RU2172240C1

RU2172240C1 - "hand" type apparatus for handling articles

Info

Publication number: RU2172240C1
Application number: RU2000113152/02A
Authority: RU
Inventors: А.С. Горлатов
Original assignee: Калининградский государственный технический университет
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2001-08-20

Abstract

FIELD: multilink mechanisms with complex motion of output links used together with machines, machine tools, presses and so on. SUBSTANCE: apparatus is in the form of combination mechanism having movable base carrying actuating mechanism with jaws, rotation mechanism and drive unit. Movable base is rigidly joined with outlet link of rotation mechanism. Driving links of actuating mechanism are mounted on base with possibility of rotation, outlet links are mounted with possibility of complex motion. Driving links of actuating mechanism are kinematically joined with driving link of rotation mechanism. Kinematic circuit of driving links includes pulleys and flexible members. Actuating mechanism is in the form of set of multilink cam-leverage mechanisms; each such mechanism includes driving cam, rocker arm and outlet link. EFFECT: enlarged manufacturing possibilities, enhanced efficiency of apparatus. 6 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к многозвенным комбинированным механизмам со сложным движением выходных звеньев, применяемым для выполнения вспомогательных операций при обслуживании машин, станков, прессов, устройств различного целевого назначения. Такие манипуляционные механизмы, имитируя определенные движения рук человека, обеспечивают захват изделия (объекта манипулирования), его перемещение из одной позиции в другую и освобождение изделия. The invention relates to multi-link combined mechanisms with a complex movement of the output links 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 for the capture of the product (object of manipulation), its movement from one position to another and the release of the product.

Известно, например, манипуляционное устройство, обеспечивающее захват изделия, его перемещение по дуге окружности и освобождение, содержащее исполнительный механизм с губками для захвата (охвата) изделий, механизм поворота и гидропривод (Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1987. - С. 9 и 10, рис. а - прототип). It is known, for example, a handling device that provides for the capture of the product, its movement along an arc of a circle and its release, containing an actuator with jaws for gripping (covering) the products, a rotation mechanism and a hydraulic drive (Krainev A.F. Dictionary of Mechanisms. - M. : Engineering, 1987. - S. 9 and 10, Fig. A - prototype).

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. Кроме того, у такого устройства ограничены возможности технологического манипулирования, поскольку захват обеспечивает перемещение объекта манипулирования лишь по простейшей траектории - дуге окружности. Этим исключается возможность использования устройства для перемещения объектов по более сложным траекториям. 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. In addition, the possibility of technological manipulation is limited for such a device, since the capture ensures that the manipulated object moves only along the simplest path — an arc of a circle. This eliminates the possibility of using the device to move objects along more complex paths.

Задачей настоящего изобретения является расширение технологических возможностей и повышение производительности устройства. The objective of the present invention is to expand technological capabilities and increase the productivity of the device.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве типа "рука" для передачи изделий, выполненном в виде комбинированного механизма, содержащего подвижное основание, несущее исполнительный механизм с губками для захвата изделий, механизм поворота и привод, подвижное основание жестко соединено с выходным звеном механизма поворота, ведущие звенья исполнительного механизма смонтированы на основании с возможностью вращения, а выходные звенья - с возможностью сложного движения, при этом ведущие звенья исполнительного механизма кинематически связаны с ведущим звеном механизма поворота. The solution to this problem is achieved by the fact that in the device of the type "hand" for transferring products, made in the form of a combined mechanism containing a movable base, carrying an actuator with jaws to capture products, the rotation mechanism and the drive, the movable base is rigidly connected to the output link of the rotation mechanism , the leading links of the actuator are mounted on the base with the possibility of rotation, and the output links with the possibility of complex movement, while the leading links of the actuator to inematically related to the leading link of the rotation mechanism.

Исполнительный механизм выполнен в виде совокупности двух многозвенных кулачково-рычажных механизмов, каждый из которых содержит ведущий кулачок, коромысло и выходное звено, при этом коромысло шарнирно связано с основанием и выходным звеном, последнее сопряжено с основанием с возможностью поворотного и поступательного движения. The actuator is made in the form of a combination of two multi-link cam-lever mechanisms, each of which contains a leading cam, a rocker and an output link, while the rocker is pivotally connected to the base and the output link, the latter is coupled to the base with the possibility of rotary and translational motion.

Кинематическая связь ведущих звеньев содержит шкивы и гибкие элементы, при этом шкивы смонтированы на валу ведущего и оси ведомого звеньев механизма поворота и непосредственно на оси вращения ведущих кулачков. The kinematic connection of the leading links contains pulleys and flexible elements, while the pulleys are mounted on the shaft of the driving and axis of the driven links of the rotation mechanism and directly on the axis of rotation of the driving cams.

Губки для захвата изделий закреплены на концах выходных звеньев исполнительного механизма. Jaws for gripping products are fixed at the ends of the output links of the actuator.

При этом свободный конец каждого выходного звена исполнительного механизма выполнен в виде вилки для взаимодействия с пальцем, укрепленным на подвижном основании. In this case, the free end of each output link of the actuator is made in the form of a fork for interaction with a finger mounted on a movable base.

Кроме того, ведущие кулачки жестко соединены между собой и со шкивом, при этом соединение смонтировано на общей оси с возможностью вращения. In addition, the drive cams are rigidly connected to each other and to the pulley, while the connection is mounted on a common axis with the possibility of rotation.

Заявляемое устройство отличается от прототипа сочетанием конструктивных элементов и наличием связи между элементами, обеспечивающей отбор мощности на механизмы поворота основания и захвата изделий от одного электромеханического привода. Предложенная связь конструктивных элементов и взаимное расположение элементов в сочетании обеспечивают возможность быстродействия устройства и соответствующего повышения его производительности. 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 products from one electromechanical drive. The proposed connection of structural elements and the relative position of the elements in combination provide the possibility of speed of the device and a corresponding increase in its performance.

Жесткое соединение основания, несущего исполнительный механизм, с выходным звеном (т.е. с качающейся кулисой) механизма поворота дает возможность при необходимости увеличивать угол качания основания до 160-170^o. Это расширяет диапазон использования устройства на операциях передачи, отличающихся одна от другой расстояниями между позициями выдачи и приема изделий. Кинематическая связь ведущих звеньев исполнительного механизма и механизма поворота с отбором мощности от одного электромеханического привода обеспечивает необходимую синхронность движения выходных звеньев обоих механизмов.A rigid connection of the base bearing the actuator with the output link (i.e. with a swinging link) of the rotation mechanism makes it possible, if necessary, to increase the angle of swing of the base to 160-170 ^o . This extends the range of use of the device in transmission operations, differing from one another by the distances between the positions of the issuance and reception of products. The kinematic connection of the leading links of the actuator and the rotation mechanism with power take-off from one electromechanical drive provides the necessary synchronization of the movement of the output links of both mechanisms.

Выполнение исполнительного механизма в виде совокупность двух многозвенных кулачково-рычажных механизмов обеспечивает сложное движение их выходных звеньев, несущих губки для захвата изделий. Губки совершают возвратно-поворотное движение вместе с подвижным основанием, а также возвратно-поворотное и возвратно-поступательное движение с выстоями относительно основания. Такой характер движения выходных звеньев с губками расширяет технологические возможности устройства. Исполнительный механизм в предлагаемом исполнении может эффективно выполнять операции захвата, переноса и освобождения объекта манипулирования. The execution of the actuator in the form of a combination of two multi-link cam-lever mechanisms provides a complex movement of their output links carrying jaws to capture products. Sponges make a reciprocating movement together with a movable base, as well as a reciprocating and reciprocating movement with dwells relative to the base. This nature of the movement of the output links with jaws expands the technological capabilities of the device. The actuator in the proposed design can effectively perform the operations of capture, transfer and release of the manipulated object.

Гибкая связь между механизмом поворота и исполнительным механизмом с губками для захвата изделий обеспечивает синхронность движения их ведущих и ведомых звеньев и упрощает отбор мощности от одного привода. A flexible connection between the rotation mechanism and the actuator with jaws for gripping the products ensures synchronized movement of their leading and driven links and simplifies the selection of power from a single drive.

Выполнение концевой части каждого выходного звена в виде вилки для взаимодействия с пальцем подвижного основания имеет свои преимущества: упрощение конструкции, поскольку оба звена сопрягаются с основанием посредством одного пальца; уменьшение потерь на трение, так как исключены низшие поступательные пары трения (ползуны). The implementation of the end part of each output link in the form of a fork for interacting with the finger of the movable base has its advantages: simplification of the design, since both links are mated to the base with one finger; reduction of friction losses, since lower translational friction pairs (sliders) are excluded.

Жесткое соединение ведущих кулачков между собой и со шкивом упрощает установку кулачков с учетом фазовых углов и надежно обеспечивает синхронность их движения. A rigid connection of the leading cams with each other and with the pulley simplifies the installation of cams taking into account phase angles and reliably ensures the synchronization of their movement.

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

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

Механизм 4 включает подвижно связанные кривошип 6, выходное звено (кулису) 7 и стойку 8, при этом с выходным звеном жестко соединено подвижное основание 1, шарнирно связанное с осью 9 качания выходного звена. Длины звеньев механизма 4 соответствуют выражению
(λ = r/d = sin(γ/2))<1,
где λ - характерный параметр механизма: относительная длина кривошипа;
r - длина ведущего звена, т.е. длина кривошипа;
d - межцентровое расстояние: расстояние между центрами вращения кривошипа и качания кулисы.The mechanism 4 includes a movably connected crank 6, an output link (link) 7 and a rack 8, while the movable base 1 is rigidly connected to the output link, pivotally connected to the swing axis 9 of the output link. The lengths of the links of the mechanism 4 correspond to the expression
(λ = r / d = sin (γ / 2)) <1,
where λ is a characteristic parameter of the mechanism: the relative length of the crank;
r is the length of the leading link, i.e. crank length;
d is the center distance: the distance between the centers of rotation of the crank and rocker swing.

γ - полный угол размаха выходного звена, т.е. кулисы. γ is the total angle of the output link, i.e. backstage.

Исполнительный механизм 2 выполнен в виде совокупности двух кулачково-рычажных механизмов, состоящей из ведущих кулачков 10 и 11 соответственно коромысел 12 и 13 и выходных звеньев 14 и 15, при этом на концах последних закреплены губки 3 для захвата изделий. Кулачки и коромысла смонтированы соответственно на осях 16 и 17, жестко закрепленных на основании 1. Каждое коромысло шарнирно связано с соответствующим выходным звеном 14 или 15, свободные концы выходных звеньев выполнены в виде вилок для сопряжения с пальцем 18, закрепленным на подвижном основании. The actuator 2 is made in the form of a combination of two cam-lever mechanisms, consisting of the leading cams 10 and 11, respectively, the rocker arm 12 and 13 and the output links 14 and 15, while the ends of the latter are fixed jaws 3 to capture products. The cams and rockers are mounted respectively on the axes 16 and 17, rigidly fixed on the base 1. Each rocker is pivotally connected to the corresponding output link 14 or 15, the free ends of the output links are made in the form of forks for interfacing with the finger 18, mounted on a movable base.

Кинематическая связь кривошипа 6 механизма 4 и кулачков 10 и 11 исполнительного механизма 2 содержит шкивы 19, 20 и 21, смонтированные соответственно на валу кривошипа 6, на оси 9 качания выходного звена 7 и на оси 16 вращения кулачков, и гибкие элементы 22 и 23 для передачи вращения по схеме: вал кривошипа - шкив 20 - шкив 21, жестко соединенный с ведущими кулачками 10 и 11. The kinematic connection of the crank 6 of the mechanism 4 and the cams 10 and 11 of the actuator 2 contains pulleys 19, 20 and 21 mounted respectively on the shaft of the crank 6, on the oscillation axis 9 of the output link 7 and on the axis of rotation of the cams 16, and flexible elements 22 and 23 for rotation transmission according to the scheme: crank shaft - pulley 20 - pulley 21, rigidly connected to the leading cams 10 and 11.

На подвижном основании 1 смонтирован опорный ролик 24 для взаимодействия с криволинейным пазом 25 плиты 26. Вал кривошипа 6 связан с электромеханическим приводом 5 устройства. A support roller 24 is mounted on the movable base 1 for interacting with a curved groove 25 of the plate 26. The crank shaft 6 is connected to the electromechanical drive 5 of the device.

Устройство типа "рука" для передачи изделий работает следующим образом. A device of the type "hand" for transferring products operates as follows.

При работе привода 5 вал кривошипа 6 совершает вращательное движение, которое преобразуется в возвратно-поворотное движение выходного звена (кулисы) 7 механизма 4. Синхронно с выходным звеном 7 возвратно-поворотное движение совершает основание 1, несущее исполнительный механизм 2. When the drive 5 is operating, the crank shaft 6 rotates, which is converted into the reciprocating movement of the output link (link) 7 of the mechanism 4. Synchronously with the output link 7, the reciprocating movement makes the base 1 carrying the actuator 2.

Вращение вала привода 5 посредством шкивов 19, 20 и 21 и гибких элементов 22 и 23 передается ведущим кулачкам 10 и 11 исполнительного механизма. При вращении кулачков оба коромысла 12 и 13 совершают возвратно-поворотные движения с выстоями заданной продолжительности, а выходные звенья 14 и 15 с губками 3 совершают сложные движения, при этом каждое выходное звено совершает поворотное и поступательное движение относительно основания. The rotation of the drive shaft 5 by means of pulleys 19, 20 and 21 and flexible elements 22 and 23 is transmitted to the drive cams 10 and 11 of the actuator. When the cams rotate, both rocker arms 12 and 13 make reciprocating movements with dwells of a given duration, and output links 14 and 15 with jaws 3 make complex movements, with each output link making a rotary and translational motion relative to the base.

Началу рабочего хода устройства соответствует его положение в позиции загрузки (схвата) изделий, при котором выходное звено 7 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 изделия. The beginning of the working stroke of the device corresponds to its position in the loading (gripping) position of the products, at which the output link 7 of the mechanism 4 and the base 1 are in the extreme position corresponding to the boundary of the intervals of the working and idle strokes. In this case, the jaws 3 are opened for receiving and subsequent capture of the product.

По завершении рабочего хода, т.е. после поворота основания 1 на угол размаха γ, губки 3 разжимаются и перестают удерживать изделие, переданное из одной позиции в другую. При выполнении холостого хода устройства положение губок (разжаты, сжаты) зависит от профилей ведущих кулачков 10 и 11. Upon completion of the stroke, i.e. after the base 1 is rotated by a swing angle γ, the jaws 3 are unclenched and cease to hold the product 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 10 and 11.

При работе устройства ролик 24 взаимодействует с криволинейным (дугообразным) пазом 25 плиты 26, исключая прогиб и вибрацию основания 1. When the device is in operation, the roller 24 interacts with a curved (arcuate) groove 25 of the plate 26, excluding the deflection and vibration of the base 1.

Губки 3, закрепленные на выходных звеньях 14 и 15 исполнительного механизма 2, могут совершать поворотные и поступательные движения относительно основания 1 и выстой заданной продолжительности одновременно или со смещением во времени. Этим обеспечивается возможность выбора закона движения губок, предпочтительного для передаваемых изделий. The sponges 3, mounted on the output links 14 and 15 of the actuator 2, can perform rotary and translational movements relative to the base 1 and the stand of a given duration at the same time or with a time offset. This provides the opportunity to choose the law of movement of the jaws, preferred for the transferred products.

Выполнение устройства для передачи изделий в виде системы кинематически связанных между собой кулисного механизма с качающимся выходным звеном и совокупности двух многозвенных кулачково-рычажных механизмов, работающих от общего электромеханического привода, упрощает конструкцию и обеспечивает возможность для повышения производительности. The implementation of the device for transmitting products in the form of a kinematically connected rocker mechanism with a swinging output link and a combination of two multi-link cam and lever mechanisms operating from a common electromechanical drive simplifies the design and provides an opportunity to increase productivity.

Claims

1. A device of the "hand" type for transferring products, made in the form of a combined mechanism, comprising a movable base, an actuator with jaws for gripping products, a rotation mechanism and a drive, characterized in that the movable base is rigidly connected to the output link of the rotation mechanism, leading the links of the actuator are mounted on the base with the possibility of rotation, and the output links with the possibility of complex movement, while the leading links of the actuator are kinematically connected with the leading m link of the rotation mechanism.

2. The device according to claim 1, characterized in that the actuator is made in the form of a combination of two multi-link cam-link mechanisms, each of which contains a leading cam, a beam and an output link, while the beam is pivotally connected to the base and the output link, which is paired with the base with the possibility of translational and rotary motion.

3. The device according to claim 2, characterized in that the kinematic connection of the leading links contains pulleys and flexible elements, while the pulleys are mounted on the shaft of the driving and axis of the driven links of the rotation mechanism and directly on the axis of rotation of the driving cams.

4. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the jaws for gripping the products are fixed at the ends of the output links of the actuator.

5. The device according to claim 1, 2 or 4, characterized in that the free end of each output link is made in the form of a plug for interaction with a finger mounted on the base.

6. The device according to claim 2 or 3, characterized in that the driving cams are rigidly connected to each other and to the pulley, while the connection is mounted on a common axis with the possibility of rotation.