Устройство для автоматического сцепления и расцепления носителя инструмента многоосного манипулятора

 

Изобретение относится к устройствам для автоматического сцепления и расцепления носителя инструмента для многоосного манипулятора, при котором последнее звено кинематической цепи манипулятора и носитель инструмента имеют соединительные элементы, выполненные с возмокностью свинчивания , а привод поворота последнего

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

m> 4 В 25 1 19/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР по делАм изОБРетений и ОткРытий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М -..

Н ПАТЕНТУ ния, а привод поворота последнего (21) 4024098/25-08 (86) PCT/ЕР 85/00265 (04.06.85) (22) 07.02.86 (31) Р 3421452 ° 6 (32) 08.06.84 (33) DE (46) 30,08.88. Бюл. М- 32 (71) Кука Швейсанлаген унд Роботер

ГмбХ (0Е) (72) Эрнст Циммер и Бото Кикут (ПЕ) (53) 62-229.72 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1202877, кл. В 25 1 19/00, 1984.

„,SU „„1421251 А 3 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО

СЦЕПЛЕНИЯ И РАСЦЕПЛЕНИЯ НОСИТЕЛЯ ИНСТРУМЕНТА МНОГООСНОГО МАНИПУЛЯТОРА (57) Изобретение относится к устройствам для автоматического сцепления и расцепления носителя инструмента для многоосного манипулятора, при котором последнее звено кинематической цепи манипулятора и носитель инструмента имеют соединительные элементы, выполненные с возможностью свинчива1421251 звена кинематической цепи служит в качестве источника энергии для свинчивакия обоих соединительных элементов, приведенных в готовность к сцеплению путем управления манипулятором

1 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 обра1

Изобретение относится к устройст вам для автоматического сцепления и расцепления носителя инструмента для многоосного манипулятора, при котором последнее звено кинематической цепи манипулятора и носитель инструмента имеют соединительные элементы, выполненные с возможностью свинчивания, а привод поворота ггоследнего звена кинематической цепи служит в качестве источ- 10 ника энергии для свинчивания обоих соединительных элементов, приведенных в готовность к сцеплению путем управления манипулятором.

Целью изобретения является ускоре- 15 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.3 — вариант выполнения устройства для смены инструмента поперечное сечение; на фиг.4—

С разрез A-А на фиг.3; на фиг,5 — вкд 2

Б на фиг.3.

Манипулятор 1 обычно содержит несколько осей, позволяющих достичь любую точку s 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 арреткр 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 звене

17 подсоединктельных 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.

2 имеет основание 2, на котором установлен узел 3, вращающийся вокруг вертикальной оск. 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 к последнкм звеном 6 кинематкческой 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 "; и 10, Для этих соединительных элементов

9 и 10, действительно то, что за;ьжающее усилие для осуществления креплания носителя 8 инструмента не должно

14? 1? 5 создаваться узлами 2-. манипулятора

1. Обычна в последнем звене 6 вращательное движение должно создавать требуемое замыкающее усилие так что

Ф

5 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 зацепление ° Соединен- 20 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 25 на соединительном элементе 10 и обеспечивает сближение обеих частей до положения замыкания.

Соединительные элементы 9 и 10 снабжены подсаединительной деталью

i5 и сопряженной подсоединительной деталью 16, которь?е 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 движение

40 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.

С целью решения этой проблемы сое. диненный с последним звеном 6 манипулятора 1 соединительный элемент 9 состоит из двух концентрически расположенных рабочих звеньев 17 и 18, ус- 5О 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 абесгечения нормальной работы не1

4 абхолима, чтобь? и второе, внутреннее

pa?! o ee зве?? а 1 7, выл?алняла ТО же движение, чта и наруж??ае рабочее звена 18, Лрретир 20 состоит из шариков

?1, расположенных в отверстиях ?2 и находящихся под воздействием пружины

23. Таким образом получается жесткое соединение рабочих звеньев 17 и 18 которое, однако устраняется при преодолении определенного момента вращения, а и? евно за счет того, чта maрики 21 перемещаются в отверстия 22 против действия пружин 23.

Рабочее звено 17 имеет стопор 24, имеющий задачу осуществления жесткога соединения между соединительным элементом 10 и внутренним рабочим звеном 17 при сближении соединительных "ëåìåíòîâ 9 и 10. Стопор 19 состоит из центрирующего болта 25, входящего в соответствующую выемку 26 соединительного элемента 10 перед тем„ как элементы 11 и 12 входят во взаимодействие друг сдругам.

Носитель 8 инструмента своим соединительным элементом 10 установлен на станине 27 R предохраненном от поворота положении {фиг.1).

Устройство работает следующим образом.

Сначала манипулятор 1 со сваум последним звеном 6 приводят в кааксиальное положение относительно носителя 8 инструмента. В этом коаксиальном положении согласно фиг.1 и 2 последнее звено 6 перемещают вдаль оси в направлении носителя 8 инструмента, вследствие чего сначала действует стопор 24 за счет захода центрирующего болта 25 в выемку 26. Вследствие этого одновременно приведены в положение готовности к свинчиванию и элементы 11 и 12. Эта положение соответствует изображенному (фиг.4) положению винтового элемента 28 во входном шлице 29 ступицы 30. Техникой программирования можно обеспечивать то, что коаксиальное положение стопора 24 достигнута в том случае, если при сближении элементов 8 и 10 центрирующий болт 25 не находится соосно относительно выемки 26, Фланец 7 последнего звена 6 можно приводить во вращение после осуществления центровки. Вследствие вращательного движения фланца 7 рабочее звено 18 вместе с элементам 12 приводят ва вращенпе. Центрирующий болт

1421251

13 входит в отверстие 14 и обеспечивает концентрическое положение частей.

Бо время действия стопора 24 взаимодействие элементов 11 и 12 не может вызвать поворот рабочего звена

17, так как он подцерживается в постоянном относительно носителя 8 инструменте месте при помощи стопора 10

24. При этом носитель 8 инструмента неподвижно установлен на станине 27.

Во время сближения соединительных элементов 9 и 10 путем взаимодействия элементов 11 и 12 подсоединитель- 1 ные детали 15 и 16 могут входить в зацепление друг с другом, так как они больше не,выполняют относительное вращательное-движение относительно друг друга. Вследствие воздействия стопора 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 s 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, Поршень

37 или болт 33 подвергается воздействию пружины 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 направляю55 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, то отдельный ролик 34 выходит из желобка

35 и допускает относительное вращательное движение рабочих звеньев 17 и 18. Однако в положении сцепления отдельный ролик позволяет жесткое соединение рабочих звеньев 17 и 18

1 которое обеспечивается таким усилием пружины, что разъединение требует меньшей силы, чем реакция предохранителя 31 отключения.

С тем же самым полым валом 32 соединен радиально проходящий через него болт 40, имеющий на концах ролики

34 в качестве винтовых элементов, Эти ролики взаимодействуют с резьбовым участком 41 элемента 11, причем предусмотрена осепараллельная входная канавка,„ к которой примыкает резьбовой участок 41, выполненный с большим шагом. Этот большой шаг, составляющий, например 18-24 мм (в аксиальном направлении), должен обеспечивать акси- альное перемещение подсоединительных деталей 15 и 16 до конечного положеЧ ния с использование небольшого угла кручения.

Рекомендуется выполнять на конце резьбового участка 41 простирающуюся радиально оси 43 вращения поверх ость, к которой прилегает ролик 34, если достигнуто конечное голожение соеди-нительных элементов 9 и 10. Таким образом„ обеспечивается самоторможение, которое может еще усиливаться за счет того, что на радиальной поверхности 43 выполнено углубление

44 для каждого ролика, действующее в качестве стопора.

Элемент 1 1 (фиг,3) выполнен в виде ступицы 30, в полое пространство которой заходит полый вал 32 с болтом 40. Ступица 30 соединена через винтовое соединение 45 и пружину 46 с фланпем 47,. прикрепленным к носителю 8 инструмента. Таким образом, против силы пружины 46 ступица 30 имеет определенный зазор относительно фланца 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 46 компенсирует импульсы при сцеплении элементов 11 и 12 или соединительных элементов 9 и 10.

142 1251

Центрирование 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 взимное вставление.

Расположенный со стороны инструмента соединительный элемент 10 и выполненное с возможностью фиксации от поворота рабочее звено 17 соединительного элемента 9 имеют по три расположенных друг к другу упорных болтов 51 и 52, входящих в контакт в конечном положении соединительных элементов 9 и 10 и образующих определенную радиальную плоскость замыкания.

Конечное положение замыкания соединительных элементов 9 и 10 сигнализируется сближением регулируемого контактного штифта 53 к электрическому переключателю 54 с тем, чтобы дальнейшие операции могли осуществляться по команде управляющего устройства.

На фиг. 5 изображен ар ретир 20 при этом при заданном угле 42 кручения ролик 34 заходит в желобки 35 в обоих положениях, причем положение сцепления фиксируется силой пружины 38.

:Кроме того,арретир 20 может иметь по меньшей мере один пневматический болт, фиксирующий оба рабочих звена

17 и 18 в рабочем положении (т.е. в положении соединения), при свинчивании приводимый в деблокированное положение. о формулаизобретения

1. Устройство для автоматического сцепления и расцепления носителя инструмента многоосного манипулятора, в котором последнее звено кинематической цепи манипулятора и носитель инструмента имеют соединительные элементы 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 соединигельным элементом носи10

15 теля инструмента стопор, при этом на соответствующих соединительных элементах выполнены подсоединительные детали для подачи энергии, хладагента и т.п., расположенные опозитно, отличающееся 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 и50 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 оба рабочих звена снабжены арретиром, предназначенным для разъединения рабочих звеньев посредством воздействия стопора вращения.

2. Устройство по п.i, о т л и ч аю щ е е с я тем, что стопор вращения выполнен по меньшей мере из одного центрируницего болта, выполненного на одном соединительном элементе и входящего в соответствующую выемку, выполненную на противоположном соединительном элементе °

3. Устройство по пп.1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что второе рабочее звено снабжено основным болтом с закрепленными на его концах фиксаторами и пружиной, поджимающей в аксиальном направлении фиксаторы к сопрягаемым элементам первого рабоче35 го звена.

4. Устройство по п.3 о т л и ч аю щ е е с я тем, что фиксаторы выполнены в виде установленных на основном болте с возможностью вращения

О роликов, а сопряженные элементы выполнены в вице радиально расположенных на фланцевой поверхности первого, наружного, рабочего органа желобков.

pr.

5. Устройство по пп.3 и 4, о т

14 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 я 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 1 (1

Устройство по и» ° 1-8, о т J1 ив ч а ю m е е с я тем, что внутреннее рабочее звено является составной ча5 стью предохранителя отключения усФ тановленкого на выходном фланце последнего звена кинематической цепи манипулятора.

10. Устройство по пп.1"9, о т л ич а ю щ е е с я тем, что ступица элемента свинчивания носителя инструмента установлена фиксированно от скручивания и с воэможностью аксиального перемещения на фланце носителя инструмента и поджата к нему дополнительно введенной пружиной, 11. Устройство по пп.1-10, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что соединительный элемент носителя инструмента и наружное рабочее звено другого соединительного элемента снабжены тремя направленными друг к другу упорными болтами для образования конечного положения замыкания соединительных элементов, 142125 1

1421251

Рее, 9

8ир р . 5

Составитель И. Бакулина

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор В,Бутяга

Редактор Ю.Середа

Заказ 4336/59

Тираж 908 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул.. Проектная, 4