Автоматический манипулятор с программным управлением

 

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при обслуживании тяжелых технологических процессов. Целью изобретения является расширение технологических возможностей и упрощение конструкции. Для этого устройство имеет основание с установленными на нем опорными звеньями, промежуточные звенья и корпус механической руки, на котором подвижно установлена механическая рука, а также приводы перемещения руки с гидродвигателями и систему управления, включающую блоки управления, записи-считывания и устройство коммутации. Корпус механической руки соединен с опорными звеньями и основанием четырьмя шарнирами, состоящими из пар пятого и четвертого классов, образованных опорными звеньями, промежуточными звеньями и корпусом, а также дугообразными скобами с пазами, в которые входят опорные звенья. 1 з.п.ф-лы, 10 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК дд 4 В 25 J 9 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СЮ

CO

CO

CO

4:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3982038/25-08 (22) 29.11.85 (46) 23.04.88. Бюл. № 15 (75) Э. M. Кудинцев (53) 621-229.72 (088.8) (56) Патон Б. Е. и др. Промышленные роботы для сварки.— Киев: Наукова думка, 1977, с. 118 — 144. (54) АВТОМАТИЧЕСКИИ МАНИПУЛЯТОР С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ (57) Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при обслуживании тяжелых технологических процессов.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей и упрощение

„,Я0„„1390014 А1 конструкции. Для этого устройство имеет основание с установленными на нем опорными звеньями, промежуточные звенья и корпус механической руки, на котором подвижно установлена механическая рука, а также приводы перемещения руки с гидродвигателями и систему управления, включающую блоки управления, записи-считывания и устройство коммутации. Корпус механической руки соединен с опорными звеньями и основанием четырьмя шарнирами, состоящими из пар пятого и четвертого классов, образованных опорными звеньями, промежуточными звеньями и корпусом, а также дугообразными скобами с пазами, в которые входят опорные звенья. 1 з.п.ф-лы, 10 ил.

1390014

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при обслуживании тяжелых и монотонных технологических процессов.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей и упрощение конструкции.

На фиг. 1 изображена схема автоматического манипулятора с программным управлением; на фиг. 2 — сечение А — А на фиг. 1; на фиг. 3 — сечение Б — Б на фиг. 1; на фиг. 4 — сечение  — В на фиг. 1; на фиг. 5 — узел на фиг. 1; на фиг. 6 — сечение à — Г на фиг. 5; на фиг. 7 — блок записисчитывания; на фиг. 8 и 9 — положения манипулятора и описываемые схватом рабочие траектории; на фиг. 10 — результирующая зона обслуживания схватом манипулятора.

Автоматический манипулятор содержит корпус 1, связанный с опорными звеньями 2 и 3, приводимыми в движение приводами 4 — 7 с двигателями механическую руку со схватом 8 и приводом 9, блок 10 записи-считывания, основание 11.

Корпус 1 и звенья 2 и 3 соединены между собой и основанием 11 четырьмя составными шарнирами 12 — 15. Шарнир 12 образован двумя парами пятого класса (фиг. 1, 2 и 4), из них одна образована корпусом 1 руки и промежуточным звеном 16, другая пара пятого класса образована между промежуточным звеном !6 и опорным звеном 2. Второй составной шарнир 13 выполнен из трех кинематических пар (фиг. 1 и 3), одна из которых — пара четвертого класса — образована между корпусом 1 руки и дополнительным промежуточным звеном

17, вторая пара пятого класса образована между вторым дополнительным промежуточным звеном 18 и опорным звеном 3. третья кинематическая пара пятого класса шарнира 13 образована между дополнительными промежуточными звеньями 17 и 18.

Третий составной шарнир 14 (фиг. 1) образован парой пятого класса между валом 19 двигателя привода 4 и опорным звеном 2 и парой четвертого класса между опорным звеном 2 и дугообразной скобой 20 с продольной прорезью, через которую проходит опорное звено 2, причем ось вращения дугообразной скобы 20 соединена с аналогичным приводом 5, имеющим двигатель.

Четвертый составной шарнир 15 образован парой пятого класса между валом 21 (фиг. 1) двигателя и вторым опорным звеном 3, которое образует пару четвертого класса с второй дугообразной скобой 22 с прорезью, через которую проходит второе опорное звено 3, причем ось вращения дугообразной скобы 22 соединена с аналогичным двигателем 7. Привод 9 схвата механической руки и схвата 8 (фиг. 1) выполнен в виде совмещенных двигателей посту5 !

О !

55 нательного 23 и вращательного 24 действий (фиг. 5), при этом шток 25 поступательного двигателя 23 проходит внутри полого вала 26 вращательного двигателя 24, на концах штока 25 и полого вала расположены по два шарнира 27 и 28 пятого класса, каждая пара этих шарниров соединена с двумя звеньями 29 и зажимными губками 30 механизма схвата 8, соединенных между собой шарниром 31. Привод 9 руки и схвата включает также двойные пневмогидравлические мультипликаторы 32 — 37 (фиг. 1), подключенные к реверсивным электромагнитным золотникам 38 — 43 воздухораспределения с одной стороны и к гидродвигателям 4 — 7, 23 и 24 с другой, Параллельно цепи питания поворотных гидродвигателей подключены гидрозамки 44 — 48, в цепи воздухораспределения на выходе из золотников 38 — 43 включено по два регулируемых пневмодросселя 49 — 60 (регулирующие скорость движения руки) с клапанами 61 — 72.

Блок 10 записи-считывания содержит (фиг. 1) замкнутую магнитную ленту 73 (фиг. 7), магнитные головки записи 74 — 85 (фиг. 7), считывания 86 — 97 (фиг. 1) и стирания 98 — 109 (фиг. 7), коммутируемые устройством коммутации с тумблерами 110.

Блок управления содержит усилители 11!—

122, выходы которых подключены к соответствующим клеммам кнопок 123 — 128. К этим же клеммам подключены электромагниты золотников 38 — 43 соответствующего привода. В выходную цепь каждого усилителя 111 — 122 включены диоды 129 — 140.

Цепи питания кнопок 123 — 128 подключены через гасящие резисторы R i к сети переменного тока, а контакты кнопок подключены к головкам 74 — 85, последовательно к которым подключены регулировочные резисторы К2. Магнитные головки 98 — 109 стирания подключены к генератору 141 стирания. Для регулирования времени рабочего цикла привод магнитной ленты выполнен в виде вариатора 142 скорости, соединенного с двигателем 143, который управляется контактором 144 от концевых датчиков 145 и 146 цикла.

Для повышения надежности работы привода 9 схвата 8 магистрали 147 энергоносителя подведены к корпусу 1 руки через трубную насадку 148.

Для осуществления сборки составных шарниров 12 и 13 промежуточные звенья

16 — 18 (фиг. 1), входящие в пары с опорными звеньями 2 и 3, выполнены из двух половин 149 — 152 (фиг. 1 — 4) и армированы антифрикционными элементами 153 — 159.

Для контроля усилия на схвате параллельно пневмокамерам мультипликатора 32 поступательного привода схвата подключен дифманометр 160 (фиг. 1). Соединение половин звеньев 16 и 18 осуществляется с помощью крепежных элементов 161 — 163.

1390014

1О

Манипулятор работает следующим образом.

В режиме ручного управления оператор выключает привод магнитной ленты 73 и все тумблеры (фиг. 7).

В нормальном состоянии золотники 38—

43 закрыты, воздух в пневмокамеры мультипликаторов 32 — 37 не поступает и давление в них одинаково, следовательно, одинаково давление в гидрокамерах мультипликаторов.

Гидрозамки 44 — 48 закрыты и лопатки гидродвигателей (фиг. 1, 5 и 6) неподвижны, опорные звенья 2 и 3, следовательно, жестко зафиксированы и корпус 1 руки жестко зафиксирован в пространстве, так как кинематические шарниры 12 — 15 неподвижны, ибо связаны со звеньями 2 и 3.

При нажатии оператором, например, кнопки 128 вправо срабатывает правый электромагнит золотника 43 и переводит левые каналы золотника в середину. Давление сжатого воздуха от пневмосети через левый штуцер золотника 43 и клапан 71 поступает в верхнюю пневмокамеру мультипликатора 37, в результате в соответствующей гидрокамере мультипликатора возрастает давление во столько раз, во сколько торцовая площадь поршня, связанного с верхней пневмока мерой, больше торцовой площади гидроштока, связанного с верхней гидрокамерой мультипликатора 37.

Давление гидросмеси из гидрокамеры поступает на правый штуцер гидрозамка 48 (фиг. 1) и правый выход последнего открывается, а давление гидросмеси поступает на левый штуцер гидродвигателя 7, при этом последний поворачивает дугообразную скобу 22, а следовательно, опорное звено 3 и составной шарнир 13 относительно неподвижного при этом составного шарнира 12, передвигая при этом корпус 1 руки со схватом вправо (если смотреть со стороны схвата). Гидросмесь из правой камеры гидродвигателя 7 переходит в нижнюю гидрокамеру мультипликатора 37, при этом второй шток перемещается вверх со связанным с ним поршнем и сжатый воздух из нижней пневмокамеры мультипликатора 37 через дроссель 60 и правый (выходной) штуцер золотника 43 сбрасывается в атмосферу, причем скорость выброса зависит от величины сопротивления, установленного вручную на дросселе 60. Это меняет скорость движения привода 7, а следовательно, и скорость перемещения схвата 8 в пространстве. При нажатии кнопки 128 влево включается левый электромагнит золотника 43 и происходит реверс привода, опорное звено 3 движется в обратном направлении.

При нажатии кнопки 128 движение опорного звена 3 происходит в одной плоскости.

При нажатии кнопки 127 происходит аналогичное движение, только оно происходит в плоскости, ортогонально первой, т. е. под

ЗО

55 прямым углом к рассмотренной плоскости (фиг. 8). При этом корпус 1 скользит по втулке и отклоняется по отношению к горизонтальной плоскости под углом к ней относительно составного шарнира 12, а точнее относительно промежуточного звена 16. При одновременном нажатии кнопок 127 и 128 в ту или иную сторону срабатывают гидродвигатели 6 и 7 и корпус перемещается в пределах телесного угла полусферы (фиг. 8), составной шарнир 13 перемещается по сфере с радиусом, равным длине звена 3, при этом корпус 1 перемещается внутри конического телесного угла с вершиной, находящейся в центре составного шарнира 12, при этом корпус 1 одновременно поворачивается в вертикальной и горизонтальной плоскостях благодаря взаимно перпендикулярным парам пятого класса (фиг. 2 и 4).

После отпускания любой из кнопок 127 и 128 золотники 42 и 43 возвращаются в средние положения, пневмокамеры мультипликаторов закрываются, давления на входе гидрозамков 47 и 48 выравниваются и они блокируют камеры гидродвигателей 6 и 7, опорное звено 3 при этом фиксируется в перемещенном положении и корпус 1 также фиксируется. При нажатии кнопок 125 и 126 по сфере перемещается шарнир 12 относительно шарнира 13, при этом корпус 1 перемещается вдоль и поперек первоначального конуса (фиг. 9) .

При манипулировании одновременно кнопками 125 — 128 корпус 1 занимает различные положения и схват 8 располагается внутри некоторой зоны обслуживания внутри сферы (фиг. 10).

Для вращения руки со схватом 8 относительно продольной оси корпуса 1 служит кнопка 124, для захвата и отпускания предмета — кнопка 123. При нажатии кнопки 124 поворачивается лопатка поворотного двигателя 24 (фиг. 1) руки схвата 8 (фиг. 5 и 6) и жестко связанная с ней втулка 26, при этом рука и схват 8 начинают поворачиваться относительно штока 25, одновременно поворачивая его вместе с поршнем поступательного привода 23 (фиг. 1 и 5).

При нажатии на кнопку 123 срабатывает поступательный привод 23, при этом шток 25 начинает перемещение относительно втулки

26 в аксиальном направлении и губки 30 начинают поворачиваться относительно шарниров 27, 28 и 31, звено 29 поворачивается относительно шарнира 27, направление поворота зависит от направления хода штока 25. Последний, звенья 29, губки 30, связанные шарнирами 27, 28 и 31 и поступательной парой, образуют плоский направляющий четырехзвенный механизм, стойкой которого является втулка 26.

При одновременном нажатии кнопок 123 и 124 происходит поворот руки со схватом 8, имеющим механизм из звеньев 29, губок 30, 13900

5 втулки 26 относительно оси штока и захват предмета губками 30.

В поступательном приводе 23 (фиг. 1) отсутствует гидрозамок, но имеется дифференциальный манометр 160 для контроля усилия на губках 30 в зависимости от веса захватываемого изделия.

Усилие захвата зависит от времени удерживания кнопки 123 в левом положении, при правом ее нажатии губки 30 расходятся на угол, величина которого также зависит от времени удержания кнопки 123 в правом положении.

Для увеличения или уменьшения скорости движения схвата 8 и приводов 4—

7 осуществляется регулировка переменных дросселей 49 — 60, которые изменяют время и скорость выхода воздуха из пневмокамер мультипликаторов 32 — 37, что приводит к изменению скоростей перемещения составных шарниров 12 и 13 при различных нагрузках, действующих на эти шарниры.

Запись программы работы производят следующим образом.

При цикловом движении опорные звенья

2 и 3 получают строго определенные последовательные движения. При одновременном включении двигателей 4 и 6 в одну сторону схват движется по окружности в одной плоскости, при включении двигателей 5 и 7 в одну сторону схват движется по окружности (фиг. 8) в перпендикулярной плоскости.

Для цикловых движений кнопками 125—

128 набирают определенную переключательную функцию, например 1110 (правое нажатие кнопок 125 — 127 означают единицы, кнопка 128 не нажата и означает нуль) .

Затем включают двигатель 143, тумблеры 110 и генератор 141 стирания — производится очистка ленты 73. После одного цикла обращения ленты 73 генератор 141 выключают. Рукояткой вариатора 142 устанавливают время цикла технологического процесса, равное времени обращения магнитной ленты 73.

Выключают тумблеры в цепях усилителей 112 — 122 и включают тумблеры в цепях магнитных головок 74 — 85. Далее производят выполнение программы кнопками 123 — 128, при нажатии которых с клемм кнопок поступает напряжение на головки 74 — 85 записи: происходит запись программы, обусловленная комбинацией переключательных функций и временем подключения сигналов к головкам. Одновременно с этим происходит срабатывание приводов манипулятора.

Запись программы должна быть выполнена за время цикла обращения магнитной ленты, равного времени цикла технологического процесса манипулирования.

В режиме считывания программы выключают двигатель 143 и тумблеры в цепях записи, включают тумблеры в цепях считывания, двигатель 143, при этом с головок

14

86 — 97 считывания поступают сигналы на усилители 111 — 122, а с них — на электромагниты золотников 38 — 43.

Порядок и время включения золотников

38 — 43 соответствует порядку и времени записанной программы, при этом манипулятор повторяет все записанные движения.

Концевые датчики 145 и 146 производят включение ленты 73 на определенный цикл отработки программы.

В режиме коррекции программы включают тумблеры записи и во время считывания в случае неточности движения схвата нажимают ту или иную кнопку, при этом происходит дозапись программы и одновременно с этим дополнительное включение электромагнитов золотников.

Кроме того, в случае сокращения записи сигнала может быть включен кратковременно тот или иной тумблер при включенном генераторе 141, это вносит также коррекцию в программу. Далее коррекция может быть внесена по скорости отработки дросселями 49 — 60 и изменением положения рукоятки вариатора 142.

Формула изобретения

1. Автоматический манипулятор с программным управлением, содержащий основание, установленные на нем и соединенные между собой вращательными парами опорное звено, промежуточное звено и корпус, на котором подвижно установлена механическая рука и схват с зажимными губками, а также приводы перемещения корпуса, механической руки и губок схвата, каждый из которых включает в себя гидродвигатель и управляющий золотник, связанный с системой управления, выполненной в виде отдельных каналов по числу управляемых координат манинулятора и включающей в себя соответствующим образом связанные между собой блок управления, устройство коммутации и блок записи-считывания с программоносителем на магнитной ленте, имеющий регулируемую скорость движения программоносителя, отличаюи(ийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и упрощения конструкции, он снабжен вторым опорным звеном, кинематически связанным с корпусом посредством двух дополнительных промежуточных звеньев, одно из которых соединено вращательными парами соответственно с опорным звеном и с другим дополнительным звеном, а последнее связано с помощью цилиндрической пары с корпусом, причем каждое из опорных звеньев соединено с основанием посредством третьего дополнительного промежуточного звена, связанного с опорным звеном вращательной парой и установленного на основании с возможностью поворота с помощью соответствующего привода, при этом каждое

1390014

12 —"

12о

1Чб (Риг.1 опорное звено размещено в пазу, выполненном в дополнительно введенной скобе, установленной на основании с возможностью поворота и связанной с соответствующим приводом, причем гидродвигатель привода перемещения механической ру 5 ки выполнен в виде моментного двигателя, статор которого закреплен на корпусе, а ротор выполнен с соосным оси поворота отверстием и жестко связан со схватом, при этом привод перемещения зажимных губок 10 выполнен в виде силового цилиндра, шток которого размещен в отверстии ротора и кинематически связан с зажимными губками, причем каждый из приводов дополнительно снабжен последовательно соединенными регулируемыми пневмодросселями с параллельно подключенными к ним обратными клапанами, двойными пневмогидравлическими мультипликаторами и, за исключением привода губок схвата, гидрозамками, подключенными к гидродвигателям, а мультипликатор привода губок схвата подключен непосредственно к гидродвигателю, при этом управляющие золотники выполнены в виде реверсивных электромагнитных золотников воздухораспределения, выход которых соединен с соответствующими регулируемыми пневмодросселями, а магнитная лента программоносителя выполнена замкнутой.

2. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что оси шарниров, связывающих третьи дополнительные промежуточные звенья с основанием, а также оси поворота скоб опорных звеньев взаимно перпендикулярны.

1390014

f50

15Е

1390014

Г-Г

7Ф 75 78 77

1390014 барца. 9

Составитель И. Афонин р, 1гравцова

Техред И. Верес Коррек р

Редактор М. Бланар

908 Подписное

Заказ 1608/16 Тираж енн СССР по делам изобретений р по и и отк ытий

ВНИИПИ Государственн енного комитета — 35, Раушская наб., д. 4/5 я,4

У Г1 ое г а ическое предприятие, г. ж

П изводственно-полигра и ро