, Устройство по п.3, о т л и ч аю щ е е с я тем, что фиксаторы вы"полнены в виде установленных на основном болте с возможностью вращения10О роликов, а сопряженные элементы выполнены в вцце радиально расположенных на фланцевой поверхности первого,наружного, рабочего органа желобков.4 с5, Устройство по пп.3 и 4, о т14 свинчивания носителя инструмента выполнена ступица с реэьбовыми участками, в которые входят ролики, установленные с воэможностью вращения на дополнительно введенном болте расположенном на втором рабочем звене, и реэьбовой участок переходит в расположенную радиально оси вращения поверхность, в которой выполнено углубление для сцепления с роликом дополнительно введенного болта, входящим а резьбовой участок. 8, Устройство по пп.1-7, о т л ич а ю щ е е с я тем, что внутреннее рабочее звено выполнено в вице полого вала, через который в радиальном направлении проходят основной и дополнительный болты, снабженные соответственно фиксаторами и роликами, причем основной болт установлен в полом валу с возможностью аксиального перемещения и имеет пружину, расположенную в полом валу. 21 51(1Устройство пй пи1-8, О т л - ч а ю щ е е с я тем, что внутреннеерабочее звено является составной частью предохранителя отключения ус 1тановленного на выходном фланце последнего звена кинематической цепиманипулятора.10. Устройство по пп.1"9, о т л ич а ю щ е е с я тем, что ступицаэлемента свинчивания носителя инструмента установлена фиксированно отскручивания и с воэможностью аксиального перемещения на фланце носителя инструмента. и поджата к нему дополнительно введенной пружиной,11, Устройство по пп.1-10, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что соединительный элемент носителя инструмента и наружное рабочее звено другогосоединительного элемента снабженытремя направленными друг к другу упорными болтами для образования конечного положения замыкания соединительных элементов.1421251 фюзи,ЮаРХ Составитель И,БакулинаТехред М.Моргентал Коррект В,Бутя Тираж ВНИИ 11 И Государственного к по делам изобретений и113035, Москва, Ж, Раушск жгород, уп. 1 роектна Производственно-полиграфическое предприятие Редактор Ю.Се Заказ 433 б/59 Подписноемитета СССРоткрытийя нао д, 4/5