RU2243881C2

RU2243881C2 - Robotized manipulator

Info

Publication number: RU2243881C2
Application number: RU2003105417/02A
Authority: RU
Inventors: А.И. Гончаров (RU); А.И. Гончаров
Original assignee: Государственное унитарное предприятие МПС РФ Центр внедрения новой техники и технологий "Транспорт"; Гончаров Анатолий Иванович
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2005-01-10

Abstract

FIELD: railway road transport vehicle.

SUBSTANCE: manipulator includes hand with working organ, positioning apparatus, control system. Hand is mounted on movable base with possibility of translation and rotation. Working organ is in the form of automatic clutch grip being reciprocal head part of housing of railway road automatic clutch77 provided in addition with gripping mechanism having two gripping levers and with drive unit jointly mounted in housing. Upper double-arm lever is jointly mounted on body of grip, its one arm is kinematically joined with drive unit. Lower single-arm lever is jointly mounted on housing of drive unit. Said lever is joined through tie rod with first lever; it includes automatic pneumatic valve arranged in circuit of grip body and device for locking drive unit of gripping mechanism. Positioning apparatus is made with possibility of discrete reversing rotation of grip. It is in the form of two mutually balanced hydraulic cylinders with pneumohydraulic accumulators whose rods are kinematically joined through common gearing with hand and whose hydraulic cavities are communicated with pneumohydraulic accumulators of rotation drive unit. The last is controlled by pneumatic system. Positioning apparatus may be centered by means of drive unit jointly mounted between column and carriage. Control system of manipulator is interactive one.

EFFECT: possibility of positioning working organ in different planes and automatically gripping article at simultaneous locking of it in grip at emergency condition.

5 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к неразрушающему контролю и ремонту узлов автосцепного оборудования подвижного состава, и может быть использовано при создании промышленных роботов и манипуляторов.The invention relates to railway transport, in particular to non-destructive testing and repair of nodes of automatic coupler equipment of rolling stock, and can be used to create industrial robots and manipulators.

В базовой технологии ремонт и дефектоскопирование автосцепки производится на стационарных стендах и манипуляторах с ручным и электромеханическим приводом вращения вокруг продольной оси (Коломейченко В.В. и др. Автосцепное устройство подвижного состава. - М.: Транспорт, 1991, с.с.144-145, рис.126). Известны стенды для магнитного испытания хвостовика автосцепки, содержащего станину, шпиндель с электроприводом, захват с рычагами и пневмоцилиндрами (Алексеев В.Д. и др. Ремонт вагонов. - М.: Транспорт, 1978, с.269, рис. 201; Информационный листок №1476 (В1), УДК 629. 45/46.016. - Новосибирск: Западно-Сибирская ж.д., 1993).In the basic technology, automatic coupling repair and flaw detection is carried out on stationary stands and manipulators with manual and electromechanical rotation drives around the longitudinal axis (V.V. Kolomeychenko and other rolling-stock device. - Moscow: Transport, 1991, p. 144- 145, fig. 126). Known stands for magnetic testing of the shank of an automatic coupler containing a bed, an electric spindle, a gripper with levers and pneumatic cylinders (Alekseev V.D. et al. Carriage repair. - M.: Transport, 1978, p. 269, Fig. 201; Information sheet No. 1476 (B1), UDC 629. 45 / 46.016. - Novosibirsk: West Siberian Railway, 1993).

Общими недостатками известных стендов являются их стационарное исполнение и привязка к кран-балке, вызывающая потери рабочего времени на подготовительные операции; низкая надежность захватов; отсутствие блокировки; неточность позиционирования проверяемой детали вследствие инерционности несбалансированной ее конструкции; неоправданное применение двух источников энергии.Common disadvantages of the well-known stands are their stationary performance and attachment to a crane-beam, causing loss of working time for preparatory operations; low grip reliability; lack of blocking; inaccuracy of positioning of the tested part due to the inertia of its unbalanced design; unjustified use of two sources of energy.

Известен также манипулятор, содержащий руку с рабочим органом, установленную на колонне с возможностью вращательного и поступательного движения посредством приводов, и устройство компенсации деформации элементов манипулятора с базирующим узлом и фиксатором для повышения точности позиционирования рабочего органа (Авторское свид. СССР №1556898, В 25 J 1990, опубл. 1990, Бюлл. №14).Also known is a manipulator containing a hand with a working body mounted on the column with the possibility of rotational and translational motion by means of drives, and a device for compensating the deformation of the elements of the manipulator with a base assembly and a latch to increase the accuracy of positioning of the working body (Author's certificate. USSR No. 1556898, 25 J 1990, publ. 1990, Bull. No. 14).

Основной недостаток известного манипулятора состоит в том, что он обеспечивает позиционирование рабочего органа только в одной плоскости.The main disadvantage of the known manipulator is that it provides the positioning of the working body in only one plane.

Задача изобретения заключается в том, чтобы обеспечить позиционирование рабочего органа в различных плоскостях и автоматический захват изделия с одновременной блокировкой его в захвате при аварийных ситуациях.The objective of the invention is to ensure the positioning of the working body in various planes and automatic capture of the product while blocking it in the capture in emergency situations.

Указанная задача решается тем, что в роботизированном манипуляторе, содержащем руку с рабочим органом, установленную на подвижном основании с возможностью ее поступательного и вращательного движения, устройство позиционирования, систему управления манипулятором, согласно изобретению рабочий орган выполнен в виде автоматического сцепного схвата, представляющего собой ответную головную часть корпуса железнодорожной автосцепки и дополнительно снабженного захватным механизмом с двумя захватными рычагами и приводом, шарнирно закрепленным в корпусе, причем верхний двухплечевой рычаг шарнирно установлен на корпусе схвата и одним плечом кинематически связан с приводом, нижний одноплечевой рычаг шарнирно закреплен на корпусе привода и соединен тягой с первым, а также снабжен автоматическим пневмоклапаном, установленным в контуре зацепления корпуса схвата, блокирующим устройством привода захватного механизма, дополнительно введено устройство позиционирования с возможностью дискретного реверсивного вращения схвата в виде двух взаимоуравновешенных гидроцилиндров с пневмогидроаккумуляторами, штоки которых кинематически связаны через общую передачу с рукой, а их гидравлические полости соединены с пневмогидравлическими аккумуляторами привода вращения, управляемого пневматической системой, и центровки посредством привода, шарнирно установленного между тумбой и кареткой, а система управления манипулятором выполнена интерактивной.This problem is solved in that in a robotic manipulator containing a hand with a working body mounted on a movable base with the possibility of its translational and rotational movement, a positioning device, a manipulator control system, according to the invention, the working body is made in the form of an automatic coupling grip, which is a response head part of the casing of the railway automatic coupler and additionally equipped with a gripping mechanism with two gripping levers and a drive, pivotally fixed in the housing, the upper two-arm lever pivotally mounted on the grip housing and kinematically connected to the drive with one shoulder, the lower single-arm lever pivotally mounted on the drive housing and connected to the first by a rod, and also equipped with an automatic pneumatic valve installed in the engagement circuit of the grip housing, a locking device drive gripping mechanism, an additional positioning device with the possibility of discrete reverse rotation of the gripper in the form of two mutually balanced hydraulic cylinders with pneumohydroaccumulators, the rods of which are kinematically connected through a common transmission with the hand, and their hydraulic cavities are connected to the pneumohydraulic accumulators of a rotation drive controlled by a pneumatic system and centering by means of a drive pivotally mounted between the cabinet and the carriage, and the manipulator control system is interactive.

Отличительные признаки позволяют обеспечить позиционирование рабочего органа в различных плоскостях и гарантируют автоматический захват и блокировку изделия при аварийных ситуациях.Distinctive features allow for positioning of the working body in various planes and guarantee automatic capture and locking of the product in emergency situations.

Вариант выполнения схвата манипулятора магнитным, а привод его захватного механизма в виде соленоида позволяет совместить его с магнитным способом неразрушающего контроля автосцепки.The embodiment of the gripper of the manipulator is magnetic, and the drive of its gripping mechanism in the form of a solenoid allows you to combine it with the magnetic method of non-destructive testing of the automatic coupler.

Электромеханический вариант привода вращения с кулачковым механизмом обеспечивает высокую точность позиционирования.The electromechanical version of the rotation drive with a cam mechanism provides high positioning accuracy.

Реечная передача привода вращения с обгонной муфтой упрощает и снижает его габариты.The rack and pinion drive of the rotation drive with an overrunning clutch simplifies and reduces its dimensions.

Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 показан общий вид манипулятора; на фиг.2 - вид сбоку; на фиг.3 - вид сзади; на фиг.4 - контур зацепления автосцепного схвата с автосцепкой; на фиг.5 - пневмогидравлическая схема позиционирования.The invention is illustrated by drawings: figure 1 shows a General view of the manipulator; figure 2 is a side view; figure 3 is a rear view; figure 4 - contour gearing automatic coupling with automatic coupling; figure 5 - pneumohydraulic positioning scheme.

Манипулятор содержит каретку 1 на колесах 2 с платформой 3, привод 4 ее возвратно-поступательного движения в направляющих 5 перпендикулярно направлению движения конвейера 6 ремонта автосцепок, тумбу 7, шарнирно закрепленную на платформе 3 с компактно размещенным в ней приводом 8 вращения руки 9, закрепленной на верхнем основании тумбы 7, автоматический сцепной схват 10 (далее схват), закрепленный консольно на конце руки 9 с механизмом рычажного захвата 11 и его приводом 12 и блокирующим устройством 13 привода рычажного захвата 11, привод центровки 14 вертикального позиционирования автосцепного схвата, шарнирно установленного относительно тумбы 7 и платформы 3 каретки 1, подвижного уплотнения подачи сжатого воздуха к приводу 12 вращающегося схвата 10, пневмогидравлическую систему управления (фиг.5) с ножным пультом и источник сжатого воздуха (не показаны).The manipulator contains a carriage 1 on wheels 2 with a platform 3, a drive 4 for its reciprocating motion in the guides 5 perpendicular to the direction of movement of the automatic coupler repair conveyor 6, a cabinet 7 pivotally mounted on the platform 3 with a drive 8 for arm rotation 9 compactly mounted therein, fixed on the upper base of the stand 7, an automatic grip 10 (hereinafter referred to as a grip), mounted cantilever on the end of the arm 9 with a lever gripper 11 and its drive 12 and a locking device 13 of the lever gripper 11, the alignment drive 14 the vertical positioning of the automatic coupling, pivotally mounted relative to the pedestal 7 and platform 3 of the carriage 1, the movable seal of the compressed air supply to the actuator 12 of the rotating tong 10, a pneumohydraulic control system (Fig. 5) with a foot control and a source of compressed air (not shown).

Схват 10 выполнен из головной части корпуса автосцепки 15 с контуром зацепления I (жирная линия на фиг.4) и оборудован соединительным фланцем 16 с уплотнением, двумя захватными рычагами 17, 18, при этом верхний двухплечевой рычаг 17 шарнирно смонтирован на корпусе схвата 10, одним плечом связан со штоком силового цилиндра 12 механизма захвата 11, а нижний одноплечевой рычаг 18 шарнирно закреплен на днище силового цилиндра 12. Оба рычага соединены тягой 19. Противоположные концы рычагов взаимодействуют с выступами захватываемой автосцепки 15. Форма и траектория их движения обеспечивают захват автосцепки за ее выступы и прижатие контура зацепления II автосцепки 15 к контуру I схвата 10, что гарантирует соосность схвата 10 с захваченной автосцепкой 15.The grab 10 is made of the head of the body of the automatic coupler 15 with the engagement circuit I (bold line in FIG. 4) and is equipped with a connecting flange 16 with a seal, two gripping levers 17, 18, while the upper two-arm lever 17 is pivotally mounted on the gripper body 10, one is connected by a shoulder to the rod of the power cylinder 12 of the gripping mechanism 11, and the lower one-arm lever 18 is pivotally mounted on the bottom of the power cylinder 12. Both levers are connected by a rod 19. The opposite ends of the levers interact with the protrusions of the grip automatic coupling 15. Shape and traction Ktorov provide their motion capture coupler for its engagement protrusions and pressing II coupler circuit 15 to the circuit I gripper 10, which ensures the alignment of the gripper 10 with the automatic coupling 15 captured.

Силовой пневматический цилиндр 12 механизма рачажного захвата 11 шарнирно закреплен в корпусе схвата 10. Поршень подпружинен со стороны штока. Головка 20 штока цилиндра 12 в месте соединения с рычагом 17 снабжена блокирующим устройством 13 с лепестковой пружиной 21, запирающим шток цилиндра 12 в рабочем положении. На поверхности контура I смонтирован пневмоклапан 22, соединенный рукавами 23 с цилиндром 12 и со штуцерами 24 патрубка 25 фланца 16, обеспечивающий автоматический захват автосцепки 15 рычажным механизмом 11 после сцепления схвата 10 с автосцепкой 15.The power pneumatic cylinder 12 of the mechanism of the grab handle 11 is pivotally mounted in the housing of the gripper 10. The piston is spring-loaded from the side of the rod. The cylinder head 20 of the cylinder 12 at the junction with the lever 17 is equipped with a locking device 13 with a leaf spring 21, which locks the cylinder 12 in the working position. A pneumatic valve 22 is mounted on the surface of circuit I, which is connected by sleeves 23 to the cylinder 12 and to the fittings 24 of the nozzle 25 of the flange 16, which ensures automatic locking of the automatic coupler 15 by the lever mechanism 11 after engagement of the gripper 10 with the automatic coupler 15.

Рука манипулятора 9 выполнена в виде ведущего вала 26 со сквозным каналом, установленного в буксе 27, закрепленной на тумбе 7. Один конец вала 26 оснащен звездочкой 28, подвижным уплотнением 29, закрепленным на кронштейне 30 к основанию тумбы 7, а другой - соединительным фланцем 31 для уплотнения и крепления схвата 10.The arm of the manipulator 9 is made in the form of a drive shaft 26 with a through channel installed in the axle box 27 mounted on the pedestal 7. One end of the shaft 26 is equipped with an asterisk 28, a movable seal 29, mounted on an arm 30 to the base of the pedestal 7, and the other with a connecting flange 31 for sealing and securing the tong 10.

Пневмогидравлический привод реверсивного вращения схвата 10 выполнен по принципу полиспастов и состоит из двух силовых гидроцилиндров 32, 33, закрепленных на тумбе 7 и кинематически связанных со звездочкой 28 вала 26 через ролики 34 штоков цилиндров 32, 33 цепью 35, концы которой закреплены на кронштейнах 36, двух пневмогидравлических аккумуляторов 37, 38, прикрепленных также к тумбе 7, соединенных маслопроводом 39 с силовыми цилиндрами 32, 33 и воздухопроводом 40 с системой управления посредством гибких рукавов 41.The pneumatic-hydraulic drive for reversing the rotation of the gripper 10 is made according to the principle of chain hoists and consists of two power hydraulic cylinders 32, 33, mounted on the pedestal 7 and kinematically connected with the sprocket 28 of the shaft 26 through the rollers 34 of the cylinder rods 32, 33 with a chain 35, the ends of which are fixed on the brackets 36, two pneumohydraulic accumulators 37, 38, also attached to the pedestal 7, connected by an oil pipe 39 with power cylinders 32, 33 and an air pipe 40 with a control system by means of flexible hoses 41.

Пневмогидравлическая система фиг.5 управления дискретным вращением и позиционированием выполнена в виде двух систем, находящихся под постоянным давлением P и обеспечивающих равновесие схвата 10, и содержит напольный ножной пульт с концевыми переключателями 42, 43, соединенными с электромагнитными пневматическими клапанами 44,45 (постоянно открытыми), каждый из которых соединен воздухопроводом 40 со своими аккумуляторами 37, 38.The pneumatic-hydraulic system of Fig. 5 for controlling discrete rotation and positioning is made in the form of two systems under constant pressure P and providing grip equilibrium 10, and contains a floor foot console with limit switches 42, 43 connected to electromagnetic pneumatic valves 44.45 (constantly open ), each of which is connected by air duct 40 to its batteries 37, 38.

Привод центровки - позиционирования выполнен в виде цилиндра 14, шарнирно закрепленного между тумбой 7 и кареткой 1 и соединенного гибким рукавом с пневмогидравлическим аккумулятором 47, который в свою очередь соединен воздухопроводом с системой управления манипулятором гибким шлангом 41.The alignment and positioning drive is made in the form of a cylinder 14 pivotally mounted between the cabinet 7 and the carriage 1 and connected by a flexible sleeve to a pneumohydraulic accumulator 47, which in turn is connected by an air duct to the control system of the manipulator by a flexible hose 41.

Привод возвратно-поступательного перемещения манипулятора выполнен в виде двухходового пневматического силового цилиндра 4, смонтированного в приямке ниже уровня пола и шарнирно соединенного штоком с кареткой 1.The reciprocating drive of the manipulator is made in the form of a two-way pneumatic actuator 4 mounted in a pit below the floor and pivotally connected by a rod to the carriage 1.

Манипулятор работает следующим образом.The manipulator works as follows.

Исходное положение манипулятора - напротив позиции дефектоскопнрования конвейера 6 или карусельного стенда по ремонту автосцепок 15 с подключенным источником сжатого воздуха к приводам вращения руки 9 и схвата 10. При перемещении конвейера 6 с автосцепкой 15 на позицию дефектоскопирования система путевого автоматического управления конвейером включает привод 4. Перемещаясь, манипулятор ориентируется схватом 10 на свободно установленную автосцепку 15 в гнезде люльки 46 конвейера 6 даже со значительным ее горизонтальным смещением, улавливает и сцепляется с ней. После полного соприкосновения контуров I и II включается клапан 22 и подает сжатый воздух в цилиндр 12 захватного механизма 11. Рычаги 17, 18 захватывают автосцепку 15 за выступы и обеспечивают продольную соосность. В момент захвата под действием лепестковой пружины 21 срабатывает блокирующее устройство 13 и запирает шток цилиндра 12 в рабочем положении. Одновременно каретка 1 отключает подачу сжатого воздуха в цилиндр 4 на перемещение к конвейеру 6 и включает его подачу в штоковую полость цилиндра 4. Манипулятор вынимает автосцепку 15 из люльки 46, перемещается на позицию дефектоскипнрования и останавливается.The initial position of the manipulator is opposite the defect detection position of the conveyor 6 or carousel repair stand for automatic couplings 15 with a connected source of compressed air to the hand drive 9 and gripper 10. When moving the conveyor 6 with an automatic coupler 15 to the defect detection position, the automatic track control system of the conveyor includes drive 4. , the manipulator is guided by the tong 10 to a freely mounted automatic coupler 15 in the cradle 46 of the conveyor 6, even with a significant horizontal displacement thereof, and mates with her. After the circuits I and II are in full contact, the valve 22 is turned on and supplies compressed air to the cylinder 12 of the gripping mechanism 11. The levers 17, 18 capture the automatic coupler 15 by the protrusions and provide longitudinal alignment. At the moment of capture under the action of the petal spring 21, the locking device 13 is activated and locks the rod of the cylinder 12 in the working position. At the same time, the carriage 1 turns off the supply of compressed air to the cylinder 4 for movement to the conveyor 6 and turns on its supply to the rod cavity of the cylinder 4. The manipulator removes the automatic coupler 15 from the cradle 46, moves to the defect skip position and stops.

Оператор отключает автоматическую систему и далее управляет пневмогидравлической системой (фиг.5), вращением и позиционированием посредством ножного пульта. При этом дискретный поворот и позиционирование схвата 10 с автосцепкой осуществляются кратковременным понижением давления в пневмогидроаккумуляторе 37 за счет включения переключателя 42 и клапана 44, который сбрасывает часть воздуха в атмосферу. Равновесие сил нарушается и аккумулятор 38, находящийся под давлением, вытесняет масло под поршень цилиндра 33 и перемещает его вниз со штоком 48 и цепью 35, вызывая перетягивание цепи и медленное вращение звездочки 28 и вала 26. Шток цилиндра 32 перемещается вверх, вытесняет масло в аккумулятор 37, находящийся под пониженным давлением воздуха. При отключении выключателя 42 клапан 44 обесточивается и сжатый воздух мгновенно поступает в аккумулятор 37, при этом устанавливается одинаковое давление в обоих аккумуляторах и соответственно равновесие поршней цилиндров 32, 33 - схват 10 фиксируется в необходимом положении.The operator turns off the automatic system and then controls the pneumohydraulic system (figure 5), rotation and positioning through the foot control. In this case, a discrete rotation and positioning of the gripper 10 with an automatic coupler is carried out by a short-term decrease in pressure in the pneumatic accumulator 37 by turning on the switch 42 and valve 44, which dumps part of the air into the atmosphere. The balance of forces is disturbed and the pressure accumulator 38 displaces the oil under the piston of the cylinder 33 and moves it down with the rod 48 and the chain 35, causing the chain to drag and the sprocket 28 and the shaft 26 to rotate slowly. The cylinder 32 rod moves up, displacing the oil into the accumulator 37, under reduced air pressure. When the switch 42 is turned off, the valve 44 is de-energized and the compressed air immediately enters the accumulator 37, while the same pressure is established in both accumulators and, accordingly, the pistons of the cylinders 32, 33 are in equilibrium — the gripper 10 is fixed in the required position.

Указанное управление обеспечивает медленное и безинерционное вращение и мгновенный останов схвата 10.The specified control provides a slow and inertia-free rotation and instant stop grip 10.

После операции дефектоскопирования оператор переводит блокирующее устройство 13 в нейтральное положение и восстанавливает соосность хвостовика атосцепки 15 относительно гнезда люльки 46, если потребуется из-за провисания хвостовика, посредством привода центровки 14 и включает параллельную путевую систему автоматического управления приводом перемещения 4 и захватного механизма 11. Затем манипулятор транспортирует автосцепку к конвейеру и вставляет ее в люльку 46 конвейера, где она автоматически фиксируется, расцепляется с ней и возвращается в исходное положение.After the flaw detection operation, the operator puts the locking device 13 in the neutral position and restores the alignment of the shank of the coupler 15 relative to the socket of the cradle 46, if necessary due to the sagging of the shank, by means of the alignment drive 14 and includes a parallel track control system for automatically controlling the movement drive 4 and the gripping mechanism 11. Then the manipulator transports the automatic coupling to the conveyor and inserts it into the cradle 46 of the conveyor, where it is automatically fixed, disengaged from it and returns tsya in a starting position.

Промышленная применимость изобретения не вызывает сомнений, т.к. все элементы манипулятора могут быть произведены на обычном оборудовании.Industrial applicability of the invention is not in doubt, because all elements of the manipulator can be produced on conventional equipment.

Claims

1. A robotic manipulator containing a hand with a working body mounted on a movable base with the possibility of its translational and rotational movement, a positioning device, a manipulator control system, characterized in that the working body is made in the form of an automatic grip, which is a mating head part of the railway body automatic coupler, additionally equipped with a gripping mechanism with two gripping levers and a drive pivotally mounted in the housing, the upper two the leverage lever is pivotally mounted on the grip housing and kinematically connected to the drive with one shoulder, the lower single-arm lever is pivotally mounted on the drive housing and connected to the first by a rod, and is also equipped with an automatic pneumatic valve installed in the engagement circuit of the gripping housing, a locking device for engaging the gripping mechanism, a positioning device made with the possibility of discrete reverse rotation of the gripper in the form of two mutually balanced hydraulic cylinders with pneumatic accumulators, the rods of which are kinema They are connected via a general gear with a hand, and their hydraulic cavities are connected to the pneumohydraulic accumulators of a rotational drive controlled by a pneumatic system and centered by means of a drive pivotally mounted between the cabinet and the carriage, and the control system is interactive.

2. The manipulator according to claim 1, characterized in that the tong is made magnetic.

3. The manipulator according to claim 1, characterized in that the actuator of the lever gripping mechanism is made in the form of a solenoid.

4. The manipulator according to claim 1, characterized in that the tong rotation drive is electromechanical and is equipped with a cam mechanism.

5. The manipulator according to claim 1, characterized in that the drive rotation of the tong is equipped with a rack and pinion and overrunning clutch.