Схват промышленного робота

 

О П И С А Н И Е ()662344

ИЗОВРЕтИНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 25.01.77 (21) 2452308/25-08 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. К .

В 25 J 15/04

Государственный квинтет

СССР во делам изобретений н открытий (53) УДК62 — 229. .72 (088.8) Опубликовано 15.05.79. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 25.05.79 (72) Авторы изобретения

В. А. Яхимович и Ю. А. Хащин

Севастопольский приборостроительный институт (71) Заявитель (54) СХВАТ ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к промышленным роботам и манипуляторам, предназначенным для механизации и автоматизации.производственных процессов на основных и вспомогательных операциях: транспортировка, укладка, сборка и т.д.

Известен схват промышленного робота, обеспечивающий захватывание детали, ее удержание и подачу на определенную позицию с ориентированием или с сохранением заданного положения, в котором содержится корпус, несущий шарнирно установленные приводные губки (1) .

Недостатком указанного схвата является ненадежность конструкции вследствие жесткого зажима детали губками, что является следствием отсутствия информации о качестве зажима детали в схвате.

Наиболее близким решением из известных является схват промышленного робота, содержащий корпус, несущий губки с эластичными камерами, смонтированными на шарнирных рычажных механизмах, фиксаторы, привод и устройство очувствления (2).

Недостаток указанного схвата за ключается в том, что он сложен в конструктивном исполнении.

Цель настоящего изобретения — упроще5 ние конструкции и повышение надежности.

Указанная цель достигается тем, что устройство очувствления выполнено в виде, по меньшей мере, одного струйного измерительного элемента, расположенного на корпусе между губками, а выходной канал этого элемента соединен с эластичными камерами, что выходной канал струйного элемента соединен с камерами через элемент сравнения, что струйные измерительные элементы смонтированы на рычагах шарнирных рычажных механизмов, а выходной канал этих элементов соединен с каналом управления, например, моностабильного усилителя, выход которого соединен с камерами; что он снабжен усилителем мощности, установленным между струйным элементом с камерами; что каждая камера соединеяа с одним из струйных элементов, смонтированных на рычагах, а также тем, что камеры связаны с источником давления через регулятор давления.

662344

На фиг. 1 изображен общий вид схвата, вид сбоку в разрезе; на фиг. 2 — — то же, вид в плане; на фиг. 3 — продольный разрез вихревого стру"; на фиг.

4 — разрез  — В на фиг. 3; на фиг. 5 — разрез А — А на фиг. 2; на фиг. 6 — вид по стрелке Б на фиг. 2; на фиг. 7 — вариант исполнения схвата с элементом УСЭППА типа П2ЭС.1 (ЭС вЂ” 3); на фиг. 8 —. вариант исполнения схвата с элементами пневмоники; на фиг. 9 — вариант схвата с раздельным управлением эластичными камерами; на фиг. 1о

10 — вид по стрелке Г на фиг. 9.

Схват промышленного робота состоит из корпуса 1, выполненного в виде стержневой части механической руки робота (на чертеже не обозначена), переходящей в кисть 2, снаб15 женную осевым каналом 3, в каждом установлен конусный струйный измерительный элемент 4, имеющий выходной канал 5. На поверхности кисти 2 вокруг струйного элемента 4 размещены упругие прокладки 6.

Струйный элемент может быть другого 20 типа, например вихревой (см. фиг. 3 и 4), который содержит входной тангенциальный канал 7, полость 8, отверстие 9 и выходной канал 10. Сочетание струйного элемента и захватываемой детали 11 представляет собой датчик типа сопло-заслонка.

На кисти схвата шарнирно установлены губки 12 с проушиной 13 и эластичной камерой 14, расположенной в углублении губки

12, и губка 15 с проушиной 16 и эластичной герметичной камерой 17, расположенной в зо углублении губки 15. Обе губки 12 и 15 посредством тяг 18 и !9 с отверстиями 20 на обеих тягах связаны со стержневой частью ! руки робота. Схват содержит тройник 21, соединяющий шлангами 22 и 23 выход 5 струйного элемента 4 с камерами 14 и 17. 35

Видоизменение схвата (см. фиг. 7) содер?KHT дополнительно элемент сравнения 24, запитываемый из магистрали 25, с выходным каналом 26, который подключен к камерам 4р

14 и 17.

Второе видоизменение схвата (см. фиг.

8), содержит дополнительно соасно расположенные в губках 12 и 15 сопла — входное

27 и выхо IIIoe 23, моностабильный усйлитель

29, пневморегуляторы 30 и 31.

Третье видоизмейение схвата (см. фиг. 9 и 10) содержит все элементы системы, указанные на фиг. 8, но вместо одного центрального сопла — струйного элемента 4 имеет два сопла 32 и 33, аналогичных струйному о элементу 4, для регистрации полояения детали в схвате по двум координатам. Эти сопла установлены в губках со смещением по высоте (см. фиг. !О), по отношению к двум соосным соплам 27 и 28. Сопла 32 и 33 связаны с управляющим пневморегулятором 5

34. Кроме того, схват имеет независимые друг от друга линии 35 — 38 управления камерами !4 и 17.

Схват промышленного робота работает следующим образом.

Рука робота движется в направлении к детали 11, которую должен взять схват.

Вместе с рукой движется стержень с кистью 2 и губками 12 и 15 с расположенными в них камерами 4 и 17.

Когда схват приблизится к летали !1, истекающий в течение всего периода работы схвата через осевой канал 3 и струйный элемент 4 воздух наталкивается на деталь 11, и поэтому давление в выходном канале 5 струйного элемента 4 повышается.

Поскольку камеры 14 и 17 через тройник

21 и шланги 22 и 23 связаны- с выходным каналом 5, то давление в камерах 14 и 17 также повышается. Последние пол действием давления воздуха увеличиваются в размерах (исходное состояние камер 14 и !7 показано на фиг. 2 пунктиром) и принимают форму, изображенную на фиг. 2, и далее под давлением воздуха продолжают увсличиваться.

Исходное состояние камер 14 и 17 объяс-няется тем, что при отсутствии детали 11 в выходном канале 5 образуется вакуум, ввиду этого эластичные камеры !4 и 17 обжимаются снаружи давлением атмосферного воздуха.

При дальнейшем приближении схвата к детали 1! давление в выхолном канале 5 нарастает и камеры 14 и 7 еще больше увеличиваются, начиная о;ватывать лета Ib 11.

Охватывая деталь 11, они прижимаются к упругим подкладкам 6, сжимая последние (см. фиг. 6). После этого движение летали

1! прекращается, так как она оказывается зажатой эластичными камерами 14 и 17.

Ввиду того, что давление в выходном канале 5 относительно небольшое, зажим детали 11 схватом осуществляется «мягко», без пережимов. При этом усилие зажима в основном зависит от зазора S (c». фиг: 2) между конусом струйного элемента 4 и деталью 11. Поэтому, если регулировать положение конуса струйного элемента 4 (его можно выполнить подвижным вдоль осевого отверстия 3 в стержне 1), то, тем самым, можно регулировать усилие зажима, обеспечивая

его всличину в требуемых пределах.

Поскольку величину давления в камерах

14 и 17 легко определить, то его можно и легко изменять, а значит управлять усилием зажима. Причем, это делается на основе определения силы зажима, зависящей от лавления. Таким ооразом, схват можно очувствлять.

Помимо приведенного на фиг. и 2 струйного элемента (сопла) 4, можно использовать вихревой струйный элемент (сопло), показанный на фиг. 3 и фиг. 4. Основное его отличие от вышеописанного состоит в том, что струйный элемент 4 имеет релейную на опредсленном участке характеристику, а вихревой струйный элемент. приведенный на

662344 фиг. 3 и 4, имеет непрерывную (аналоговую) характеристику, и изменение давления в камерах 14 и 17 при этом идет непрерывно и пропорционально зазору.

Очевидно, что при отсутствии детали 11 на исходной позиции никаких изменений в системе схвата не происходит, т.е. когда схват выйдет на позицию захватывания, давление в выходном канале 5 не повысится, и< этому не повысится давление в камерах

14 и 17, значит последние не сработают.

Таким образом, схват «чувствует», есть ли 10 деталь 11 на позиции или ее нет.

Освобождение детали осуществляется включением клапана (на чертежах не показан), соединяющего камеры 14 и 17 с атмоссферой при достижении схватом требуемого положения после передачи детали 11 на очередную позицию.

Работа видоизмененного схвата по фиг.

7 заключается в следующем.

Когда схват подходит к детали 11, то давление в выходном канале 5 повышается по 2о причинам, отмеченным выше. Это давление, подаваемое к полости К элемента сравнения

24, приводит к тому, что элемент 24 срабатывает, при этом полость К элемента сравнения

24 открывается и питающий воздух из магистрали 25 по выходному каналу 26 прохо2$ дит в камеры 14 и 17, повышая в них давление. Последние срабатывают, захватывая деталь 11.

Дальнейшая работа схвата идет так, как было описано выше при рассмотрении фиг.

1 и 2. Разница в том, что введение элемента сравнения 24 позволяет значительно увеличить мощность (силу зажима) и ее регулировать.

Когда деталь 11 будет доставлена на рабочую позицию, воздух из выходного канала

26 стравливается клапаном (на чертеже не показан). Деталь 11 освобождается и остает ся на рабочей позиции, например, сборочной.

Схват отводится от детали. В силу этого давление в выходном канале 5 резко падает 40 (возбуждается вакуум), камеры 14 и 17 сжимаются из-за возникновения вакуума, и в полости Л элемента сравнения 24 также падает давление. Поэтому давление подпора в полости М элемента сравнения 24 зайирает магистраль 25, а воздух, оставшийся в вы- 4 ходном канале 26, стравливается через полость Н элемента сравнения 24 в атмосферу.

Расход воздуха из магистрали прекращается.

Схват готов к новому циклу работы.

В приведенном.на фиг. 7 схвате давление, обеспечивающее зажим детали 11 камерами

14 и 17, не зависит от зазора между струйным элементом (соплом) 4. и деталью 11, а зависит только от давления в магистрали 25, которое легко регулировать, причем это можно делать, измеряя давление в полости Л элемента сравнения 24 (т.е. в выходном канале 5). В свою очередь давление в полости Л зависит от положения детали 11 относительно сопла 4, т.е, от усилия зажима.

В конструкции по фиг. 7 схват, как и в предыдущей конструкции, «чувствует», есть ли деталь между его губками, и сработает (захватит) только тогда, когда деталь 11 есть на рабочей позиции. Если же детали Il нет, то схвят не сработает. В силу этого по давлению, например, в выходном канале 5 можно судить о том, что в подаче деталей

11 наступили перебои. При этом схват выдаст соответствующий сигнал в систему упра вле ни я.

1lринцип работы схвата, представленного модификацией на фиг. 8; аналогичен. Однако наличие детали 11 между губками 12 и 15 охвата определяется с помощью сопел

27 и 28. При работе схвата через сопло 27 продувается воздух, и если детали 1! нет между губками схвата, то этот воздух попадает в так называемое выходное сопло 28, повышая в нем давление. Тем самым повышается давление в канале управления струйного моностабильного усилителя 29. При этом струи питающего воздуха в усилителе 29 под давлением Ря ; проходит в левый выходной-.. канал. Как только между губками 12 и !5 появится деталь 11, струя воздуха, вытек»к>щая из сопла 27, «залипает» к детали 11, т.е. отклоняется. Это происходит вследствие так называемого эффекта Коа нда. I lоэтому в сопле 28 давление падает. Вследствие этого воздух в усилителе 29 под давлением Рант. проходит в правый. выходной канал этого усилителя и действует на пневморегулятор

30, например клапан 31, который по такому сигналу открывается и пропускает воздух в камеры 14 и 17. Давление в них повышается, и камеры 14 и !7 захватывают деталь

11, зажимая .ее в схвате. Деталь !1 при этом поджимается к упругим подкладкам 6, сжимая последние. Зазор S (см. фиг. 2) между деталью 11 и соплом 4 уменьшается, и давление в канале 5 изменяется, т»к к»к через канал 3 и сопло 4 также продув»ется сжатый воздуv.

Изменение давления в канялс 5 из-зл изменения расстояния между деталью !1 и соплом 4 воздействует на пнсвморс гулятор 30, который воздействуя на клапан 31, отключ»ет последний в тот момент, когда д»влсние в канале 5 достигает заданной величины. 11о давление в канале 5 определяется зазором . >. В результате окончательная фиксация детали !1 происходит всегда лишь тогда, когдл положение детали 11 относителыlо схватя (вдоль его оси) строго определенное.

Таким образом, данная модификация схвата «чувствует» заданное положение детали 11 и фиксирует ее только в этом поло>кении. Данное положение детали 1! можно менять, если йзменять (настраивать) парамстры регулятора 30, что осуществимо даже в стандартных пневморегуляторлх. 11оэтому данная конструкция схвлта более

«очувствленл», более гибка в эксплуатации. имеет больше возможностси для настройки и реку,гировки. Охват ««всlв . «т» ус:г;и .,»!:

662344

Формула изобретения

50 жима в этой модифйкацйй потому,=что уси лие зажима определяется деформацией прокладок 6. А поскольку деформация прокла,док 6 определяет расстояние (зазор) между деталью 1I и соплом 4, то значит давление в канале 5 является функцией усилия зажима. Отсюда, настраивая соответственно регулятор 30, можно отключить подачу воздуха в камеры. 14 и 17 в тот момент, когда усилие зажима достигло заданной величины.

Модификация схвата по фиг. 9 включает все элементы схвата по фиг. 8, но вместо одного струйного элемента (сопла) 4 имеет два сопла 32 и 33, аналогичные соплу 4, размещенйые в губках 12 и 15. При этом сопла

32 и ЗЗ смещены по высоте относительно сопел 27 и 28 так, как это показано на фиг.

10 (в данном случае они смещены вниз, но могут быть смещены и вверх относительно сопел 27 и 28). Это сделано с целью того, чтобы сигналы с одних сопел йе попадали в другие сопла и не вносили искажений.

Сопла 32 и 33 запитываются сжатым воздухом под давление Р1. Они пневматически связаны с регулятором 34, включающим, например, дифманометр и управляемые диф" манометром два регулятора давления, например регулирующие клапаны любого типа.

Один из этих клапанов по линии 35 подает и изменяет давление в камере 14, а другой — по линии 36 подает и изменяет давление в камере 17.

Наличие отмеченных сопел 32 и 33 позволяет проводить более полную и широкую регулировку, а именно, если схват по фиг. 3 позволяет оценивать и регулировать положение детали 11 только вдоль горизонтали (вдоль оси руки схвата), то в схвате по фиг. 9 оценивается и регулируется положение детали 11 не TodlbKQ вдоль горизонтали, но и вдоль вертикали. Происходит это следующим образом: предположим, что деталь

11 сместилась относительно оси руки"в сторону камеры 14, т.е. вверх от горизонтальной оси (см. фиг. 9), а это значит, что зазор S> между-деталью 11 и соплом 32 стал меньше,, чем зазор S> между той же деталью и соп лом 33. В силу этого регулятор 34 повысит давление в линии 35, а в линии 36 понизит:

Соответственно йзменится давление в камерах 14 и 17, подключенных к этим линиям.

Изменение давления в них происходит до тех пор, пока деталь 11 не - расположится своим центром по оси руки (т.е. станет правильно). В этот момент времени зазоры Sl и Sz станут равными, поэтому станут равными давления в ветвях дифманометра. Это приведет к закрытию клапанов, управляемых дифманометром, отключается подача воздуха в камеры 14 и 17, прекращается перемещение отцентрованной детали 11.

В данной модифйкации схвата усилитель

29 управляет регулятором 31, который запи" ть|вает сжатым воздухом Ilo раздельным линиям 35 и 36 камеры 17 и 14. Давление, по8

=даваемое по этим линиям в камеры 17 и 14 одинаковое по величине, и назначение этой операции в том, чтобы поджать деталь 11 к подкладкам 6. Данная операция поджима проводится перед тем, как начинается регулировка положения детали 11 под действием сигналов, поступающих от сопел 32 и 33.

Отличие схвата по фиг. 9 от предыдущих конструкций схватов заключается в том, что в нем регулируются давления раздельно в каждой камере, в то время как у предыдущих регулировалось давление в обеих камерах 14 и 17 одновременно, т.е. оно было в них одинаковым и менялось в процессе регулирования одновременно.

При этом равенство зазоров S< и Sa характеризует положение, когда деталь 11 не смещена по вертикали относительно оси схвата, а требуемое положение ее (требуемая точность положения) вдоль оси схвата характеризуется определенными значениями величин зазоров S> и Sa.

Z0 Заметим, что этот эффект можно получить, использовав целиком модификацию схвата, приведенную на фиг. 8, добавив к нему два сопла 32 и 33 и связанные с ними . элементы, но это условие усложнит конструкцию схвата, ничего не прибавив нового по результатам.

Во всех модификациях схватов камеры

14 и 17 расположены в губках 12 и 15 так, что при наполнении их воздухом они заставляют деталь 11 перемещаться в сторону кисти 2 схвата (на упругие подкладки 6) . В силу этого камеры 14 и 17 не только обжимают деталь 11 по бокам, но и заталкивают ее в процессе обжима в схват, Регуляторы 31 и 34 независимы и не ока-, зывают влияния друг на друга при их работе.

Схват характеризуется высоким быстродействием по той причине, что давление воздуха в каналах управления мало (порядка

0,05 — 0,1 атм). Поэтому схват зажимает де40 тали еще прИ своем движении, т.е. захватывает на ходу.

Регулировать давление в камерах 14 и 17, . а значит, и усилие зажима можно также, вы " полнив им проточными и установив регуляторы, например дроссели, на их выходах.

4s Вместо камер 14 и 17 можно использовать любые доугие упругие элементы, образующие замкнутые камеры.

1. Схват промышленного робота, содержащий корпус, несущий губки с эластичными камерами, смонтированными на шарнирных рычажных механизмах, фиксаторы, привод и устройство очувствления, отличаюи1ийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности, устройство очувствления выполнено в виде, по меньшей

662344

Ðvã. Г

Pva. 4

Риа. Х мере, одного струйного измерительного элемента, расположенного на корпусе между губками, а выходной канал этого элемента соединен с эластичными камерами.

2. Схват по п. 1, отличающийся тем, что выходной канал струйного элемента соединен с камерами через элемент сравнения.

3. Схват по п. 1, отличаюЩийся тем, что струйные измерительные элементы смонтированы на рычагах шарнирных рычажных механизмов, а выходной канал этих элементов соединен с каналом управления, напрймер, моностабильного усилителя, выход которого соединен с камерами.

4. Схват по п. 3, отличаюшийся тем, что он снабжен усилителем мощности, установленным между струйным элементом и камерами.

5. Схват по пп. 1 — 4, отличающиися тем, что каждая камера соединена с ()jl,íèì из струйных элементов, смонтирова;шых па рычагах.

6. Схват по пп. 1 — 5, отличающиш я тем, что камеры связаны с источником давления через регулятор давления.

Источники информации, принятии но вни<у мание при экспертизе

1. Белянин П. Н., Промышленные роботы, «Маши ностроен и е», М., 19? 5, с. 199 207.

2. Катыс Г. Г. и, др. Информационные роботы и манипуляторы, «Энергия», М., 1969, с. 22 — 23.

662344

Л

Pva. 7

Рие. Ю

Evd Г

2Ю

Рог. ш

Рыг. у

Составитель В. Павлов

Реда кто р А. С адо мо в Техред О. Луговая Корректор В. Синицкая

Заказ 2608/18 Тираж 1050 Подписное

ЦН И И П И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПП П «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4