Очувствленный схват робота

 

COK:)3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУВЛИК (ч)л В 25 J 19/02, 15/00

ГОСУДАРСТВЕ HHOF ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

"" «®ющ

>4TENTg .. (21) 4778213/08 (22) 05.01.90 (46) 15.05.93. Бюл. ¹ 18 (71) Институт технической кибернетики

АН БССР (72) В,В,Березовик, В.А.Маслюков, B,Å.Ñàìсонов и В,П.Фещенко (56) Авторское свидетельство СССР

N 1227464, кл. В 25 J 19/02, 1984. (54) ОЧУВСТВЛЕННЫЙ СХВАТ РОБОТА (57) Использование: в промышленных роботах. выполняющих подъемно-транспортные операции с деталями, нагретыми до высоких температур, в цехах термической обработ, ки, штамповки и ковки. Сущность изобретения: в схвате; содержащем корпус, на котором установлены перфорированные губки с приводом их перемещения, сенсоре

Р

Изобретение относится к машиностроению, в частности к промышленным роботам. выполняющим подъемно-транспортные операции с деталями, нагретыми до высоких температур в цехах термической обработки, штамповки и ковки, Целью изобретения .является повышение надежности и расширение области применения схвата очувствленного робота за счет исключения влияния состояния поверхности захватываемого объекта, нагретого до высоких температур, на процесс его опознания, На фиг.1 изображен описываемый схват очувствленного робота в разрезе, вид сбоку; . на фиг.2 — то же, вид сверху; на фиг.3— разрез по А-А на фиг.2: на фиг.4 — вид по стрелке Б на фиг.3.

„„. Ж„„1815223 А1 ные пневматические датчики, образующие информационную линейку, установленную в направляющих элементах внутри губки, привод перемещения информационной линейки и блок обработки информации, пневматические сенсорные датчики выполнены струйными с оптоволоконными преобразователями. приводом информационной линейки служит трубчатый элемент, выполненный из материала с эффектом запоминания формы, соединяющий корпус губки с информационной линейкой и служащий для подачи сжатого воздуха от источника высокого давления к сенсорным датчикам и размещения внутри него световодов оптоволоконных преобразователей, а управление считыванием информации с сенсорных датчиков информационной линейки осуществляется узлом синхронизации. 1 з.п, ф-лы. 4 ил. с

I»

Схват очувствленного робота состоит из корпуса 1, эажимных губок 2 и 3, последняя из которых выполнена подвижной и соединена с корпусом 1 с помощью шарнирного многозвенника, выполненного из ведущих ювао звеньев 4 и тяг 5. Ведущие звенья 4 шарнирного многозвенника с помощью проМежуточного рычага 6 соединены со штоком 7 Я силового привода. Силовой привод, напри- ) мер, гидроцилиндр 8 крепится шарнирно на (3 кронштейне 9, закрепленном на руке 1О робота. Одна из губок. например, неподеижнак губка 2 снабжена сенсорными пиеа°° еаагЪ матическими датчиками 11 струйного типа с оптоволоконными преобразователями, ра6отающими на принципе прерывания светового потока, образующими информационную линейку 12, Число, сенсорных датчиков 11 рав1815223

25

40. но числу дорожек перфорированных отверстий 13 на рабочей поверхности губки 2 схвата. Информационная линейка 12 перемещается по направляющим элементам 14, выполненным из стекловидной керамики (например, ситалла) с помощью трубчатого элемента 15, материал которого обладает эффектом запоминания формы и восстанавливает свою форму при нагреве (например, иэ никелида титана). Элемент 15 соединяет корпус губки 2 с информационной линейкой

12 и служит для подачи сжатого воздуха от источника высокого давления через пневморегулятор 16, трубопровод 17 к сенсорным датчикам 11. Кроме того, он служит для размещения внутри него и защиты от высокой температуры и механических воздействий световодов 17 оптоволоконных преобразователей 18 сенсорных датчиков 11 и конечных выключателей 19 и 20. Управление считыванием информации об обьекте 21, зажатом в губках 2 и 3 очувствленного схвата, осуществляется узлом синхронизации и возможно лишь в том случае, когда информационная линейка 12 находится тонно над рядом перфорированных отверстий 13. Раз решение на считывание информации с сенсорных датчиков осуществляется с помощью гребенки 22, установленной неподвижно внутри губки 2 cxBBTG и симметрично относительно ряда перфорированных отверстий 13 и двух конечных оптоволоконных выключателей 19 и 20, конструктивно симметрично расположенных на информационной линейке 12. Расстояние между оптоволоконными преобразователями конечных выключателей 19 и 20 кратно шагу

L (четное или нечетное количество раз), Зубья 23 гребенки выполнены с шагом, равным шагу 1 располо>кения перфорированных отверстий 13, и расположены соосно с ними, если расстояние между конечными выключателями 19 и 20 кратно шагу L четное количество раз, или смещены относительно отверстий на 1/2 шага L, когда расстояние между выключателями 19 и 20 кратно шагу

L нечетное количество раз. Зубья 24 и 25, определяющие конечные положения информационной линейки 12, отстоят от зубьев 23 на расстоянии 1/2 шага L. Число зубьев 23 равно числу дорожек перфорированных отверстий 13 на рабочей поверхности губки 2 схвата плюс дополнительно столько зубьев, оо сколько раэ расстояние между конечными выключателями 19 и 20 больше шага L расположения перфориро. ванных отверстий,, Гребенка 22 установлена неподвижно в корпусе схвата «аким обра-îì,,что ее зубья

23, 24 и 25, заходящие в пазы конечных выключателей 19 и 20 (конструктивно они выполнены на одном из модулей 11), при перемещении информационной линейки прерывают световой поток в их оптоволоконных парах. Информационная линейка 12 фиксируется s левом исходном положении с помощью пружин 26, при этом срабатывает только конечный выключатель 19, Конечное правое положение информационной линейки фиксируется только конечным выключателем 20, Число сенсорных датчиков и, соответственно, число модулей 11 в информационной линейке 12 определяется необходимой разрешающей способностью и габаритными размерами самих датчиков.

Каждый модуль 11, из которых состоит информационная линейка 12, содержит сен-. сорный датчик, выполненный в виде, например струйного датчика (см, фиг.Ç), который состоит из канала 27, расположенного под углом к центральному каналу 28, являющегося информационным и соединенного непосредственно с полостью 29, В полости 29 установлен с возможностью перемещения флажок ЗО. В нижней части полости 29 установлена оптоволоконная пара 18, один иэ световодов 17 подводит свет, а второй — воспринимает излучение, если оно только не перекрывается флам<ком 30.

Точно на таком же принципе работают конечные выключатели 19 и 20. Оптоволоконные пары с помощью световодов 17, проложенных в трубчатом элементе 15, соединены через переходник 31 с блоком фотоэлектропреобразователей 32 и далее с блоком обработки информации 33. Поддер.живание флажка ЗО в верхнем положении, когда отверстие 13 не перекрыто, осущест-. вляется эа счет разрежения в канале 28 и поддавливающего давления, поступающего в полость 29 через канал 34. Каналы 27 28, полость 29 выполнены в модуле 12 в виде углублений определенной формы, получаемых при изготовлении модуля методом прессования, например, из термостойкой пластмассы или керамики. Модули 12 собираются последовательно в пакет с помощью крепежных элементов 35 таким образом, что открытые каналы каждого предыдущего модуля закрываются плоским основанием последующего модуля, причем первый и последний модули закрываются крышками 36.

Подвод воздуха к струйным датчикам осуществляется по питающим каналам 27модулей 12 за счет давления. поступающего от источника высокого давления через пневморегулятор 16, трубопровод 17 и трубчатый элемент 15.

Работает схват промышленного робота следующим образом, 1815223

При подаче команды на захват манипулируемого предмета 21 рабочая среда поступает в левую полость гидроцилиндра 8 и воздействует на поршень, который совершает рабочий ход, перемещая шток 7. Шток

7 через промежуточный рычаг 6 воздействует на ведущие звенья 4 шарнирного многозвенника, которые с тягами 5 и зажимной губкой 3 образуют механизмы параллелограммов, благодаря которым обеспечивается параллельность движения зажимной губки 3 относительно неподвижной губки 2 схвата очувствленного робота, Одновременно с подачей сигнала на зажим система управления роботом включает пневморегулятор 16, с которого сжатый воздух через регулируемый дроссель (на чертеже условно не показан), трубопровод 17, трубчатый элемент 15 поступает к струйным датчикам 11.

При этом информационная линейка датчиков 12 находится в начальном левом положении и в блок обработки информации 33 поступает сигнал с конечного выключателя

19. При зажиме схватом детали 21, нагретой до высокой температуры, например, при ее закалке, теплота детали передается трубчатому элементу 15, материал которого обладает эффектом запоминания и восстанавливает свою форму при нагреве. Трубчатому элементу 15 до установки его в схват робота пластической деформацией придают определенную развернутую форму, так чтобы при установке

его в схват информационная линейка 12 переместилась в крайнее правое положение (на фиг.1 оно показано пунктирными линиями). После этого трубчатый элемент 15 подвергается термообработке на память в среде инертных газов или вакууме и охлаждают. В охлажденном состоянии трубчатый элемент 15 деформируют повторно для придания ему такой формы, чтобы информационная линейка 12 была установлена в крайнее левое положение (см. фиг.1). после чего трубчатый элемент 15 устанавливают в схват. Поэтому при нагреве элемента 15 от детали 21, зажатой в схвате, он принимает форму, которую он имел при термической обработке на память. Причем в процессе возврата в материале трубчатого элемента генерируются значительные напряжения, за счет которых преодолевается сопротивление пружин 26 и информационная линейка датчиков совершает поступательное перемещение по направляющим элементам 14 внутри зажимной губки 2. Поток сжатого воздуха, протекая по каналу 27 и далее каналу 28 струйного датчика 11, создает на его выходе струю воздуха, а в зоне канала 28, находящегося перед флажком 30. образуется зона разрежения. При наличии перед

40 датчиков 19 и 20 поступает сигнал о том, что ряд отверстий 13 и оси каналов 28 струйных

5

10 б

35 струей воздуха препятствия (информационная линейка датчиков находится над перемычкой между рядами отверстий 13. отверстия 13 закрыты поверхностью манипулируемого предмета 21) в зоне канала 28, находящегося перед флажком 30, образуется зона повышенного даеления, под действием которой флажок 30 перемещается и перекрывает световой поток. проходящий через оптоволоконную пару 18. Перекрытие светового потока воспринимается блоком фотоэлектропреобраэователей 32, сигнал с которого поступает в блок обработки информации 33. В том случае, когда струя воздуха из струйного датчика модуля 11 беспрепятственно выходит через отверстие 13 наружу (информационная линейка датчиков находится точно под рядом отверстий и они не перекрыты поверхностью манипулируемого предмета 21). в зоне канала 28, находящегося перед флажком 30. образуется зона разрежения и флажок 30 плотно прижимается к каналу 28 и основанию полости 29. При этом световой поток, проходящий через оптоволоконную пару 18, не прерывается и сигнал в блок обработки информации 33 не поступает. Так как при зажатии манипулируемого предмета 21 часть отверстий 13 перекрыты его. поверхностью, то при перемещении информационной линейки датчиков над отверстиями 13 с каждого модуля

11 поступает в блок обработки информации

33 электрический сигнал, соответствующий

"0" или "1", т.е. отверстие 13, над которым находится струйный датчик, открыто или закрыто. Для отсеивания помех считывание информации осуществляется блоком обработки информации 33 в тот момент, когда с датчиков модулей 11 совпали, в других случаях прохождение сигналов с информационной линейки датчиков 12 заблокировано, Таким образом, перекрытие светового потока (в течение определенного времени, зависящего от ширины зуба гребенки) в оптоволоконных парах конечных выключателей 19 и 20 воспринимается блоком фотопреобразователей 32, сигналы с которого поступают в блок обработки информации 33. Совместное срабатывание двух выключателей подготавливает, например, с помощью логической цепочки И команду на считывание сигналов с датчиков информационной линейки 12, которая в это время находится точно под рядом отверстий 13. Одиночное же срабатывание датчика 19 (или 20) соответствует тому, что информационная линейка датчиков находится в левом (или правом) конечном положении, Технически не представляет трудности

1815223

30

40

55 проводить синхронизацию считывания информации с линейки датчиков 12 с небольшой задержкой по сигналу срабатывания любого из конечных выключателей (или 19, или 20). Задержка учтет состязание сигналов (из-за разброса параметров электрических схем, а также неточности изготовления гребенки и перекосы информационной линейки при ее движении), если же после временной задержки окажется, что выключатели 19 и 20 сработали, то происходит считывание сигналов с информационной линейки 12, После прохождения информационной линейки 12 под отверстиями 13 происходит вначале выключение одного из конечных выключателей (или 19, или 20), при этом размыкается логическая цепь И и считывание информации аапрещается. Опрос выключателей 19, 20 производится с блока обработки информации также с определенной задержкой.

Если сигналы с обоих выключателей не проходят (зубья гребенки пройдены), то опрос датчиков информационной линейки 12 не производится, если же линейка пришла в правое или левое конечное положение, то

Проходит сигнал только с одного выключателя {19 или 20). В процессе считывания информации линейка датчиков приходит в крайнее правое положение (см. фиг.1), при этом срабатывает конечный выключатель

20, flo сигналу которого подача сжатого воздуха в датчики уменьшается (расход воздуха достаточен только для охлаждения световодов, размещенных в трубчатом элементе 15), Цикл считывания информации о положении манипулируемого предмета в губках схвата очувствленного робота можно считать окон,ченным. После установки детали, например в штампе {т.е, после прохождения команды на разжим губок схвата) пневморегулятор

16 осуществляет интенсивную подачу сжатого воздуха в блок струйных датчиков. При этом происходит ускоренное охлаждение трубчатого элемента 15 и он принимает первоначальную форму, которую он имел до нагрева. При этом пружины 26 возвращают информационную линейку в исходное левое положение. Интенсивная подача воздуха в струйные датчики 11 прекращается по сигналу с конечного датчика 19, Во время обратного хода прохождение в блок 33 сигналов с информационной линейки датчиков заблокировано. Блок обработки информации 33, представляющий собой или специальное вычислительное устройство, или BbllloflMGHíûé на базе. стандартной микроЭВМ, запоминает информацию, поступающую с информационной линейки датчиков и проводит ее обработку по определенному алгоритму. С помощью этой информации можно определить форму и распознать предмет, определить его положение в губках схвата и соответствующим образом корректировать работу промышленного робота.

Предлагаемая конструкция схвата очувствленного робота позволяет значительно упростить его конструкцию по сравнению с базовым объектом — схватом СТ вЂ” 2, разработанном в Ленинградском политехническом институте. Разрешающая способность (количество считываемых точек информации о манипулируемом предмете с единицы его площади) предлагаемого схвата приблизительно в десять раэ выше разрешающей способности базового объекта, а количество информационных датчиков примерно в два раза меньше. По предварительным подсчетам стоимость изготовления предлагаемого схвата будет на 30 — 35% ниже стоимости базового объекта, Предлагаемый схват промышленного робота прост в изготовлении и имеет повышенну о разрешающую способность. Конструкцию схвата также отличает компактное расположение информационной линейки датчиков, простота их приводного устройства, технологичность изготовления струйных датчиков, выполняемых из термостойких пластмасс или керамики, а также повышенная надежность устройства, что позволяет успешно использовать схват при работе с деталями, нагретыми до высоких температур, в цехах термической обработки, штамповки и ковки.

Формула изобретения

1. Очувствленный схват робота, содержащий корпус, на котором установлены перфорированные губки с приводом их перемещения, сенсорные пневматические датчики, образующие информационную линейку, установленную в направляющих элементах одной иэ губок, привод перемещения информационной линейки, два конечных выключателя, источник высокого давления, блок обработки информации, соединенный с датчиками и выключателями, о т л и ч а ю щ.и и с я тем, что, с целью повышения надежности и расширения области применения эа счет исключения влияния состояния поверхности захватываемого объекта на процесс его опознания, он дополнительно. содержит узел синхронизации, выполненный в виде гребенки, установленной неподвижно внутри губки схвата симметрично относительно отверстий перфорации, при этом конечные выключатели выполнены в виде пар.оптоволоконных преобразователей, симметрично расположенных на информационной линейке, причем зубья гребенки имеют возможность пере18.15223 крытия светового потока в упомянутых парах, соединенных с помощью световодов с дополнительно введенным блоком фотопреобразователей, выход которого связан с входом блока обработки информации, при 5 этом привод информационной линейки выполнен в виде трубчатого элемента из материала с эффектом памяти формы, соединяющего корпус губки с информационной линейкой и пневматически соединяюще- 10

r0 источник высокого давления и сенсорные датчики, выполненные с оптоволоконными преобразователями; причем внутри трубчатого элемента размещены световоды оптоволо- конных преобразователей. 15

2. Схват по п.1, отличающийся тем, что расстояние между парами оптоволоконных преобразователей конечных выключателей. шаг зубьев гребенки и число зубьев определяются следующими зависимостями:

L»«/L = целое число, пэуб = 2 hnep = 2 hnoc =- 1, Йэуб = заряд+ 1 выкл/! + 2, где LeblKII — расстояние между парами оптоволоконных преобразователей конечных выключателей;

L — шаг между рядами отверстий перфорации схвата;

Пэуб — ШаГ МЕжду ЗубЬяМИ ГрЕбЕНКИ;

hnep — первый шаг между зубьями гребенки;

hnoc — последний шаг между зубьями гребенки; йэуб — число зубьев гребенки;

N»q — число рядов отверстий перфорации схвата.

1815223

11

РУ

М

29

7Ю

Составитель В. Березовик

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор В, Петраш

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент"; r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1616 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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