Самоустанавливающаяся головка робота

 

Изобретение относится к промышленной робототехнике и может быть использовано р машинои приборостроении . Целью изобретения является повышение точности и быстродействия позиционирования за счет возможности дискретного управления жесткой связью между рабочими ,и несущими . элементами головки. Если положение присоединяемой детали или инструмента не соответствует требуемому, то W to NU

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО!.)ИА ЛИСТ ИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) 61) . (51)4 B 23 Р 19/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Риг.2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3772161!31-08 (22) 01.08.84 (46} 07.12.86, Бюл. 11s 45 (71} МВТУ им. Н.Э.Баумана (72) М.Л.Попов и А.В.Алексеев (53} 62! 229.72(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11s 1103980, кл. В 23 P 19/04s !983 . (54} САМОУСТАНАВЛИВАЫГцАЯСЯ ГОЛОВКА

РОБОТА (57) Изобретение относится к промышленной робототехнике и может быть использовано в машино- и приборостроении, Целью изобретения является повышение точности и быстродействия позиционирования за счет возможности дискретного управления жесткой связью между рабочими,и несущими . элементами головки. Если положение присоединяемой детали или инструмен-, та не соответствует требуемому, то

127490:? оно исправляет"я самоустанавлявающей. ся головкой, Это производится следующим образом. После останова руки робота rro сигналу датчика 63 о дости>кении порогового усилия вырабать"ваются команды на переклочение электромагнитов 35, Зб и 26, 27, tòî обеспечивает прерывание жесткой связи шайбы 34, двухподвижного сферического подшипника 33 и штока, 12 с корпусом 23, а также включение каналов:приема информации от датчиков

24, В результате п>ток !2 вмес.re c платформой 11 и механизмом 7 с инструментом и/или деталью под действием силы тяжести элементов, свяэан. ных со штоком, и силы тяги электро 1 I магнита 36 разворачивается относительно точек контакта инструмента или детали на кромке отверстия.Датчики 24! непрерывнс вырабатывают инИзобретение относится к промь;шленной робототехни<е и может быть использовано в машиностроении и приборостроении для автоматизации операций обработки и сборки изделий.

Целью изобретения является овышение точности и быстродей тв,я позиционирования.

На фиг. 1 изображен работотехнический комплекс, использующий само- 10 устанавливающуюсл головку., на фиг.2самоустанавливающаяся гоповка, разрез, на <риг,. 3 — разрез А-А на фиг.!; на фиг. 4 — ра" ðåç Б-Б на фи . 1 ; на фиг. 5 — фазы взаимного положения 15 элементов головки в процессе работь!.

Устройство содержит основание 1 (фиг. 1), оборудованное опорой 2 для собираемого (обрабатываемого) изделия 3. Головка 4 закреплена на ,руке 5 промышленного робота 6. Механизм 7 служит для закрепления инструмента и выполнен сменным <;од различные инструменты. Комплекс снабжен магазином 8, в котором размещены в определенном порядке различнь:е механизмы 7 вЂ, схваты, пневмошпиндели с.. инструментами и -.д, Лля управления рабо;<>v комплекса н-.обхоцимы микроформацию об углах поворота штока, которая анализируется в блоке управ ления. На основе анализа формируются команды прецизионным двигателям, перемещающим с заданной дискретностью шага корпус 23, а с ним шток с инструментом или деталью,к центру отверстия заготовки по кратчайшей траектории. Достижение центра отверстия регистрируется датчиком 63 по сигналу снижения усилия. Головка позволяет управлять процессом сопряжения объектов сборки путем выполнепия прецизионными двигателями точных перемещений детали, находящейся в схвате, которые вынуждают деталь совершать угловые перемещения, способствующие определению ее положе-. . ния„ соответствующего минимальной величине сборочного усилия, регист- . рируемого датчиком 63. 5.ил. процессор и соответствующие устройства, располагаемые в блоке 9 управления. Механизм 7 соединен с головкой 4 посредством узла 10 крепления и подвода энергопитания (фиг. 2), содержащего платформу 11, закрепленную на конце штока 12, и фланец 13, Платформа 11 снабх<ена ограничителем

14 смещения головки 4 относительно механизма 7. Во фланце 13 выполнено коническое отверстие 15, угол конуса которого соответствует углу конуса ограничителя 1Й! относительно смещения. Платформа ll и фланец 13 снаб жены торцовой канавкой 16, в которую вложено уплотнительное кольцо

17, служащее для герметизации стыка.

Ь

Платформа 11 снабжена тремя кулачками 18, работающими от пневмопривода (не показан) и предназначенными для закрепления механизма 7 на головке 4, Головка 4 состоит из основного корпуса 19, жестко соединенного с рукой 5 робота 6, Внутри неподвижного корпуса 19 установлены два дополнительных концентрично расположенных подвижнь>х корпуса, Наружный дополнительный корпус 20 установлен с возможностью вертикального перемещения вдоль оси корпуса 19. на котором закреплено фиксирующее кольцо 21, служащее для ограничения осевого пере- мещения подвижного корпуса 20, Внутри корпуса 20 находится узел 22 регистрации и компенсации угловых смещений, состоящий из внутреннего дополнительного корпуса 23, на котором расположены четыре датчика 24 угловых смещений штока 12 и механизм IO

25 фиксации углового положения штока 12, состоящий из пары электромагнитов 26 и 27. Электромагнит 26 содержит сердечник 28 и обмотку 29.

Электромагнит 27 закреплен на штоке

12 и содержит сердечник 30 и обмотку 31, Электромагнит 26 установлен в корпусе 23 с возможностью верти кального перемещения. Пружины 32 являются возвратными. Сферический щ подшипник 33 одной своей частью жест. ко укреплен на шайбе 34 и другой с натягом сопряжен со штоком 12. Электромагнит 26 имеет вогнутую сфери.ческую поверхность, а электромагнит 25

27 — соответствующей ей выпуклую поповерхность, причем цент сферы совпадает с центром сферического подшипника 33.

Электромагниты 35 и 36 жестко закреплены в корпусе 23 и предназначены для фиксации положения шайбы 34 .и тем самым . — сферического подшипника 33 относительно корпуса 23. Электромагнит 35 состоит иэ сердечника 37 и обмотки 38, а электромагнит 35

36 — из сердечника 39 и обмотки 40..

Кольцевая расточка 41 служит для центрирования шайбы 34 с подшипником 33 относительно корпуса 23. Подвижный элемент 42 датчиков 24 непод- 4О вижно закреплен на штоке 12 и слу жит для измерения угловых смещений штока, Четыре пружины 43 предназначе; ны для центрирования штока 12 относительно корпуса 23. Тарельчатая пру-4> жина 44 жестко соединена с корпусом

23 и электромагнитом 45, содержащим ,сердечник 46 и обмотку 47, Пружины

48 жестко соединены с корпусом 20 и электромагнитом 49, содержащим сердечник 50 и обмотку 51. Головка

4 снабжена механизмом 52 двухкоординатного развеса. состоящим из подвижной платформы 53 и двух взаимно перпендикулярных направляющих 54 и 55 Б качения. Направляющая 54 позволяет осуществить линейные перемещения корпуса 23 относительно подвижной плат1274902

4 формы 53, а направляющая 55 — линейные перемещения подвижной платформы

53 вместе с корпусом 23 относительно корпуса 20. Платформа 53 несет оппозитно расположенные презиционный двигатель 56 линейных перемещений (например, пьезокерамический вибродвигатель) и датчик-преобразователь

57, жестко закрепленные на подвижной платформе 53. Корпус 20 несет жестко закрепленные оппозитно расположенные прецизионный двигатель

58 линейных перемещений и датчикпреобразователь 59 (фиг. 3). Пружины 60 предназначены для центрирования корпуса 23 относительно подвижной платформы 53 (направление Х, фиг. 3).. Пружины 61 спужат для центрирования подвижной платформы 53 относительно корпуса 20 (направление у фиг. 3). Электромагнит 44 предназначен для фиксации положения корпуса 23 относительно подвижной платформы 53, электромагнит 49 — для фиксации положения корпуса 20 относительно подвижной платформы 53 . Элементы 62 предназначены для фиксации узла 22. в вертикальном направлении, передачи осевых нагрузок от узла 22 на корпус 20, а также для предотвращения перекоса узла 22 относительно вертикальной оси подвижного корпуса

20 ° Датчик 63 жестко закреплен на неподвижном корпусе 19 и служит для регистрации осевого усилия сборки.

Пружина 64 является возвратной.

Самоустанавливающаяся головка работает, следующим образом.

В соответствии с программой, заложенной в блок 9 управления, робот

6 с постоянно закрепленной головкой

4 на руке 5 подходит к нужной позиции магазина 8. При этом кулачки 18 разведены, электромагниты 26 и 27 запитаны номинальным напряжением и имеют одинаковую полярность, благодаря чему они отталкиваются на вели" чину малого зазора. Электромагниты

45 и 49 обесточены и за счет пружин

44 и 48 расположены на расстоянии малого зазора от подвижной платформы

53, Электромагнит 35 запитан номинальным напряжением 24 В. Шайба 34 вместе со сферическим подшипником

33 притянута к магниту 35 и сцентрирована относительно корпуса 23 по расточке 41. Электромагнит 36 обесточен. Двигатели 56 и 58 работают в режиме ожидания, :а.рактеризуемого

3 подачей на электроды напряжения 1012% от номинального при резонансной частоте или подачей номинального напряжения зареэоканснай частоты, при котором тяговое усипие в 10-15 раз меньше усилия самоторможекия. Таким образом создается возможность перемеще«ия узла 22 в горизонтальном направлении и поворот штока 12 относительно центра подшипника 33. При этом сигналы с датчиков 24, 57 и 59 не поступают в блок 9 управления..

При опускании рукч 5 робота 6 ограничитель 14 входит в коническое отверстие 15 механизма 7, что обеспечивает их центрирование. При контакте платформы 11 и фланца 13 блок

9 управления выдает сигнал на <сведечие кулачков 18„ на запитку маг«HTOB

45 и 49 номинальным напряжением и ка переключение полярности одного из электромагнитов 26 и 27, т.е. фиксацию штока 12, После "òîãî робот 6 совершает запрограммированный цикл манипулирования, При этом сборочный или режущий инструменты эакреппены в механизме 7. !

По окончании цикла рука 5 вносится в рабочую зону над заготовкой 3, располагаемой ка опоре 2, и робот 6, опуская руку 5, осуществляет сборку деталей. Если положение вставляемой детали или инструмента ке соответствует заданному, то это положение исправляется головкой 4. Рука 5 опус35 кается до тех пор, пока датчик 63 не зарегистрирует достижение порогового усилия сборки. Пс этому сигналу блок 9 вырабатывает команды «а останов руки 5, переключение полярности одного из магнитов 26 и 27 (расфиксация штока 12), отключение магнита 35, включение магнита 36 и каналов приема информации от датчиков

24 (положекие а, фиг„ 5). В результате шток 12 вместе с платформой 11 и механизмом 7, присоединяемой деталью или инструментом и электромагнитом 27 под действием силы тяги магнита 27 и силы веса системы (пог<оже—

Я) ние В „ фиг. 5) свободно поворачивается относительно хорды кромоч«ого двухточечного контакта деталей. Возможность такого движения обеспечивается снятием при отключении магнита

35 жесткой связи корпуса 23 сo штоком 12 и превышением момента сил тяги и веса и момента сил трения пружин 43. При этом датчики 24 непрерыв-, 1274902 ко вырабатывают информацию о динами- ке поворота, поступающую в блок 9 управления. После поворота на малый угол штока 12 блок 9 вырабатывает сигнал ка изменение полярности одного из магнитов 26 и 27 (фиксации поворота штока 12),выключение электромагнита 36 и включение магнита 3э" (фиксация шайбы 34 относительно корпуса 23). Совокупность показаний четырех датчиков 24, а также последовательность их поступления в блок 9 управления однозначно определяют направление от данного положения K центру отверстия заготовки 3 по пер. .пендикуляру к центру хорды кромочного двухточечного контакта. Это направление является следом пересечения плоскости качания штока 12 и поверхности заготовки 3. Далее блок 9 вырабатывает команды на переключение полярности одного иэ магнитов 26 и

27 (расфиксация штока 12), отключение магнитов 45 и 49, включение датчиков 57 и 61 и двигателей 56 и 58.

Ло этим командам двигатели 56 и 58 записываются номинальным напряжением резонансной частоты и, развивая тягу до 5 Н, перемещают корпус 23 в горизонтальной плоскости (положение 5, фиг. 5) в направлекии полной компен<:ации угла перекоса а<, что фиксируется цатчиками 24, 57 и 59. После этого вырабатываются команды на фиксацию штока 12 переключением поляр кости магнитов 26 и 27 и на реверс двигателей 56 и 58, которые с заданной дискретностью шагового режима перемещают корпус 23 и вместе с ним шток 12 с детапью к центру отверстия в заготовке 3 (положение Г, фиг.5).

Достижение центра отверстия регистрируется датчиком 63 по резкому снижению сборочного усипия. По етому сигкалу блок 9 управления вырабатыег команды на расфиксацию поворота штока 12 переключением полярности магнитов 26 и 27, включение стандартного цикла управления двигателями

56 и 58, продолжение опускания руки

5 робота, Стандартный цикл заключается в управлении двигателями таким образом, что корпус 23 совершает колебательные движения в направлениях х и у (фиг, 3). При этом шток 12 вместе с присоединяемой деталью совершает также колебания, ограничива" емые стенками отверстия заготовки 3 (попожекиед, фиг. 5), что позволя1 27490?

l-4 ет избежать заклинивания деталей.

Окончание цикла сборки производится при конечном положении собираемых (обрабатываемых) деталей, что отражено в программе, или по показаниям датчика 63, когда окончанию сборки соответствует определенное . положение деталей и возрастание усилия сборки. По этим сигналам блок управления подает команду на разжим 10 схвата и освобождение собираемой детали и/или отвод руки ПР в исходное положение или следующее для продолжения цикла.

Формула изобретения

Самоустанавливающаяся головка робота, содержащая основной корпус-,,два дополнительных корпуса, концентрично расположенных внутри основного корпуса, один из которых — наружный подпружинен к основному корпусу в осевом направлении, а другой— внутренний подпружинен в плоскости, перпендикулярной его оси, шток, установленный во внутреннем дополнительном корпусе и связанный с ним через сферический подшипник, платформу с механизмом для закрепления инструмента, установленную на одном . конце штока, две пары электромагнитов, электромагниты одной из которых выполнены со сферическими рабочими поверхностями, один иэ электромагнитов пары расположен во внутреннем дополнительном .корпусе, а другой— на другом конце указанного штока, датчики угловых перемещений платформы и датчики перемещений наружного дополнительного корпуса в осевом направлении и внутреннего дополнительного корпуса в плоскости, перпендикулярной оси, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия позиционирования, она снабжена дополнительной (третьей) парой электромагнитов,установленных на внутреннем дополнительном корпусе, шайбой из магнитопро водного материала, связанной со штоком через сферический подн ипниК, и установленной между полюсами электромагнитов дополнительной (третьей) пары, промежуточной платформой с выполненными на ней взаимно перпенди кулярными направляющими канавками, установленными внутри наружного дополнительного корпуса с воэможностью взаимодействия через дополнительно введенные в устройство шарики, расположенные в указанных направляющих канавках, с внутренним и наружным дополнительными корпусами, и по крайней мере двумя прецизионными линейными двигателями, один из которых .установлен на промежуточной платформе с возможностью взаимодействия с внутренним дополнительным корпусом,. а другой — на наружном дополнительном корпусе с возможностью взаимодействия с промежуточной платформой, при этом электромагниты второй пары расположены по обе стороны от про.межуточной платформы и один из них упруго связан с внутренним дополнительным корпусом, а другой — с наружным.

1274902

Составитель С.Новик

Редактор И.Николайчук Техред И.Попович Корректор Г Р р . еветниИЗаказ 652)/14

Тираж 1001 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета CCCI? по делам изобретений и открытий

113035, Москва„ Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие г Ужг жгород, ул. роектная, П 1 4