RU2284262C1

RU2284262C1 - Hand type apparatus for handling articles

Info

Publication number: RU2284262C1
Application number: RU2005110500/02A
Authority: RU
Inventors: Аркадий Спиридонович Горлатов (RU); Аркадий Спиридонович Горлатов
Original assignee: Калининградский государственный технический университет
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2005-04-11
Publication date: 2006-09-27

Abstract

FIELD: combination type mechanisms with complex motion of outlet links, possibly used for maintaining machines, machine tools, different designation apparatuses.

SUBSTANCE: apparatus includes transfer mechanism with outlet link and actuating mechanism with driving link in the form of fixed contour follower and with outlet links; drive unit. Outlet links of actuating mechanism are provided with jaws for gripping articles and they are jointly connected with outlet link of transfer mechanism. Transfer mechanism is in the form of jointed-leverage ladder type mechanism having at least two paired rocker arms; its outlet link may perform plane-parallel motion. Paired rocker arms have the same length; one end of each rocker arm is jointly coupled with strut and its other end is coupled with outlet link. Distances between articulation joints of strut and outlet link are the same.

EFFECT: enhanced efficiency of apparatus for handling articles that may be moved only in horizontal position.

4 cl, 1 dwg

Description

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.The invention relates to combined mechanisms with a complex movement of the output links, which are used to perform auxiliary operations in the maintenance of technological machines and 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, release and transfer of the product.

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).It is known, for example, a manipulation 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 the products, a rotation mechanism and a hydraulic drive (Krainev A.F. Dictionary of Mechanisms. - M.: Mechanical Engineering, 1987. - S. 9 and 10, fig.a).

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.The main disadvantages of this device are the complexity of the drive and the low frequency of repetition of duty cycles, i.e. low productivity. This drawback is the result of the use of separate engines for gripping and turning mechanisms, as well as the use of low-speed hydraulic drive. The disadvantage is especially noticeable when aggregating the device with automatic machines and high-performance lines.

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).It is also known a device of the type "hand" for transferring products, made in the form of a combined mechanism containing a transmission mechanism, an actuator with jaws for gripping products and a drive (RF patent No. 2193963 (RF), publ. In BIPM, 2002. - No. 34 - prototype).

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.The main disadvantage of the prototype is the lack of rigidity of the device, which is the result of communication of the output links of the actuator directly with the output link (rocker) of the transmission mechanism. This leads to elastic deformation of the links during the execution of the working strokes (under power loading), which reduces the accuracy of the device, the latter is manifested in a decrease in the reliability of holding the products when moving them from position to position. The increase in rigidity by strengthening the strength characteristics of structural elements ultimately leads to an increase in energy consumption for the implementation of the process.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности работы устройства.The present invention is to increase the efficiency of the device.

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.The solution to this problem is achieved by the fact that in a device of the "hand" type for transferring products containing a combined mechanism, made in the form of a transmission mechanism with an output link and an actuator with a drive link in the form of a stationary copier and output links, the last of which are equipped with jaws for gripping products and pivotally connected to the output link of the transmission mechanism, and the drive, the transmission mechanism is made in the form of a multi-link articulated lever mechanism, which contains at least two paired rocker arms, and its output link is made with the possibility of plane-parallel movement.

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.Paired rockers are made equal in length, each of them with one end pivotally connected to the rack, the other with the output link, while the distances between the hinges on the rack and at the output link are equal.

Передаточный механизм удовлетворяет структурной формуле кинематической цепиThe transmission mechanism satisfies the structural formula of the kinematic chain

где W - степень подвижности механизма с одним ведущим звеном, W=1;where W is the degree of mobility of the mechanism with one leading link, W = 1;

n - число подвижных звеньев: кривошип, шатун, два коромысла, выходное звено, n=5;n is the number of movable links: crank, connecting rod, two rocker arms, output link, n = 5;

р₅ - число низших кинематических пар, p₅=7;p ₅ is the number of lower kinematic pairs, p ₅ = 7;

р₄ - число высших кинематических пар, р₄=0.p ₄ is the number of higher kinematic pairs, p ₄ = 0.

Соотношение длин звеньев передаточного механизма соответствует зависимостиThe ratio of the lengths of the links of the transmission mechanism corresponds to the dependence

где λ₁ - относительная длина кривошипа;where λ ₁ is the relative length of the crank;

λ₂ - относительная длина шатуна;λ ₂ is the relative length of the connecting rod;

λ₃ - относительная длина коромысла;λ ₃ - the relative length of the rocker;

λ₁=r/d, λ₂=l/d, λ₃=b/d;λ ₁ = r / d, λ ₂ = l / d, λ ₃ = b / d;

r, l, b - длина соответственно кривошипа, шатуна, коромысла;r, l, b - the length of the crank, connecting rod, rocker arm, respectively;

d - длина стойки: расстояние между центрами вращения кривошипа и качания коромысла.d - strut length: the distance between the centers of rotation of the crank and rocker arm.

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.The implementation of the transmission mechanism in the form of a pivot-link multi-link with several rocker arms of equal length allows you to have a parallelogram link, one of the sides of which performing plane-parallel movement serves as an output link of the transmission mechanism. In the processes of product transfer, such a movement of the output link of the transmission mechanism carrying the output links of the actuator, in many practical cases, is more appropriate than the reciprocating motion. For example, in the case when the product when moving should occupy (be) only a horizontal position.

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).The mentioned rocker arms are pivotally connected to the stand (fixed link), the free end of each rocker arm is pivotally connected to the rod, which is the output link of the transmission mechanism, making plane-parallel motion, consisting of two translational movements (vertical and horizontal movements).

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.Correspondence of the transmission mechanism to the kinematic chain structural formula indicates the correctness of the construction of the kinematic scheme of the mechanism, the choice of the number of movable links and the number of kinematic pairs between links. For flat mechanisms, the mentioned correspondence is determined by equality (1) - the Chebyshev formula.

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.The crank-yoke mechanism, in which the ratio of the lengths of the links satisfies equality (2), has the maximum power efficiency at the beginning of the working stroke of the output link. It belongs to the fifth group of rocker mechanisms (KKM-5) in their classification by power working capacity. For the mechanisms of this group, the transmission angle (the angle between the connecting rod and the beam), which is an analogue of the power working capacity, has a maximum value of μ _max = 90 ° at one of the boundaries of the intervals of movement, namely: in the position where the crank and connecting rod are on the same line. Greater power operability of the mechanism is generated in the range of power loading, i.e. working stroke. This reduces energy costs for the product transfer process.

Предлагаемое устройство типа "рука" для передачи изделий поясняется чертежом.The proposed device type "hand" for the transfer of products is illustrated in the drawing.

На чертеже изображена кинематическая схема устройства.The drawing shows a kinematic diagram of the device.

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).A device of the ″ arm ″ type for transmitting products comprises a combined mechanism 1 made in the form of a transmission mechanism 2 and an actuator 3 with jaws 4 for gripping products, and a drive (not shown).

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.The mechanism 2 is made in the form of a pivot-link multi-link containing pivotally connected leading link-crank 5, a connecting rod 6, paired rocker arms 7 and 8, an output link 9 made in the form of a rod and a fixed link-rack. The links 7 and 8 have the same length, and the distance between the centers of their swing is equal to the distance between the centers of their articulation with the output link 9. The beam 7 is pivotally connected to the connecting rod 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.The actuator 3 is made in the form of a cam-lever mechanism containing the driving link 10 in the form of a stationary cam-copier and output links 11 and 12, pivotally connected to the output link 9 by means of a finger 13, rigidly fixed to the free end of the link 9. At the free ends of the links 11 and 12, the rollers 14 and 15 are mounted, respectively, for interfacing with the curly grooves 16 and 17 made in the body of the copier 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.Sponges 4 for gripping products are rigidly but detachably fixed to the output links 11 and 12 for the possibility of readjusting the device to transfer products of a different shape. The shape of the jaws corresponds to the shape of the transferred products, this increases the reliability of holding the products with jaws when moving them from position to position.

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.In the drawing, the device is presented in the "grasp" position of the product and the beginning of the working stroke. In this position, the crank 5 and the connecting rod 6 lie on one straight line (form one line), and the angle between the connecting rod and the beam 7 (transmission angle) is 90 °. This ensures the greatest power operability of the transmission mechanism in the interval of the stroke.

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

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.When the drive is operating, the rotation of the crank 5 is converted by means of the connecting rod 6 and the rocker arms 7 and 8 into the plane-parallel movement of the output link 9, carrying the output links 11 and 12 of the actuator. In this case, the rollers 14 and 15 of the output links, interacting with the figured grooves 16 and 17 of the copier 10, provide a rotary movement of the links on the finger 13. The jaws 4, rigidly fixed to the output links, simulate the rotational movement of the latter.

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.In the "grasp" position of the product, the object is fed into the unclenched jaws. In the interval of the working stroke, the jaws occupy a compressed position, holding the product, transferred from one position to another. Upon reaching the second boundary of the intervals of movement of the sponge open and stop holding the product, which is removed from the device. When the device is idle (reverse), the jaws also occupy a compressed position, since the rollers 14 and 15 of the output links 11 and 12 interact with the same curly grooves in the copier body as during the working stroke.

Производительность устройства зависит от массы передаваемых изделий, числа изделий, переносимых губками при рабочем ходе, и закона движения выходного звена передаточного механизма.The performance of the device depends on the mass of the transferred products, the number of products carried by the jaws during the working stroke, and the law of motion of the output link of the transmission mechanism.

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.The implementation of the transmission mechanism in the form of a pivot-link multi-link, in which the output link performs plane-parallel movement, makes it possible to increase the efficiency of the device when transferring products that allow them to move only when in a horizontal position.

Claims

1. The device is a type of "hand" for transferring products, containing a combined mechanism made in the form of a transmission mechanism with an output link and an actuator with a driving link in the form of a stationary copier and output links, the latter of which are equipped with jaws for gripping the products and are pivotally connected to the output link of the transmission mechanism, and a drive, characterized in that the transmission mechanism is made in the form of a multi-link articulated lever mechanism containing at least two paired rocker arms, with possibly Tew plane-parallel motion of its output link.

2. The device according to claim 1, characterized in that the paired rocker arms are made equal in length, each of them is pivotally connected to the strut at one end and the output link to the other, while the distances between the hinges on the strut and at the output link are equal.

3. The device according to claim 1, characterized in that the gear mechanism is made satisfying the structural formula of the kinematic chain:

W = 3 · n-2p ₅ -p ₄ = 3 · 5-2 · 7-0 = 1,

where W is the degree of mobility of the mechanism with one leading link, W = 1;

n is the number of movable links: crank, connecting rod, two rocker arms, output link, n = 5;

p ₅ is the number of lower kinematic pairs, p ₅ = 7;

p ₄ is the number of higher kinematic pairs, p ₄ = 0.

4. The device according to claim 1 or 3, characterized in that the transmission mechanism is made with ratios of link lengths corresponding to the dependencies

(λ ₁ + λ ₂ ) ² + λ ₃ ² = 1; λ ₁ = r / d, λ ₂ = l / d; λ ₃ = b / d,

where λ ₁ is the relative length of the crank;

λ ₂ is the relative length of the connecting rod;

λ ₃ - the relative length of the rocker;

r, l, b - the length of the crank, connecting rod, rocker arm, respectively;

d - rack length - the distance between the centers of rotation of the crank and rocker arm.