RU2691169C1

RU2691169C1 - Manipulator operating in sealed volume

Info

Publication number: RU2691169C1
Application number: RU2018100165A
Authority: RU
Inventors: Александр Андреевич Никитин
Original assignee: Александр Андреевич Никитин
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2019-06-11

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: invention relates to manipulators used in technological processes of electronic devices manufacturing, treatment of radioactive, toxic and explosive substances. Manipulator working in sealed volume includes rotary base, on which folding mechanism is installed, formed by pairs of pivotally connected links, platform, fixed on upper links of folding mechanism, and lifting drive. Folding mechanism links are made in the form of closed circuits, wherein in each pair one link is configured to cross another, and links of adjacent pairs and extreme links with platform and rotary base are made in the form of springs rigidly fixed on connected elements and installed cross-wise.EFFECT: result is improved quality of products.1 cl, 6 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, в частности к манипуляторам, работающим в герметизированном объеме, и может быть использовано в технологических процессах изготовления электронных приборов, для обработки радиоактивных, токсичных, взрывчатых веществ.The present invention relates to mechanical engineering, in particular to manipulators operating in a sealed volume, and can be used in technological processes for the manufacture of electronic devices for the treatment of radioactive, toxic, explosives.

Известен манипулятор для перемещения различных предметов, состоящий из неподвижного основания, складывающегося механизма, выполняющего роль стойки, и механической руки с захватом, в котором вертикальное перемещение осуществляется путем перемещения одного из шарниров в горизонтальном направлении по неподвижному основанию с помощью силового цилиндра /1/.Known manipulator for moving various objects, consisting of a fixed base, a folding mechanism that acts as a rack, and a mechanical arm with a grip, in which vertical movement is carried out by moving one of the hinges in the horizontal direction along a fixed base with the help of a power cylinder / 1 /.

Недостатком известного решения является низкая жесткость складывающегося механизма.A disadvantage of the known solution is the low rigidity of the folding mechanism.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является манипулятор, содержащий поворотное основание, на котором установлен складывающийся механизм типа пантографа, содержащий ряд пар, шарнирно соединенных между собой звеньев, платформу, несущую механическую руку с захватом, и закрепленную на верхних звеньях складывающегося механизма и привод подъема в виде винтовой передачи с гайками, которые соединяют нижние звенья складывающегося механизма /2/.The closest to the proposed technical solution is a manipulator that contains a rotary base, on which a folding pantograph-type mechanism is installed, containing a number of pairs of links pivotally interconnected, a platform carrying a mechanical arm with a grip, and fixed on the upper links of the folding mechanism and a lifting drive the form of a helical gear with nuts that connect the lower links of the folding mechanism / 2 /.

Прототипу присущи следующие недостатки. Во-первых, низкая жесткость складывающегося механизма в плоскости, проходящей через оси центральных шарниров. Из-за низкой жесткости при осуществлении технологических процессов возможны изгибы складывающегося механизма, что снижает точность позиционирования захвата механической руки и вместе с ним обрабатываемого объекта. Во-вторых, при работе прототипа выделяется значительное количество продуктов износа из-за большого количества пар трения. Низкая точность позиционирования затрудняет соблюдение заданных режимов обработки. А выделяющиеся при работе пар трения продукты загрязняют обрабатываемые образцы. Таким образом, эти технические недостатки прототипа являются причиной снижения качества выпускаемой продукции.The prototype has the following disadvantages. First, the low stiffness of the folding mechanism in the plane passing through the axes of the central hinges. Due to the low stiffness in the implementation of technological processes, bending of the folding mechanism is possible, which reduces the positioning accuracy of the gripping of the mechanical arm and with it the object being processed. Secondly, during the operation of the prototype, a significant amount of wear products is released due to the large number of friction pairs. Low positioning accuracy makes it difficult to comply with specified processing modes. And the friction pairs released during the operation contaminate the processed samples. Thus, these technical shortcomings of the prototype are the reason for reducing the quality of products.

Целью изобретения является повышение качества выпускаемой продукции за счет обеспечения точного позиционирования обрабатываемых образцов за счет снижения содержания продуктов износа в зоне обработки.The aim of the invention is to improve the quality of products by ensuring accurate positioning of the processed samples by reducing the content of wear products in the treatment area.

Поставленная цель достигается тем, что в манипуляторе работающем в герметизированном объеме, содержащем поворотное основание, на котором установлен складывающийся механизм, образованный парами шарнирно соединенных между собой звеньев, платформу, закрепленную на верхних звеньях складывающегося механизма и привод подъема, согласно изобретению звенья складывающегося механизма выполнены в форме замкнутых контуров, причем в каждой паре одно звено пропущено через другое, а связи звеньев смежных пар и крайних звеньев с платформой и поворотным основанием выполнены в виде жестко закрепленных на соединяемых элементах и установленных крест-накрест пружин.This goal is achieved by the fact that in a manipulator operating in a sealed volume, containing a swivel base, on which a folding mechanism is formed, formed by pairs of links hinged together, a platform fixed on the upper links of the folding mechanism and a lifting drive, according to the invention, the folding mechanism links are made in form of closed contours, and in each pair one link is passed through another, and the links of links of adjacent pairs and extreme links with the platform are turned nym base are in the form rigidly fixed to the connecting member and installed crosswise springs.

Отличительные признаки являются существенными, т.к. каждый из них необходим, а все вместе с ограничительными достаточны для достижения поставленной цели. Действительно выполнение звеньев в форме замкнутых контуров повышает жесткость складывающегося механизма, благодаря, что по сравнению с прототипом увеличиваются сечения каждого звена в плоскости, проходящей через оси шарниров. Повышение жесткости складывающегося механизма исключает его изгибы, т.е. обеспечивает точность позиционирования платформы на которой размещены образцы, и в рабочей зоне, что способствует четкому соблюдению заданных технологических режимов. Кроме того жесткость складывающегося механизма повышает его надежность и долговечность. Установка одного из звеньев каждой пары внутри контура другого звена этой же пары необходимо для обеспечения работоспособности складывающегося механизма при выполнении звеньев в форме замкнутых контуров. Выполнение связей между звеньями смежных пар, а также связей крайних звеньев с платформой и поворотным основанием в виде пружин сокращает количество пар трения. Благодаря чему уменьшается выделение продуктов износа. Связи в виде установленных крест-накрест пружин создают в складывающемся механизме усилие, направленное вверх, и разгружающее шарниры этого механизма. Снижение усилий, действующих на пары трения, благоприятствует сокращению выделения продуктов износа.Distinctive features are essential, since each of them is necessary, and all together with the restrictive are sufficient to achieve the goal. Indeed, the execution of links in the form of closed loops increases the rigidity of the folding mechanism, thanks to the fact that compared to the prototype, the cross sections of each link in the plane passing through the axes of the hinges increase. Increasing the rigidity of the folding mechanism eliminates its bends, i.e. ensures the accuracy of positioning of the platform on which the samples are placed, and in the working area, which contributes to the strict observance of the specified technological regimes. In addition, the rigidity of the folding mechanism increases its reliability and durability. The installation of one of the links of each pair inside the contour of another link of the same pair is necessary to ensure the operability of the folding mechanism when performing links in the form of closed contours. The implementation of links between links of adjacent pairs, as well as links of extreme links with the platform and the rotary base in the form of springs reduces the number of friction pairs. Due to this, the release of wear products is reduced. Connections in the form of springs installed crosswise create in the folding mechanism an upward force unloading the hinges of this mechanism. The reduction of the forces acting on friction pairs favors a reduction in the emission of wear products.

Заявляемое решение отвечает критерию «существенные отличия», т.к. отличительные от прототипа признаки в исследованных аналогах не обнаружены.The claimed solution meets the criterion of "significant differences" because distinctive from the prototype signs in the studied analogues were not found.

Сущность заявляемого манипулятора пояснена чертежами.The essence of the claimed manipulator is explained by the drawings.

Где на фиг. 1 изображен общий вид манипулятора, на фиг. 2 - разрез А-А поворотного основания, на фиг. 3 - разрез Б-Б фиг. 1, на фиг. 4 - связь между звеньями смежных пар, на фиг. 5 - вид В фиг. 4, на фиг. 6 - разрез Г-Г фиг. 1.Where in FIG. 1 shows a general view of the manipulator; FIG. 2 shows a section A-A of the rotary base; FIG. 3 - section bb FIG. 1, in FIG. 4 shows the connection between the links of adjacent pairs; in FIG. 5 is a view of FIG. 4, in FIG. 6 is a sectional view of the FIG. one.

Манипулятор имеет корпус 1, жестко закрепленный на поворотном основании 2, к которому винтами 3 привинчена Т-образная направляющая 4. Один конец направляющей выполнен с крепежным выступом 5, а на ее Т-образной части установлен подвижный крепежный элемент 6. Подвижный крепежный элемент 6 выполнен с резьбовым отверстием взаимодействующих с винтом 7, который жестко связан с маховиком 8 рукоятки управления. Кроме маховика 8 в состав рукоятки управления входят корпус 9, лимб 10, сильфон 11, прижимное кольцо 12. К крепежному выступу 5 и подвижному крепежному элементу 6 посредством установленных крест-накрест пружин 13 прикреплены звенья 14 нижней пары складывающегося механизма, состоящего из нескольких таких пар звеньев 14. Звенья 14 выполнены в форме замкнутых контуров, например колец. При этом одно из звеньев образующих пару, пропущено внутри второго звена этой же пары. Звенья 14, образующие одну пару соединены между собой диаметрально расположенными шарнирами 15. Звенья 14 смежных пар связаны между собой установленными крест-накрест пружинами 13. Такими же пружинами 13 одно верхнее звено 14 соединено с крепежным выступом 16 платформы 17, а другое верхнее звено соединено с подвижным крепежным элементом 18, установленным на Т-образной направляющей 19 платформы 17.The manipulator has a housing 1 rigidly mounted on a rotary base 2, to which a T-shaped guide 4 is screwed to the screws 3. One end of the guide is made with a fastening ledge 5, and a movable fastening element 6 is mounted on its T-shaped part 6. The movable fastening element 6 is made with a threaded hole interacting with the screw 7, which is rigidly connected with the flywheel 8 of the control handle. In addition to the flywheel 8, the control knob includes a body 9, a limb 10, a bellows 11, a clamping ring 12. The fastener 5 and the movable fastening element 6 are attached to the fixing protrusion 5 by means of springs 13 installed cross-wise of the folding mechanism consisting of several such pairs links 14. The links 14 are made in the form of closed loops, such as rings. At the same time, one of the links forming a pair is omitted inside the second link of the same pair. The links 14 forming one pair are connected to each other by diametrically located hinges 15. The links 14 of adjacent pairs are interconnected by springs 13 installed crosswise with the same springs 13 one upper link 14 is connected to a fixing lug 16 of platform 17, and the other upper link is connected to movable fastener 18 mounted on the T-shaped rail 19 of the platform 17.

Манипулятор работает следующим образом.The manipulator works as follows.

Вращения платформы 17, на которой размещены обрабатываемые образцы, вокруг оси манипулятора осуществляют посредством поворота подвижного основания вручную или от привода (на чертеже не показан). Перемещение платформы 17 с образцами в вертикальном направлении осуществляют вращение маховика 8. При повороте маховика 8 вместе с ним вращается винт 7 его резьба, взаимодействуя с резьбой отверстия подвижного крепежного элемента 6, перемещает последний по Т-образной направляющей 4 поворотного основания. Если маховик 8 вращают в таком направлении, при котором подвижный крепежный элемент сближается с крепежным выступом 5, то нижние звенья 14 складывающегося механизма сводятся друг к другу. Поскольку все пары звеньев связаны между собой пружинами 13, то при сведении нижних звеньев все остальные звенья тоже сводятся к вертикальной плоскости, проходящей через оси шарниров 15. В результате длина складывающегося механизма увеличивается и платформа 17 поднимается. При подъеме платформы верхние звенья 14, закрепленные на крепежном выступе 16 и подвижном крепежном элементе 18, сводят эти детали. Поскольку при разведенных звеньях в 14 пружины 13, находятся в деформированном состоянии, то усилии упругой деформации этих пружин стремятся свести звенья 14 к вертикальной плоскости. Такое направление усилий упругой деформации пружин 13 разгружает шарниры 15 и снижает усилия прилагаемые к маховику 8 при подъеме платформы 17. При вращении маховика 8 в обратном направлении происходит опускание платформа 17.The rotation of the platform 17, on which the processed samples are placed, around the axis of the manipulator is carried out by rotating the movable base manually or from a drive (not shown). Moving the platform 17 with the samples in the vertical direction, the flywheel 8 rotates. When the flywheel 8 rotates, the screw 7 rotates its thread with it, interacting with the thread of the hole of the movable fastener 6, moves the latter along the T-shaped guide 4 of the swivel base. If the flywheel 8 is rotated in such a direction that the movable fastener moves closer to the fastening protrusion 5, then the lower links 14 of the folding mechanism are brought together. Since all pairs of links are interconnected by springs 13, when reducing the lower links, all other links are also reduced to a vertical plane passing through the axes of the hinges 15. As a result, the length of the folding mechanism increases and the platform 17 rises. When lifting the platform, the upper links 14, mounted on the fastening protrusion 16 and the movable fastening element 18, reduce these details. Since, with the divorced links in 14, the springs 13 are in a deformed state, the elastic deformation forces of these springs tend to reduce the links 14 to a vertical plane. This direction of the elastic deformation of the springs 13 relieves the hinges 15 and reduces the forces applied to the flywheel 8 when lifting the platform 17. When the flywheel 8 rotates in the opposite direction, the platform 17 is lowered.

Благодаря тому, что заявляемое решение имеет большую по сравнению с прототипом площадь сечения в горизонтальной плоскости жесткость складывающегося механизма в нем будет больше жесткости прототипа. Повышение жесткости обеспечивает точность позиционирования образцов и, как следствие гарантирует соблюдение заданных технологических режимов, т.е. способствует повышению качества выпускаемой продукции.Due to the fact that the proposed solution has a larger compared to the prototype, the cross-sectional area in the horizontal plane of the rigidity of the folding mechanism in it will be more rigid than the prototype. The increase in stiffness ensures the accuracy of sample positioning and, as a consequence, ensures compliance with the specified technological regimes, i.e. helps to improve the quality of products.

Заявляемая конструкция манипулятора почти в пять раз сокращает количество пар трения и практически разгружает шарнирные соединения. Эти факторы обуславливают снижение содержания продуктов износа в рабочей зоне, уменьшает вероятность загрязнения обрабатываемых образцов.The claimed design of the manipulator reduces the number of friction pairs by almost five times and practically unloads the articulated joints. These factors cause a decrease in the content of wear products in the working area, reduces the likelihood of contamination of the processed samples.

Claims

A manipulator designed to work in a sealed volume, containing a swivel base, on which a folding mechanism is formed, formed by pairs of links pivotally interconnected, a platform fixed on the upper links of the folding mechanism, and a lifting drive, characterized in that the links of the folding mechanism are in the form closed circuits, and in each pair one link is made with the possibility of intersection of the other, and the links of adjacent pairs of links and extreme links with the platform and turning The base is made in the form of rigidly attached to the elements to be joined and the springs installed crosswise.