Устройство типа "рука" для передачи изделий

Изобретение относится к комбинированным механизмам со сложным движением выходных звеньев, которые применяются при обслуживании машин, станков, устройств различного назначения. Устройство содержит передаточный механизм с выходным звеном и исполнительный механизм с ведущим звеном в виде неподвижного копира и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий и шарнирно соединены с выходным звеном передаточного механизма, и привод. Передаточный механизм выполнен в виде шарнирно-рычажного многозвенника, который содержит, по меньшей мере, два спаренных коромысла, а его выходное звено выполнено с возможностью плоскопараллельного движения. Спаренные коромысла выполнены равновеликими по длине, каждое из них одним концом шарнирно связано со стойкой, а другим - с выходным звеном, при этом расстояния между шарнирами на стойке и на выходном звене равны. Изобретение позволит повысить эффективность работы устройства при передаче изделий, допускающих их перемещение только в горизонтальном положении. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к комбинированным механизмам со сложным движением выходных звеньев, которые применяются для выполнения вспомогательных операций при обслуживании технологических машин и устройств различного целевого назначения. Такие манипуляционные механизмы, имитируя определенные движения рук человека, обеспечивают захват изделия (объекта манипулирования), его перемещение из одной позиции в другую, освобождение и передачу изделия.

Известно, например, манипуляционное устройство, обеспечивающее захват изделия, его перемещение по дуге окружности и освобождение, содержащее исполнительный механизм с губками для захвата изделий, механизм поворота и гидропривод (Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1987. - С.9 и 10, рис.а).

Основными недостатками данного устройства являются усложненность привода и малая частота повторения рабочих циклов, т.е. невысокая производительность. Указанный недостаток является результатом использования отдельных двигателей для механизмов захвата и поворота, а также применения тихоходного гидравлического привода. Недостаток особенно ощутим при агрегатировании устройства с машинами-автоматами и линиями высокой производительности.

Известно также устройство типа "рука" для передачи изделий, выполненное в виде комбинированного механизма, содержащего передаточный механизм, исполнительный механизм с губками для захвата изделий и привод (патент РФ №2193963 (РФ), опубл. в БИПМ, 2002. - №34 - прототип).

Основным недостатком прототипа является недостаточная жесткость устройства, которая является результатом связи выходных звеньев исполнительного механизма непосредственно с выходным звеном (коромыслом) передаточного механизма. Это приводит к упругим деформациям звеньев при выполнении рабочих ходов (при силовом нагружении), снижающим точность функционирования устройства, последнее проявляется в снижении надежности удерживания изделий при переносе их из позиции в позицию. Повышение же жесткости путем усиления прочностных характеристик элементов конструкции в конечном счете приводит к увеличению энергозатрат на реализацию процесса.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы устройства.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве типа "рука" для передачи изделий, содержащем комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма с выходным звеном и исполнительного механизма с ведущим звеном в виде неподвижного копира и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий и шарнирно соединены с выходным звеном передаточного механизма, и привод, передаточный механизм выполнен в виде многозвенного шарнирно-рычажного механизма, который содержит, по меньшей мере, два спаренных коромысла, а его выходное звено выполнено с возможностью плоскопараллельного движения.

Спаренные коромысла выполнены равновеликими по длине, каждое из них одним концом шарнирно связано со стойкой, другим - с выходным звеном, при этом расстояния между шарнирами на стойке и на выходном звене равны.

Передаточный механизм удовлетворяет структурной формуле кинематической цепи

где W - степень подвижности механизма с одним ведущим звеном, W=1;

n - число подвижных звеньев: кривошип, шатун, два коромысла, выходное звено, n=5;

р₅ - число низших кинематических пар, p₅=7;

р₄ - число высших кинематических пар, р₄=0.

Соотношение длин звеньев передаточного механизма соответствует зависимости

где λ₁ - относительная длина кривошипа;

λ₂ - относительная длина шатуна;

λ₃ - относительная длина коромысла;

λ₁=r/d, λ₂=l/d, λ₃=b/d;

r, l, b - длина соответственно кривошипа, шатуна, коромысла;

d - длина стойки: расстояние между центрами вращения кривошипа и качания коромысла.

Выполнение передаточного механизма в виде шарнирно-рычажного многозвенника с несколькими равными по длине коромыслами позволяет иметь звено-параллелограмм, одна из сторон которого, совершающая плоскопараллельное движение, служит выходным звеном передаточного механизма. В процессах передачи изделий такое движение выходного звена передаточного механизма, несущего выходные звенья исполнительного механизма, во многих практических случаях оказывается более целесообразным, чем возвратно-поворотное движение. Например, в случае, когда изделие при перемещении должно занимать (находиться) только горизонтальное положение.

Упомянутые коромысла шарнирно связаны со стойкой (неподвижным звеном), свободный конец каждого коромысла шарнирно связан со стержнем, который является выходным звеном передаточного механизма, совершающим плоскопараллельное движение, состоящее из двух поступательных движений (движения по вертикали и движения по горизонтали).

Соответствие передаточного механизма структурной формуле кинематической цепи указывает на правильность построения кинематической схемы механизма, выбора числа подвижных звеньев и числа кинематических пар между звеньями. Для плоских механизмов упомянутое соответствие определяется равенством (1) - формулой Чебышева.

Кривошипно-коромысловый механизм, у которого соотношение длин звеньев удовлетворяет равенству (2), имеет максимальную силовую работоспособность в начале рабочего хода выходного звена. Он относится к пятой группе коромысловых механизмов (ККМ-5) в их классификации по силовой работоспособности. У механизмов данной группы угол передачи (угол между шатуном и коромыслом), который является аналогом силовой работоспособности, имеет максимальное значение μ_max=90° на одной из границ интервалов движения, а именно: в положении, когда кривошип и шатун лежат на одной линии. Большая силовая работоспособность механизма генерируется в интервале силового нагружения, т.е. рабочего хода. Это снижает энергозатраты на процесс передачи изделий.

Предлагаемое устройство типа "рука" для передачи изделий поясняется чертежом.

На чертеже изображена кинематическая схема устройства.

Устройство типа ″рука″ для передачи изделий содержит комбинированный механизм 1, выполненный в виде передаточного механизма 2 и исполнительного механизма 3 с губками 4 для захвата изделий, и привод (не показан).

Механизм 2 выполнен в виде шарнирно-рычажного многозвенника, содержащего шарнирно связанные ведущее звено-кривошип 5, шатун 6, спаренные коромысла 7 и 8, выполненное в виде стержня выходное звено 9 и неподвижное звено-стойку. Звенья 7 и 8 имеют одинаковую длину, а расстояние между центрами их качания равно расстоянию между центрами их шарнирной связи с выходным звеном 9. Коромысло 7 шарнирно связано с шатуном 6.

Исполнительный механизм 3 выполнен в виде кулачково-рычажного механизма, содержащего ведущее звено 10 в виде неподвижного кулачка-копира и выходные звенья 11 и 12, шарнирно связанные с выходным звеном 9 посредством пальца 13, жестко закрепленного на свободном конце звена 9. На свободных концах звеньев 11 и 12 смонтированы ролики соответственно 14 и 15 для сопряжения с фигурными пазами 16 и 17, выполненными в теле копира 10.

Губки 4 для захвата изделий жестко, но разъемно закреплены на выходных звеньях 11 и 12 для возможности переналадки устройства на передачу изделий другой формы. Форма губок соответствует форме передаваемых изделий, это повышает надежность удерживания изделий губками при переносе их из позиции в позицию.

На чертеже устройство представлено в положении «схват» изделия и начала рабочего хода. В этом положении кривошип 5 и шатун 6 лежат на одной прямой (образуют одну линию), а угол между шатуном и коромыслом 7 (угол передачи) составляет 90°. При этом обеспечивается наибольшая силовая работоспособность передаточного механизма в интервале рабочего хода.

Устройство типа "рука" для передачи изделий работает следующим образом.

При работе привода вращение кривошипа 5 преобразуется посредством шатуна 6 и коромысел 7 и 8 в плоскопараллельное движение выходного звена 9, несущего выходные звенья 11 и 12 исполнительного механизма. При этом ролики 14 и 15 выходных звеньев, взаимодействуя с фигурными пазами 16 и 17 копира 10, обеспечивают поворотное движение звеньев на пальце 13. Губки 4, жестко закрепленные на выходных звеньях, имитируют при этом поворотное движение последних.

В позиции «схват» изделия осуществляется подача объекта в разжатые губки. В интервале рабочего хода губки занимают сжатое положение, удерживая изделие, переносимое из одной позиции в другую. По достижении второй границы интервалов движения губки разжимаются и перестают удерживать изделие, которое выводится из устройства. При холостом (обратном) ходе устройства губки также занимают сжатое положение, поскольку ролики 14 и 15 выходных звеньев 11 и 12 взаимодействуют с теми же фигурными пазами в теле копира, что и при рабочем ходе.

Производительность устройства зависит от массы передаваемых изделий, числа изделий, переносимых губками при рабочем ходе, и закона движения выходного звена передаточного механизма.

Выполнение передаточного механизма в виде шарнирно-рычажного многозвенника, в котором выходное звено совершает плоскопараллельное движение, дает возможность повысить эффективность работы устройства при передаче изделий, допускающих их перемещение только при нахождении в горизонтальном положении.

1. Устройство типа "рука" для передачи изделий, содержащее комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма с выходным звеном и исполнительного механизма с ведущим звеном в виде неподвижного копира и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий и шарнирно соединены с выходным звеном передаточного механизма, и привод, отличающееся тем, что передаточный механизм выполнен в виде многозвенного шарнирно-рычажного механизма, содержащего, по меньшей мере, два спаренных коромысла, с возможностью плоскопараллельного движения его выходного звена.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что спаренные коромысла выполнены равновеликими по длине, каждое из них одним концом шарнирно связано со стойкой, другим - с выходным звеном, при этом расстояния между шарнирами на стойке и на выходном звене равны.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передаточный механизм выполнен удовлетворяющим структурной формуле кинематической цепи:

W=3·n-2p₅-p₄=3·5-2·7-0=1,

где W - степень подвижности механизма с одним ведущим звеном, W=1;

n - число подвижных звеньев: кривошип, шатун, два коромысла, выходное звено, n=5;

р₅ - число низших кинематических пар, р₅=7;

р₄ - число высших кинематических пар, р₄=0.

4. Устройство по п.1 или 3, отличающееся тем, что передаточный механизм выполнен с соотношениями длин звеньев, соответствующими зависимостям

(λ₁+λ₂)²+λ₃ ²=1; λ₁=r/d, λ₂=l/d; λ₃=b/d,

где λ₁ - относительная длина кривошипа;

λ₂ - относительная длина шатуна;

λ₃ - относительная длина коромысла;

r, l, b - длина соответственно кривошипа, шатуна, коромысла;

d - длина стойки - расстояние между центрами вращения кривошипа и качания коромысла.