RU2154569C1

RU2154569C1 - Arm-type device for passing of articles

Info

Publication number: RU2154569C1
Application number: RU99115407A
Authority: RU
Inventors: А.С. Горлатов
Original assignee: Калининградский государственный технический университет
Priority date: 1999-07-14
Filing date: 1999-07-14
Publication date: 2000-08-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; applicable in performance of auxiliary operations in service of equipment of different branches of mechanical engineering. SUBSTANCE: mounted on movable base is actuating mechanism with driving link and jaw for gripping of articles. Base may be turned under action of mechanism in the form of hinged four-link member whose outlet link is rigidly connected with the movable base. Driving links of turning mechanism and actuating mechanism are kinematically interconnected. Hinged four-link member may be made in the form of crank-rocker mechanism with outlet link in the form of crank. Ratio of lengths of mechanism links is preset by specified mathematical expression. Gripping jaws are secured to outlet links of actuating mechanism. Driving link of actuating mechanism presents unit of two driving cams. Kinematic chain of driving links of turning and actuating mechanisms may be in the form of pulleys and flexible members. Movable base may be hinged to axle of rocking of outlet link of turning mechanism and provided with supporting roller installed in curved recess of plate. EFFECT: increased mobility of drive; increased device efficiency. 6 cl, 1 dwg

Description

Предполагаемое изобретение относится к комбинированным механизмам со сложным движением выходных звеньев, которые применяются для выполнения вспомогательных операций при обслуживании машин, станков, прессов, устройств различного целевого назначения. Такие манипуляционные механизмы, имитируя определенные движения рук человека, обеспечивают захват предмета (объекта манипулирования), его перемещение из одной позиции в другую, освобождение предмета. The alleged invention relates to combined mechanisms with a complex movement of the output links, which are used to perform auxiliary operations in the maintenance of machines, machine tools, presses, devices for various purposes. Such manipulation mechanisms, imitating certain movements of a person’s hands, provide capture of an object (object of manipulation), its movement from one position to another, and release of the object.

Известно, например, манипуляционное устройство, обеспечивающее захват предмета, его перемещение по дуге окружности и освобождение, содержащее исполнительный механизм с губками для захвата предметов, механизм поворота и гидропривод (Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1987. -С. 9 и 10, рис. а - прототип). Данное устройство является средством того же назначения, что и предполагаемое изобретение. It is known, for example, a manipulation device that provides for the capture of an object, its movement along an arc of a circle and its release, containing an actuator with jaws for gripping objects, a rotation mechanism and a hydraulic drive (Krainev A.F. Dictionary of Mechanisms. - M.: Mechanical Engineering, 1987. - S. 9 and 10, Fig. A - prototype). This device is a tool for the same purpose as the alleged invention.

Основным недостатком данного устройства являются усложненность привода и малая частота повторения рабочих циклов, т.е. невысокая производительность. Указанный недостаток предопределен наличием отдельных двигателей для механизмов захвата и поворота, а также использованием тихоходного гидравлического привода. Недостаток особенно ощутим при агрегатировании устройства с машинами-автоматами и линиями высокой производительности. The main disadvantage of this device is the complexity of the drive and the low frequency of repetition of duty cycles, i.e. low productivity. This drawback is predetermined by the presence of separate engines for gripping and turning mechanisms, as well as the use of a low-speed hydraulic drive. The disadvantage is especially noticeable when aggregating the device with automatic machines and high-performance lines.

Задачей настоящего изобретения является повышение мобильности привода и обеспечение возможности увеличения производительности устройства. The objective of the present invention is to increase the mobility of the drive and the possibility of increasing the productivity of the device.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве типа "рука" для передачи предметов, содержащем комбинированный механизм, выполненный в виде подвижного основания, несущего исполнительный механизм с ведущим звеном и губками для захвата предметов, механизма поворота подвижного основания, включающего ведущее звено, и привода, механизм поворота основания выполнен в виде шарнирного четырехзвенника, выходное звено которого жестко соединено с подвижным основанием, а ведущие звенья механизма поворота основания и исполнительного механизма кинематически связаны между собой. The solution to this problem is achieved by the fact that in a device of the "hand" type for transferring objects containing a combined mechanism made in the form of a movable base carrying an actuator with a driving link and jaws for gripping objects, a rotating mechanism of the movable base, including the driving link, and a drive , the rotation mechanism of the base is made in the form of a hinged four-link, the output link of which is rigidly connected to the movable base, and the leading links of the rotation mechanism of the base and the executive mechanism kinematically connected.

Шарнирный четырехзвенник выполнен в виде кривошипно- коромыслового механизма, с выходным звеном в виде коромысла, а соотношение длин звеньев упомянутого механизма определено следующим выражением:
(1+λ₁)² = λ $\binom{2}{2}$ +λ $\binom{2}{3}$ , (1)
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 - расстояние между центрами вращения кривошипа и качания коромысла.The articulated four-link is made in the form of a crank-rocker mechanism, with the output link in the form of a rocker arm, and the ratio of the lengths of the links of the said mechanism is determined by the following expression:
(1 + λ ₁ ) ² = λ $\binom{2}{2}$ + λ $\binom{2}{3}$ , (1)
where λ ₁ is the relative length of the crank;
λ ₂ - the relative length of the connecting rod;
λ ₃ - the relative length of the rocker;
λ ₁ = r / d, λ ₂ = l / d, λ ₃ = b / d;
r, l, b - the length of the crank, connecting rod, rocker arm, respectively;
d is the distance between the centers of rotation of the crank and rocker arm.

Исполнительный механизм выполнен с выходными звеньями, на которых жестко закреплены губки для захвата предметов, ведущее звено исполнительного механизма выполнено в виде блока из двух ведущих кулачков, а оси кулачков и упомянутых выходных звеньев закреплены на подвижном основании. The actuator is made with output links, on which the jaws for gripping objects are rigidly fixed, the leading link of the actuator is made in the form of a block of two leading cams, and the axis of the cams and the mentioned output links are fixed on a movable base.

Кинематическая связь ведущих звеньев механизма поворота основания и исполнительного механизма выполнена в виде шкивов и гибких элементов, при этом шкивы смонтированы на валу кривошипа, на оси качания коромысла и непосредственно на блоке кулачков соосно оси его вращения. The kinematic connection of the leading links of the base rotation mechanism and the actuator is made in the form of pulleys and flexible elements, while the pulleys are mounted on the crank shaft, on the rocker axis of the rocker arm and directly on the cam block coaxially with its rotation axis.

К тому же устройство снабжено плитой с криволинейным пазом, а подвижное основание шарнирно связано с осью качания выходного звена механизма поворота основания и снабжено опорным роликом, установленным в упомянутом криволинейном пазу. In addition, the device is equipped with a plate with a curved groove, and the movable base is pivotally connected to the swing axis of the output link of the base rotation mechanism and is equipped with a support roller installed in the curved groove.

Кроме того, шкив, смонтированный на оси качания коромысла, выполнен двухручьевым. In addition, the pulley mounted on the axis of swing of the rocker arm is made double-strand.

Заявляемое устройство отличается от прототипа сочетанием конструктивных элементов и наличием связи между элементами, обеспечивающей отбор мощности на механизмы поворота основания и захвата предметов от одного электромеханического привода. Предложенная связь конструктивных элементов и взаимное расположение элементов в совокупности обеспечивают возможность быстродействия устройства и соответствующего повышения его производительности по числу рабочих циклов. The inventive device differs from the prototype by the combination of structural elements and the presence of a connection between the elements, providing power take-off for the mechanisms of rotation of the base and the capture of objects from one electromechanical drive. The proposed connection of structural elements and the relative positions of the elements in the aggregate provide the possibility of speed of the device and a corresponding increase in its productivity in terms of the number of work cycles.

Выбор шарнирного четырехзвенника с соотношением длин звеньев (1+λ₁)² = λ $\binom{2}{2}$ +λ $\binom{2}{3}$ для реализации качательного движения основания имеет свои преимущества. Четырехзвенник с таким соотношением длин звеньев является нецентральным кривошипно-коромысловым механизмом, временные интервалы его рабочих и холостых ходов не равны. Более длительный интервал движения коромысла используется в качестве рабочего хода для передачи предмета из одной позиции в другую. Обратный ход является холостым, поскольку выполняется без нагрузки. Таким образом, прямой ход (с нагрузкой) выполняется при меньшей скорости, а холостой ход (без нагрузки) при большей скорости. Такое сочетание скоростей выходного звена и его нагружения дает возможность уменьшить расход энергии на реализацию процесса.The choice of the articulated four link with the ratio of the lengths of the links (1 + λ ₁ ) ² = λ $\binom{2}{2}$ + λ $\binom{2}{3}$ for the implementation of the rocking motion of the base has its advantages. A four link with such a ratio of link lengths is an off-center crank-rocker mechanism, the time intervals of its working and idle strokes are not equal. A longer interval of movement of the rocker arm is used as a working stroke for transferring an object from one position to another. Reverse is idle because it is carried out without load. Thus, the forward stroke (with load) is performed at a lower speed, and idle (without load) at a higher speed. This combination of output link speeds and loading makes it possible to reduce energy consumption for the implementation of the process.

Преимущества кулачкового механизма захвата предметов заключаются в том, что выходные звенья таких механизмов и жестко связанные с ними рабочие губки могут в зависимости от профиля кулачков совершать движение по любому заданному закону. Это позволяет с учетом формы и массы предмета (объекта манипулирования) принять тот или иной наиболее предпочтительный закон движения губок. Исполнительный механизм при таком конструктивном его исполнении может эффективно выполнять операции захвата, перемещения и освобождения объекта манипулирования. The advantages of the cam mechanism for capturing objects are that the output links of such mechanisms and the working jaws rigidly connected with them can, depending on the profile of the cams, move according to any given law. This allows taking into account the shape and mass of the object (object of manipulation) to adopt one or another most preferred law of movement of the sponges. The actuator with such a constructive execution of it can effectively perform the operations of capturing, moving and releasing the manipulated object.

Гибкая связь между механизмом поворота основания и исполнительным механизмом с губками для захвата предметов обеспечивает синхронность движения их ведущих звеньев и упрощает отбор мощности от одного электромеханического привода. A flexible connection between the mechanism of rotation of the base and the actuator with jaws for gripping objects ensures synchronized movement of their leading links and simplifies the selection of power from one electromechanical drive.

Наличие опорного ролика на подвижном основании способствует уменьшению упругих деформаций основания при работе устройства, возникающих при значительных массах объектов манипулирования. Это означает, что наличие ролика уменьшает консоль в креплении подвижного основания относительно оси его качания, повышает жесткость основания и точность функционирования устройства. The presence of a support roller on a moving base helps to reduce the elastic deformations of the base during operation of the device, arising from significant masses of objects of manipulation. This means that the presence of a roller reduces the cantilever in the mounting of the movable base relative to its swing axis, increases the rigidity of the base and the accuracy of the operation of the device.

Выполнение шкива, смонтированного на оси качания коромысла, двухручьевым дает возможность размещать гибкие элементы кинематической связи в параллельных плоскостях. Это уменьшает число шкивов и упрощает конструкцию устройства. The implementation of the pulley mounted on the axis of swing of the rocker arm, double-strand makes it possible to place the flexible elements of the kinematic connection in parallel planes. This reduces the number of pulleys and simplifies the design of the device.

На чертеже представлено устройство типа "рука" для передачи предметов, кинематическая схема. The drawing shows a device of the type "hand" for transferring objects, a kinematic diagram.

Устройство содержит подвижное основание 1, несущее исполнительный механизм 2 с губками 3 для захвата предметов, механизм 4 поворота основания, который обеспечивает возвратно-поворотное движение упомянутого основания 1, и привод 5. The device comprises a movable base 1, carrying an actuator 2 with jaws 3 for gripping objects, a mechanism 4 for turning the base, which provides a reciprocating movement of said base 1, and a drive 5.

Механизм 4 включает шарнирно связанные кривошип 6, шатун 7, выходное звено 8 и стойку 9, при этом с выходным звеном жестко соединено подвижное основание 1, которое для повышения жесткости может иметь дополнительно шарнирную связь с осью 10 качания выходного звена 8. Длины звеньев механизма 4 соответствуют выражению (1). The mechanism 4 includes a pivotally connected crank 6, a connecting rod 7, an output link 8 and a rack 9, while the movable base 1 is rigidly connected to the output link, which can additionally be articulated with the swing axis 10 of the output link 8. To increase the rigidity, the length of the links of the mechanism 4 correspond to the expression (1).

Исполнительный механизм 2 выполнен в виде блока из двух ведущих кулачков 11 и 12, на выходных звеньях 13 и 14 механизма закреплены губки 3 для захвата предметов, при этом блок ведущих кулачков и выходные звенья смонтированы соответственно на осях 15 и 16, жестко закрепленных на основании 1. The actuator 2 is made in the form of a block of two leading cams 11 and 12, jaws 3 are mounted on the output links 13 and 14 of the mechanism to capture objects, while the block of the leading cams and output links are mounted respectively on the axes 15 and 16, rigidly fixed to the base 1 .

Кинематическая связь кривошипа 6 механизма 4 и кулачков 11 и 12 исполнительного механизма 2 содержит шкивы 17, 18 и 19, смонтированные соответственно на валу 20 кривошипа 6, на оси 10 качания выходного звена 8 и непосредственно на блоке кулачков 11 и 12 соосно оси вращения блока, и гибкие элементы 21 и 22 для передачи вращения по схеме: вал 20 кривошипа - ось качания выходного звена 8 - блок ведущих кулачков 11 и 12. The kinematic connection of the crank 6 of the mechanism 4 and the cams 11 and 12 of the actuator 2 contains pulleys 17, 18 and 19 mounted respectively on the shaft 20 of the crank 6, on the swing axis 10 of the output link 8 and directly on the block of cams 11 and 12 coaxial to the axis of rotation of the block, and flexible elements 21 and 22 for transmitting rotation according to the scheme: the crank shaft 20 - the swing axis of the output link 8 - the block of the leading cams 11 and 12.

На подвижном основании 1 смонтирован опорный ролик 23 для взаимодействия с криволинейным пазом 24 плиты 25. Вал 20 кривошипа 6 связан с электромеханическим приводом 5. A support roller 23 is mounted on the movable base 1 for interaction with a curved groove 24 of the plate 25. The shaft 20 of the crank 6 is connected with an electromechanical drive 5.

Устройство типа "рука" для передачи предметов работает следующим образом. A device of the type "hand" for transferring objects works as follows.

При работе привода 5 вал 20 с закрепленным на нем кривошипом 6 совершает вращательное движение, которое посредством шатуна 7 преобразуется в возвратно-поворотное движение выходного звена 8, состоящее из рабочих и холостых ходов. Синхронно с выходным звеном 8 возвратно-поворотное движение совершает основание 1, несущее исполнительный механизм 2. When the drive 5 is operating, the shaft 20 with the crank 6 fixed on it performs a rotational movement, which, by means of the connecting rod 7, is converted into the reciprocating movement of the output link 8, consisting of working and idle strokes. Synchronously with the output link 8, the reciprocating movement makes the base 1, carrying the actuator 2.

Вращение вала 20 посредством шкивов 17, 18, 19 и гибких элементов 21 и 22 передается блоку ведущих кулачков 11 и 12. При вращении кулачков выходные звенья 13 и 14 механизма 2 совершают поворотные движения с выстоями заданной продолжительности, при этом губки 3 выполняют аналогичные поворотные движения. Началу рабочего хода устройства соответствует его положение в позиции загрузки предметов, при котором выходное звено 8 механизма 4 и основание 1 находятся в крайнем положении, соответствующем границе интервалов рабочего и холостого ходов. При этом губки 3 раскрыты для приема и последующего захвата предмета(ов). The rotation of the shaft 20 by means of pulleys 17, 18, 19 and flexible elements 21 and 22 is transmitted to the block of the driving cams 11 and 12. When the cams are rotated, the output links 13 and 14 of the mechanism 2 rotate with dwells of a given duration, while the jaws 3 perform similar rotary movements . The beginning of the working stroke of the device corresponds to its position in the position of loading items, in which the output link 8 of the mechanism 4 and the base 1 are in the extreme position corresponding to the border of the intervals of working and idling. In this case, the sponge 3 is opened for receiving and subsequent capture of the object (s).

В интервале рабочего хода устройства выполняются операции захвата предмета и последующего его переноса в позицию установки, сброса или укладки, при этом губки 3, находясь в сжатом состоянии, удерживают предмет, переносимый по дугообразной траектории. In the interval of the working stroke of the device, operations are carried out to capture the object and then transfer it to the installation, discharge or styling position, while the jaws 3, being in a compressed state, hold the object carried along an arcuate path.

По завершении рабочего хода губки 3 разжимаются и перестают удерживать предмет, переданный из одной позиции в другую. При выполнении холостого хода устройства положение губок (разжаты, сжаты) зависит от профилей ведущих кулачков 11 и 12. At the end of the working stroke, the jaws 3 open up and stop holding the item transferred from one position to another. When the device is idling, the position of the jaws (unclenched, compressed) depends on the profiles of the driving cams 11 and 12.

При работе устройства ролик 23 взаимодействует с криволинейным (дугообразным) пазом 24 плиты 25, исключая прогиб и вибрации основания 1. When the device is in operation, the roller 23 interacts with a curved (arcuate) groove 24 of the plate 25, excluding the deflection and vibration of the base 1.

Губки 3, закрепленные на выходных звеньях 13 и 14 исполнительного механизма 2, могут совершать поворотные движения относительно оси 16 и выстой заданной продолжительности одновременно или последовательно со смещением во времени. Этим обеспечивается возможность выбора закона движения губок, предпочтительного для передаваемых предметов. The sponges 3, mounted on the output links 13 and 14 of the actuator 2, can perform rotary movements relative to the axis 16 and the length of the set duration simultaneously or sequentially with a time offset. This provides the opportunity to choose the law of movement of the sponges, preferred for transmitted objects.

Выполнение устройства для передачи предметов в виде совокупности кинематически связанных шарнирного четырехзвенника и кулачкового механизма с двумя ведущими кулачками повышает его мобильность и обеспечивает возможность для увеличения производительности. The implementation of the device for transferring objects in the form of a set of kinematically connected articulated four-link and cam mechanism with two leading cams increases its mobility and provides an opportunity to increase productivity.

Claims

1. The device is a type of "hand" for transferring objects, containing a combined mechanism made in the form of a movable base, carrying an actuator with a drive link and jaws for gripping objects, a rotation mechanism of the movable base, including the drive link, and a drive, characterized in that the mechanism rotation of the base is made in the form of a hinged four-link, the output link of which is rigidly connected to the movable base, and the leading links of the rotation mechanism of the base and the actuator kinematically poured among themselves.

2. The device according to claim 1, characterized in that the articulated four-link is made in the form of a crank-rocker mechanism with an output link in the form of a rocker arm, and the ratio of the lengths of the links of the said mechanism is determined by the following expression:
(1 + λ ₁ ) ² = λ

\binom{2}{2}

+ λ

\binom{2}{3}

,
where λ ₁ is the relative length of the crank;
λ ₂ - the relative length of the connecting rod;
λ ₃ - the relative length of the rocker;
λ ₁ = r / d, λ ₂ = l / d, λ ₃ = b / d;
r, l, b - the length, respectively, of the crank, connecting rod, rocker arm;
d is the distance between the centers of rotation of the crank and rocker arm.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the actuator is made with output links, on which the jaws for gripping objects are rigidly fixed, the driving link is made in the form of a block of two driving cams, and the axis of the cams and said output links are fixed to movable base.

4. The device according to claim 3, characterized in that the kinematic connection of the leading links of the base rotation mechanism and the actuator is made in the form of pulleys and flexible elements, while the pulleys are mounted on the crank shaft, on the rocker axis of the rocker arm and directly on the cam block coaxially to its axis rotation.

5. The device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is equipped with a plate with a curved groove, and the movable base is pivotally connected to the swing axis of the output link of the base rotation mechanism and is equipped with a support roller installed in the curved groove.

6. The device according to claim 4, characterized in that the pulley mounted on the swing axis of the rocker arm is made of two-strand.