RU2304505C2

RU2304505C2 - Vacuum clamping head

Info

Publication number: RU2304505C2
Application number: RU2005110794/02A
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Сысоев (RU); Сергей Николаевич Сысоев; Александр Владимирович Бакутов (RU); Александр Владимирович Бакутов; Александр Валерьевич Прохоров (RU); Александр Валерьевич Прохоров
Original assignee: Сергей Николаевич Сысоев
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2007-08-20
Also published as: RU2005110794A

Abstract

FIELD: machine engineering, robotics, possibly realization of functions "take" and "mount" articles on working surface at loading, unloading main manufacturing equipment and also at placing and distributing, mainly flat articles.

SUBSTANCE: clamping head includes suction having body with sealing member and drive unit for linear motion of it. At least one lever is mounted on said body and it is joined with peripheral surface of sealing member. Lever has working portion protruding outside article size and directed to side of working surface with possibility of engaging with it when clamped article is being mounted and without engagement at clamping article. Working portion of lever may be jointly mounted and spring-loaded towards suction and it is kinematically coupled with suction with possibility of shifting said working portion from working position at releasing deformation of suction sealing member.

EFFECT: improved response, simplified design of vacuum clamping head.

2 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Предлагаемое устройство относится к области машиностроения, роботостроения и может применяться для выполнения функций «взять» и «установить» на рабочую поверхность изделий при загрузке, разгрузке основного технологического оборудования, а также укладке, раскладке преимущественно плоских изделий. Наиболее эффективно применение предлагаемого изобретения для работы безнасосных вакуумных захватов с уплотнительными элементами, работающими на изгиб.The proposed device relates to the field of mechanical engineering, robotics and can be used to perform the functions of "take" and "install" on the working surface of the products when loading, unloading the main technological equipment, as well as laying, laying out mainly flat products. The most effective application of the invention for the operation of pumpless vacuum grippers with sealing elements that work on bending.

Широко известно, что вакуумные захваты (присоски), состоящие из корпуса и уплотнения, по принципу их работы подразделяются на насосные и безнасосные (см., например, Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М.: Машиностроение, 1972. 168 с.). Захват и удержание изделий производят после прижатия уплотнительного элемента присоски к поверхности захватываемого изделия и герметизации рабочей полости присоски. В насосной присоске изменяют давление разрежения в рабочей полости путем соединения ее с линией разрежения вакуумного насоса, а в безнасосной - изменением объема рабочей камеры.It is widely known that vacuum grippers (suction cups), consisting of a housing and a seal, are divided into pump and non-pump ones according to the principle of their operation (see, for example, Bashta, T.M., Hydraulic Drive and Hydropneumatic Automation. M .: Mechanical Engineering, 1972. 168 p. ) The capture and retention of products is carried out after pressing the sealing element of the suction cup to the surface of the captured product and sealing the working cavity of the suction cup. In the pump suction cup, the rarefaction pressure in the working cavity is changed by connecting it to the vacuum line of the vacuum pump, and in the pumpless one by changing the volume of the working chamber.

Известны вакуумные захватные головки (см. а.с. №1202879, опубл. в БИ №1, 1986 г., а.с. №1540177, опубл. в БИ №1, 1989 г. авторов Сысоева С.Н., Черкасова Ю.В.), выполненные из насосного вакуумного захвата и привода его перемещения, работающего с использованием давления разрежения воздуха. Рабочая полость вакуумного захвата выполнена соединенной пневмолинией через распределительную аппаратуру либо с линией разрежения, либо с линией избыточного давления воздуха. Данные устройства сложны по конструкции, системе управления и имеют невысокое быстродействие выполнения операций опускания захвата на изделие, захвата и подъема ее, т.е. «взять и установить» изделие на требуемую рабочую поверхность.Vacuum gripping heads are known (see AS No. 1202879, published in BI No. 1, 1986, AS No. 1540177, published in BI No. 1, 1989 by Sysoev S.N., Cherkasov Yu.V.) made from a vacuum pump gripper and a drive for its movement, operating using rarefaction air pressure. The working cavity of the vacuum capture is made by a connected pneumatic line through a distribution apparatus or with a vacuum line or with a line of excess air pressure. These devices are complex in design, control system and have a low speed of operations for lowering the gripper onto the product, gripping and lifting it, i.e. “Take and install” the product on the required work surface.

Известны вакуумные захватные головки (см. пат. РФ №2073601, опубл. БИ №5, 1997 г. авторов Сысоева С.Н., Черкасова Ю.В., Мокеевой Е.В., Глушкова А.А.), выполненные из насосного вакуумного захвата и привода его перемещения, работающего с использованием избыточного давления воздуха. В них сокращение времени захвата, транспортировки и установки заготовок на рабочую поверхность достигается за счет использования более энергоемкого типа привода перемещения и применением вакуумного захвата специальной конструкции. Данные устройства сложны по конструкции, системе управления и имеют невысокое быстродействие, так как предусматривают применение вакуумных насосов, компрессорных установок, распределительной и управляющей аппаратуры, сложных уплотнительных элементов вакуумных захватов.Vacuum gripping heads are known (see US Pat. RF No. 2073601, publ. BI No. 5, 1997 of the authors Sysoeva S.N., Cherkasova Yu.V., Mokeeva E.V., Glushkova A.A.) made of pump vacuum capture and drive its movement, using excess air pressure. They reduce the time of capture, transportation and installation of workpieces on the work surface by using a more energy-intensive type of movement drive and the use of a vacuum grip of a special design. These devices are complex in design, control system and have low speed, as they include the use of vacuum pumps, compressor units, distribution and control equipment, complex sealing elements of vacuum grippers.

Наиболее близким из аналогов является вакуумная захватная головка (см. положительное решение о выдаче патента по заявке №2003128815/02 (030753) авторов Сысоева С.Н., Жирова М.Ю. от 24 января 2005 г.), имеющая присоску, выполненную из корпуса и уплотнительного элемента, образующих рабочую полость. Присоску перемещает привод линейного перемещения, выполненный с возможностью установки захваченного изделия на рабочую поверхность и работающий с использованием избыточного давления воздуха. В данной захватной головке рабочая полость присоски соединена с атмосферой через управляемый клапан.The closest of the analogues is the vacuum gripping head (see the positive decision on the grant of a patent according to the application No. 2003128815/02 (030753) of the authors Sysoeva S.N., Zhirova M.Yu. from January 24, 2005), having a suction cup made of the housing and the sealing element forming the working cavity. The suction cup is moved by a linear displacement actuator configured to mount a captured article on a work surface and operating using excess air pressure. In this gripping head, the working cavity of the suction cup is connected to the atmosphere through a controlled valve.

Захват производят путем подведения приводом уплотнения безнасосной присоски к захватываемой поверхности изделия, герметизации рабочей полости присоски поверхностью захватываемого изделия, уменьшением, а затем увеличением объема рабочей камеры присоски.The capture is made by bringing the drive of the seal of the pumpless suction cup to the grip surface of the product, sealing the working cavity of the suction cup with the surface of the grip product, reducing and then increasing the volume of the working chamber of the suction cup.

Отпускание изделия производят путем соединения с атмосферой пневмолинии через распределитель.The product is released by connecting to the atmosphere of a pneumatic line through a distributor.

Данное устройство обладает низким быстродействием и надежностью работы. Уменьшение, а затем увеличение объема рабочей камеры не включает изменение объема пневмолинии соединения ее с атмосферой. Полость пневмолинии, являясь «паразитной», не позволяет при захвате изделия организовать вытеснение максимально возможного объема воздуха из рабочей камеры захвата, что снижает надежность захвата. Кроме этого, быстродействие выполнения функции отпускания захватом изделия, надежность выполнения данной операции зависят от возможности реализации максимального расхода воздуха через пневмолинию. Однако с увеличением расхода увеличивается объем «паразитной» полости, что отрицательно влияет на характеристики работы вакуумной захватной головки.This device has a low speed and reliability. Reducing and then increasing the volume of the working chamber does not include changing the volume of the pneumatic line connecting it to the atmosphere. The cavity of the pneumatic line, being "parasitic", does not allow for the capture of the product to organize the displacement of the maximum possible volume of air from the working capture chamber, which reduces the reliability of the capture. In addition, the speed of the release function by the capture of the product, the reliability of this operation depend on the possibility of realizing the maximum air flow through the pneumatic line. However, with an increase in flow rate, the volume of the “parasitic” cavity increases, which negatively affects the operation characteristics of the vacuum gripping head.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение быстродействия и упрощение конструкции вакуумной захватной головки за счет устранения: канала, выполненного в корпусе присоски для соединения с пневмолинией; пневмолинии соединения рабочей полости с клапаном; клапана с его системой управления.The objective of the invention is to increase the speed and simplify the design of the vacuum gripping head by eliminating: a channel made in the suction cup body for connection with a pneumatic line; pneumatic lines connecting the working cavity with the valve; valve with its control system.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом устройстве на корпусе установлен, по меньшей мере, один рычаг, связанный с периферийной поверхностью уплотнительного элемента, и выполнен с рабочей частью, выступающей за пределы размеров изделия и направленной в сторону рабочей поверхности с возможностью взаимодействия с ней при установке захваченного изделия и невзаимодействия с рабочей поверхностью при осуществлении захвата изделия. Рабочая часть на рычаге закреплена шарнирно подпружиненно в сторону присоски и кинематически связана с присоской с возможностью выведения ее из рабочего положения при снятии деформации уплотнения присоски.The problem is achieved in that in the proposed device on the housing is installed at least one lever connected to the peripheral surface of the sealing element and is made with a working part that extends beyond the dimensions of the product and is directed towards the working surface with the possibility of interaction with it when the installation of the captured product and non-interaction with the working surface when capturing the product. The working part on the lever is mounted pivotally pivotally towards the suction cup and kinematically connected to the suction cup with the possibility of removing it from its working position when removing the deformation of the suction cup seal.

Данное техническое решение было получено с использованием метода исследования функционально-физических связей (см. Сысоев С.Н. «Поисковое конструирование манипуляционных механизмов методом исследования функционально-физических связей», тезисы доклада на 3-м международном конгрессе "Конструкторско-технологическая информатика", Москва, 1996 г., с.133-134.). Анализ условий работы вакуумных захватных головок в автоматизированных производствах при загрузке основного технологического оборудования показал, что, как правило, захватываются заготовки из стопы и эту закономерность можно использовать.This technical solution was obtained using the method of investigating functional-physical connections (see Sysoyev S. N. “Search design of manipulation mechanisms by the method of studying functional-physical connections”, abstract at the 3rd international congress “Design and technological informatics”, Moscow , 1996, p.133-134.). An analysis of the working conditions of the vacuum gripping heads in automated production when loading the main technological equipment showed that, as a rule, blanks from the foot are captured and this pattern can be used.

Для работы со стопой заготовок вакуумная захватная головка (см. фиг.1) состоит из привода 1, на котором установлен корпус 2 присоски с закрепленным на нем уплотнительным элементом 3. На корпусе 2 установлен рычаг 4 с рабочей частью 5, выступающей за пределы размеров изделия 6. Изделия 6 установлены стопой на рабочую поверхность 7.To work with a stack of blanks, the vacuum gripping head (see Fig. 1) consists of a drive 1 on which a suction cup body 2 is mounted with a sealing element 3 mounted on it. A lever 4 with a working part 5 protruding beyond the product dimensions is installed on the body 2 6. Products 6 are installed in a stack on the working surface 7.

Устройство работает следующим образом. В исходном положении (фиг.1,а) захват располагается над поверхностью захватываемого изделия 6. По команде «взять изделие» (фиг.1,б) привод 1 перемещает уплотнительный элемент 3 безнасосной присоски на захватываемую поверхность изделия 6 и происходит герметизация рабочей полости присоски поверхностью захватываемого изделия 6. Дальнейшее перемещение привода 1 (фиг.1,в) приводит к уменьшению рабочей полости присоски и вытеснению из нее воздуха. Затем происходит подъем приводом 1 присоски с захваченным изделием 6 (фиг.1,г). При выполнении команды «взять изделие» рабочая часть 5 рычага 4 не взаимодействует с рабочей поверхностью 7, так как захватываемое изделие является верхней в стопе изделий.The device operates as follows. In the initial position (Fig. 1, a), the grip is located above the surface of the grip product 6. By the command “take the product” (Fig. 1, b), the actuator 1 moves the sealing element 3 of the pumpless suction cup onto the grip surface of the product 6 and the working cavity of the suction cup is sealed the surface of the captured product 6. Further movement of the actuator 1 (Fig. 1, c) leads to a decrease in the working cavity of the suction cup and displacement of air from it. Then there is a lift drive 1 suction cups with the captured product 6 (Fig.1, g). When the command "take the product", the working part 5 of the lever 4 does not interact with the working surface 7, since the captured product is the top in the foot of the products.

После транспортировки изделия 6 к требуемому месту ее установки поступает команда «установить изделие» на рабочую поверхность 7. Привод 1 перемещает присоску с захваченным изделием 6 в направлении рабочей поверхности 7. Рабочая часть 5 рычага 4 взаимодействует с рабочей поверхностью 7 (фиг.1,д), отводя уплотнительный элемент 3 от поверхности изделия 6. Происходит разгерметизация рабочей полости присоски, то есть выполняется операция отпускания изделия 6. Затем осуществляется подъем присоски приводом 1 в исходное положение (фиг.1,е).After transporting the product 6 to the desired place of its installation, the command “to install the product” on the working surface 7 is received. The drive 1 moves the suction cup with the captured product 6 in the direction of the working surface 7. The working part 5 of the lever 4 interacts with the working surface 7 (Fig. ), removing the sealing element 3 from the surface of the product 6. Depressurization of the working cavity of the suction cup occurs, that is, the operation of releasing the product 6 is performed. Then, the suction cup is lifted by the actuator 1 to its original position (Fig. 1, e).

С целью расширения области применения вакуумной захватной головки и обеспечения возможности работы не только с заготовками, установленными в стопу в предлагаемом устройстве, рабочая часть на рычаге закреплена шарнирно подпружиненно в сторону присоски и кинематически связана с присоской с возможностью выведения ее из рабочего положения при снятии деформации уплотнения присоски.In order to expand the scope of application of the vacuum gripping head and to ensure the possibility of working not only with workpieces installed in the foot in the proposed device, the working part on the lever is mounted pivotally spring-loaded towards the suction cup and kinematically connected to the suction cup with the possibility of removing it from its working position when removing the seal deformation suckers.

В вакуумной захватной головке (см. фиг.2) рабочая часть 5 установлена шарнирно на рычаге 4 и подпружинена пружиной 8 в сторону изделия 6. Кроме этого, рабочая часть 5 связана тросом 9 с корпусом 2 присоски.In the vacuum gripping head (see figure 2), the working part 5 is pivotally mounted on the lever 4 and is spring-loaded by a spring 8 in the direction of the product 6. In addition, the working part 5 is connected by a cable 9 to the suction cup body 2.

Устройство работает следующим образом. В исходном положении (фиг.2,а) захват располагается над поверхностью захватываемого изделия 6. Деформация уплотнительного элемента 3 присоски отсутствует, трос 9, поворачивая рабочую часть 5 по часовой стрелке, выводит ее из рабочего положения. Взятие изделия вакуумной захватной головкой (фиг.2,а, б, в) происходит аналогично предыдущему.The device operates as follows. In the initial position (figure 2, a) the grip is located above the surface of the grip product 6. There is no deformation of the sealing element 3 of the suction cup, the cable 9, turning the working part 5 clockwise, brings it out of its working position. The capture of the product with a vacuum gripping head (Fig.2, a, b, c) occurs similarly to the previous one.

При деформации уплотнительного элемента 3 изделием 6 ослабевает усилие натяжения троса 9 и пружина 8 поворачивает рабочую часть 5 рычага 4 против часовой стрелки в процессе подъема приводом 1 присоски с изделием 6 (фиг.2,г).When the sealing element 3 is deformed by the product 6, the tension force of the cable 9 weakens and the spring 8 rotates the working part 5 of the lever 4 counterclockwise while lifting the suction cup with the product 6 by the drive 1 (Fig. 2, d).

Установка изделия 6 на рабочую поверхность 7 производится следующим образом (фиг.2,д, е).Installation of the product 6 on the working surface 7 is as follows (figure 2, d, e).

Привод 1 перемещает присоску с захваченным изделием 6 в направлении рабочей поверхности 7. Рабочая часть 5 на рычаге 4 взаимодействует с рабочей поверхностью 7 (фиг.1,д), отводя уплотнительный элемент 3 от поверхности изделия 6. Происходит разгерметизация рабочей полости присоски, то есть выполняется операция отпускания изделия 6. Затем осуществляется подъем присоски приводом 1 в исходное положение (фиг.2,е).The drive 1 moves the suction cup with the captured product 6 in the direction of the working surface 7. The working part 5 on the lever 4 interacts with the working surface 7 (Fig. 1, e), diverting the sealing element 3 from the surface of the product 6. There is a depressurization of the working cavity of the suction cup, i.e. the operation of releasing the product is performed 6. Then, the suction cup is lifted by the drive 1 to its initial position (Fig.2, e).

В лаборатории автоматизации производственных процессов Владимирского государственного университета проводились испытания предлагаемого способа. Результаты испытаний сведены в таблицу.In the laboratory for the automation of production processes of Vladimir State University, tests of the proposed method were carried out. The test results are summarized in table.

ТаблицаTable Способы работыWays of working Усилие удержанияRetention force ВЗ, сOT, s ВУ, с.WU, s. Пат. РФ №2073601Pat. RF №2073601 МаксимальноеMaximum до 0,2up to 0.2 до 0,1up to 0.1 №2003128815/02 (прототип)No. 2003128815/02 (prototype) Снижается до 3 кгReduced to 3 kg до 0,05up to 0.05 до 0,1up to 0.1 Предлагаемый способThe proposed method МаксимальноеMaximum до 0,03up to 0.03 до 0,03up to 0.03

Выполнялись взятие и установка изделий, представляющих собой плоские пластины, размером 80 мм ×80 мм ×5 мм, массой до 200 г. В качестве захватного устройства использовалась безнасосная присоска с наружным диаметром 50 мм и усилием удержания до 10 кг. Расстояние вертикального перемещения изделия 12 мм. Время взятия (ВЗ) представляет собой суммарное временем опускания присоски на изделие, захват и подъем его. Время установки (ВУ) - суммарное время опускания присоски с изделием, отпускание и подъем присоски в исходное положение. При этом в ВЗ и ВУ не учитывалось время срабатывания распределительной аппаратуры системы управления.The collection and installation of products consisting of flat plates measuring 80 mm × 80 mm × 5 mm and weighing up to 200 g was carried out. A pumpless suction cup with an outer diameter of 50 mm and a holding force of up to 10 kg was used as a gripping device. The distance of vertical movement of the product is 12 mm. The time of taking (OT) is the total time of lowering the suction cup on the product, grab and lift it. Installation time (WU) - the total time for lowering the suction cup with the product, releasing and raising the suction cup to its original position. At the same time, the response time of the distribution equipment of the control system was not taken into account in the VZ and VU.

Испытания показали (см. таблицу), что применение предлагаемого устройства повышает его скоростные характеристики.Tests have shown (see table) that the use of the proposed device increases its speed characteristics.

Claims

1. Vacuum gripping head, including a suction cup, consisting of a housing with a sealing element, and its linear displacement drive, configured to install the captured product on the working surface, characterized in that at least one lever connected to the peripheral is mounted on the housing the surface of the sealing element and made with a working part protruding beyond the dimensions of the product and directed towards the working surface with the possibility of interaction with it when installing the captured product Leah and interaction with the work surface when implementing capture products.

2. The vacuum gripping head according to claim 1, characterized in that the working part on the lever is mounted pivotally spring-loaded towards the suction cup and kinematically connected to the suction cup with the possibility of removing it from its working position when removing the deformation of the suction cup seal.