RU2743389C1 - Detachable element automatic attachment unit - Google Patents

Detachable element automatic attachment unit Download PDF

Info

Publication number
RU2743389C1
RU2743389C1 RU2020134755A RU2020134755A RU2743389C1 RU 2743389 C1 RU2743389 C1 RU 2743389C1 RU 2020134755 A RU2020134755 A RU 2020134755A RU 2020134755 A RU2020134755 A RU 2020134755A RU 2743389 C1 RU2743389 C1 RU 2743389C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
active
piston
collet
piston rod
sensors
Prior art date
Application number
RU2020134755A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Владимирович Бобошко
Андрей Владимирович Вара
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Дальневосточный федеральный университет» (ДВФУ)
Priority to RU2020134755A priority Critical patent/RU2743389C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2743389C1 publication Critical patent/RU2743389C1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00Gripping heads and other end effectors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Insertion Pins And Rivets (AREA)

Abstract

FIELD: manufacturing technology.
SUBSTANCE: assembly comprises an active member comprising a geometrically locking member, a piston with a rod configured to reciprocate therein, and mating part having hole made with possibility of coupling with geometrical locking element. Unit is equipped with sensors to monitor position of active and mating parts and stock. At that, element of geometrical locking is made in form of bushing-collet, non-breaking part of which is rigidly fixed in active part coaxially with piston and with possibility of piston rod movement inside bushing-collet, and split part is made in form of truncated cone diverging outward. Mating part opening is made in the form of truncated cone diverging inside. Sensors are designed to control position of active and mating parts relative to each other and position of piston rod relative to active part.
EFFECT: higher specific load and stiffness of attachment with higher reliability and wider field of use.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано для автоматического крепления исполнительного устройства или заготовки на исполнительный механизм (например манипулятор робота).The invention relates to robotics and can be used for automatic fastening of an actuator or workpiece to an actuator (for example, a robot arm).

Известно механическое устройство для замены концевого элемента, содержащее активную часть, снабженную элементом геометрического запирания, внутри которой с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен поршень со штоком, и ответную часть, выполненную с возможностью сопряжения со штоком поршня и элементом геометрического запирания (см. патент TWI593525, МПК B25J15/04, дата публикации 01.08.2017 г.).Known is a mechanical device for replacing the end element, containing an active part equipped with a geometric locking element, inside which a piston with a rod is installed with the possibility of reciprocating movement, and a counterpart configured to mate with the piston rod and a geometric locking element (see patent TWI593525 , IPC B25J15 / 04, publication date 01.08.2017).

В качестве ближайшего аналога принято устройство для автоматической смены съемного элемента, содержащее активную часть, снабженную элементом геометрического запирания, внутри которой с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен поршень со штоком, и ответную часть, выполненную с возможностью сопряжения со штоком поршня и элементом геометрического запирания, для чего снабжена отверстием (см. патент US8005570, МПК G06F 19/00, дата публикации 23.08.2011 г.).As the closest analogue, a device for the automatic change of a removable element is adopted, containing an active part equipped with a geometric locking element, inside which a piston with a rod is installed with the possibility of reciprocating movement, and a counterpart adapted to mate with the piston rod and a geometric locking element, for which it is provided with a hole (see patent US8005570, IPC G06F 19/00, publication date 08/23/2011).

Недостатками аналогов являются относительно высокая удельная нагрузка на элементы геометрического запирания, выполненные в виде шариков, что ведет к уменьшению общей грузоподъемности устройства, зависимость жесткости соединения от давления в пневмосистеме и необходимость определять наличие нагрузки при помощи логических вычислений на основе показаний индуктивных датчиков.The disadvantages of analogs are the relatively high specific load on the geometric locking elements made in the form of balls, which leads to a decrease in the total carrying capacity of the device, the dependence of the rigidity of the connection on the pressure in the pneumatic system and the need to determine the presence of a load using logical calculations based on the readings of inductive sensors.

Задачей, на решение которой направлена предлагаемое изобретение, является разработка узла автоматического крепления съемного элемента с повышенной надежностью и жесткостью соединения.The problem to be solved by the present invention is to develop a unit for automatic fastening of a removable element with increased reliability and rigidity of the connection.

Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в увеличении удельной нагрузки и жесткости крепления при повышении надежности и расширении области применения.The technical result, which is achieved when solving the problem, is expressed in an increase in the specific load and rigidity of the fastening while increasing the reliability and expanding the scope.

Поставленная задача решается тем, что узел автоматического крепления съемного элемента, содержащий активную часть, снабженную элементом геометрического запирания, внутри которой с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен поршень со штоком, и ответную часть, выполненную с возможностью сопряжения со штоком поршня и элементом геометрического запирания, для чего снабжена отверстием, отличается тем, что в качестве элемента геометрического запирания используют втулку-цангу, неразрезная часть которой жестко закреплена в активной части, соосно с поршнем и с возможностью перемещения штока поршня внутри втулки-цанги, а разрезная часть выполнена в форме усеченного конуса, расширяющегося наружу, кроме того, ответная часть выполнена с возможностью сопряжения с разрезной частью втулки-цанги, для чего боковая поверхность отверстия выполнена в форме усеченного конуса, расширяющегося внутрь, кроме того, узел дополнительно содержит датчики для контроля положения частей и штока.The problem is solved in that the unit for automatic fastening of the removable element, containing the active part, equipped with a geometric locking element, inside which a piston with a rod is installed with the possibility of reciprocating movement, and a counterpart made with the possibility of mating with the piston rod and the geometric locking element, for which it is equipped with a hole, it differs in that a collet sleeve is used as a geometric locking element, the continuous part of which is rigidly fixed in the active part, coaxial with the piston and with the ability to move the piston rod inside the collet sleeve, and the split part is made in the form of a truncated cone expanding outward, in addition, the mating part is made with the possibility of mating with the split part of the collet sleeve, for which the side surface of the hole is made in the form of a truncated cone expanding inward, in addition, the unit additionally contains sensors for monitoring the position of the parts and the rod.

Кроме того, узел содержит датчики для контроля положения активной и ответной части относительно друг друга и положения штока поршня относительно активной части.In addition, the unit contains sensors for monitoring the position of the active and reciprocal parts relative to each other and the position of the piston rod relative to the active part.

Сопоставительный анализ совокупности существенных признаков предлагаемого технического решения и совокупности существенных признаков прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».Comparative analysis of the totality of essential features of the proposed technical solution and the totality of essential features of the prototype and analogues indicates its compliance with the "novelty" criterion.

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.In this case, the distinctive features of the claims solve the following functional problems.

Признак «в качестве элемента геометрического запирания используют втулку-цангу» позволяет увеличить площадь контакта между элементом геометрического запирания и ответной частью, поскольку сопряжение между указанными частями происходит не отдельными пятнами контакта, а распределяется по всей сопрягаемой поверхности элемента геометрического запирания, в результате чего уменьшается удельная нагрузка на элемент геометрического запирания и становится возможно дополнительное нагружение устройства.The feature "a collet sleeve is used as a geometric locking element" allows increasing the contact area between the geometric locking element and the counterpart, since the mating between these parts does not occur as separate contact spots, but is distributed over the entire mating surface of the geometric locking element, as a result of which the specific load on the geometric locking element and additional loading of the device becomes possible.

Признак «неразрезная часть [втулки-цанги] жестко закреплена в активной части» исключает перемещение втулки-цанги относительно активной части.The feature "the continuous part [of the collet sleeve] is rigidly fixed in the active part" excludes the movement of the collet sleeve relative to the active part.

Признаки «[втулка-цанга закреплена] соосно с поршнем и с возможностью перемещения штока поршня внутри [нее]» позволяют зафиксировать положение разрезной части втулки-цанги в отверстии ответной части путем выдвигания штока поршня и тем самым завершить геометрическое замыкание скрепляемых частей даже при отключении подачи воздуха.The signs "[collet bushing is fixed] coaxially with the piston and with the possibility of moving the piston rod inside [it]" allow you to fix the position of the split part of the collet bushing in the hole of the counterpart by extending the piston rod and thereby complete the positive locking of the fastened parts even when the feed is turned off air.

Признаки «разрезная часть [втулки-цанги] выполнена в форме усеченного конуса, расширяющегося наружу, позволяют контролируемо изменять жесткость втулки-цанги в радиальном направлении и вводить втулку-цангу в отверстие, которое меньше ее радиального габарита.Features “the split part [of the collet bushing] is made in the form of a truncated cone expanding outward, allowing to controllably change the rigidity of the collet bushing in the radial direction and to insert the collet bushing into a hole that is smaller than its radial dimensions.

Признаки «ответная часть выполнена с возможностью сопряжения с разрезной частью втулки-цанги, для чего боковая поверхность отверстия выполнена в форме усеченного конуса, расширяющегося внутрь» обеспечивает возможность геометрического замыкания втулки-цанги в отверстии при условии выдвижения штока.Features "the counterpart is designed to mate with the split part of the collet bushing, for which the side surface of the hole is made in the form of a truncated cone expanding inward" provides the possibility of positive locking of the collet bushing in the hole provided the stem is extended.

Признаки «узел дополнительно содержит датчики для контроля положения частей и штока» и признаки зависимого пункта формулы позволяют определять наличие нагрузки (ответной части) и ее приближение к активной части без логической обработки предыдущих действий, при этом нештатная потеря или ослабление крепления нагрузки определяется в течение всего времени замкнутого состояния соединения.The signs "the node additionally contains sensors for monitoring the position of the parts and the rod" and the signs of the dependent clause of the formula make it possible to determine the presence of a load (counterpart) and its approximation to the active part without logical processing of previous actions, while an abnormal loss or weakening of the load fastening is determined throughout the time of the closed state of the connection.

На фиг.1 изображен продольный разрез узла автоматического крепления съемного элемента в разомкнутом состоянии.Figure 1 shows a longitudinal section of the unit for automatic fastening of the removable element in the open state.

На фиг.2 изображен продольный разрез узла съемного элемента в замкнутом состоянии.Figure 2 shows a longitudinal section of the removable element assembly in a closed state.

На фиг.3 изображен опытный образец узла автоматического крепления съемного элемента:Figure 3 shows a prototype unit for automatic fastening of a removable element:

а - в разомкнутом состоянии с активной частью, установленной на плавающей платформе;a - in an open state with an active part installed on a floating platform;

б - в замкнутом состоянии с активной частью, установленной на фланце робота.b - in a closed state with an active part mounted on the robot flange.

На чертежах показаны активная часть 1, шток 2 поршня, ответная часть 3 и ее отверстие 4, неразрезная 5 и разрезная 6 части втулки-цанги, датчики 7 для контроля положения активной 1 и ответной 3 частей относительно друг друга и положения штока 2 поршня относительно активной части 1.The drawings show the active part 1, piston rod 2, counterpart 3 and its opening 4, continuous 5 and split 6 parts of the collet bush, sensors 7 for monitoring the position of active 1 and counterparts 3 relative to each other and the position of piston rod 2 relative to the active part 1.

В активной части 1 жестко закреплена неразрезная часть 5 втулки-цанги, соосно с внутри втулки-цанги.In the active part 1, the continuous part 5 of the collet sleeve is rigidly fixed, coaxially with the inside of the collet sleeve.

Разрезная часть 6 втулки-цанги выполнена в форме усеченного конуса, расширяющегося наружу.The split part 6 of the collet bushing is made in the form of a truncated cone expanding outward.

Ответная часть 3 выполнена с возможностью сопряжения с разрезной частью 6 втулки-цанги, для чего боковая поверхность отверстия 4 выполнена в форме усеченного конуса, расширяющегося внутрь.The counterpart 3 is configured to mate with the split part 6 of the collet sleeve, for which the side surface of the hole 4 is made in the form of a truncated cone expanding inward.

Узел дополнительно содержит датчики 7 для контроля положения активной 1 и ответной 3 частей относительно друг друга и положения штока 2 поршня относительно активной части 1.The unit additionally contains sensors 7 for monitoring the position of the active 1 and mating 3 parts relative to each other and the position of the piston rod 2 relative to the active part 1.

Заявляемое устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.

В разомкнутом состоянии (фиг.1) шток 2 поршня расположен внутри активной части 1 и лепестки разрезной части 6 втулки-цанги находятся в свободном состоянии.In the open state (Fig. 1), the piston rod 2 is located inside the active part 1 and the petals of the split part 6 of the collet sleeve are in a free state.

При приближении активной части 1 к ответной части 3 под контролем датчиков 7 лепестки разрезной части 6 втулки-цанги поджимаются к центру и проходят в отверстие 4 ответной части 3.When the active part 1 approaches the counterpart 3, under the control of the sensors 7, the petals of the split part 6 of the collet sleeve are pressed to the center and pass into the hole 4 of the counterpart 3.

После смыкания активной 1 и ответной 3 частей выдвигают (с помощью воздуха) шток 2 поршня, лепестки разрезной части 6 втулки-цанги расходятся в радиальном направлении и распираются (причем обратная конусность отверстия 4 создает составляющую силы, смыкающей обе части устройства) в отверстии 4 ответной части 3.After closing the active 1 and the counterpart 3, the piston rod 2 is extended (with the help of air), the petals of the split part 6 of the collet sleeve diverge in the radial direction and expand (and the reverse taper of the hole 4 creates a force component that closes both parts of the device) in the hole 4 of the counterpart part 3.

Таким образом, в замкнутом состоянии (фиг.2) части узла закреплены относительно друг друга посредством штока 2 поршня, который останется за счет сил трения в положении, фиксирующем втулку-цангу, даже при потере давления сжатого воздуха, тем самым не позволяя лепесткам разрезной части 6 втулки-цанги сжаться и выйти из отверстия 4 ответной части 3.Thus, in the closed state (Fig. 2), the parts of the assembly are fixed relative to each other by means of the piston rod 2, which remains due to frictional forces in the position that fixes the collet sleeve, even with a loss of compressed air pressure, thereby preventing the petals of the split part 6 collet bushings shrink and come out of hole 4 of counterpart 3.

Чтобы отсоединить ответную часть 3 от активной части 1, процедуру проводят в обратном порядке.To disconnect the counterpart 3 from the active part 1, the procedure is carried out in the reverse order.

В качестве съемного элемента может выступать как активная, так и ответная часть.Both the active and the reciprocal part can act as a removable element.

Использование элемента геометрического запирания с развитой поверхностью допускает применение разных материалов (пластик, композит, металлы), что позволяет в широком диапазоне менять технологию производства и цену (например, литье пластиковой цанги под давлением - технология массового производства, а изготовление стальной инструментальной цанги - специальное или прецизионное).The use of a geometric locking element with a developed surface allows the use of different materials (plastic, composite, metals), which allows changing the production technology and price in a wide range (for example, injection molding of a plastic collet is a mass production technology, and the manufacture of a steel tool collet is special or precision).

Авторами создан опытный образец со следующими характеристикамиThe authors have created a prototype with the following characteristics

1. Материалы:1. Materials:

активная часть - алюминиевый сплав Д16;active part - aluminum alloy D16;

ответная часть и поршень - сталь 40Х13;counterpart and piston - steel 40X13;

втулка-цанга - капролон ПА6 марка А.collet bushing - caprolon PA6 grade A.

2. Размеры:2. Dimensions:

габаритные размеры образца: диаметр 100 мм, длина 98 мм;overall dimensions of the sample: diameter 100 mm, length 98 mm;

габаритные размеры втулки-цанги: диаметр 40 мм, длина 41 мм, внутренний диаметр (под шток поршня) 20 мм;overall dimensions of the collet bush: diameter 40 mm, length 41 mm, inner diameter (for the piston rod) 20 mm;

диаметры разрезной части втулки-цанги: минимальный 30 мм (в сжатом состоянии, когда лепестки сомкнуты), максимальный 32,8 мм (в свободном состоянии), деформация на радиус 1,4 мм.diameters of the split part of the collet bush: minimum 30 mm (in a compressed state when the petals are closed), maximum 32.8 mm (in a free state), deformation by a radius of 1.4 mm.

Проведены испытания - нагружали опытный образец вдоль оси весом не менее 31 кг в течение 5 минут статистически значимое количество раз до и после ресурсных испытаний, при этом соединение не разблокировалось, что подтверждалось информацией с индуктивного датчика смыкания и данными измерений зазора между смыкаемыми частями образца.Tests were carried out - the prototype was loaded along the axis with a weight of at least 31 kg for 5 minutes a statistically significant number of times before and after the life tests, while the connection was not unlocked, which was confirmed by information from the inductive closure sensor and the measurement data of the gap between the parts of the specimen being closed.

Claims (2)

1. Узел автоматического крепления съемного элемента, содержащий включающую элемент геометрического запирания активную часть, внутри которой с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен поршень со штоком, и ответную часть, имеющую отверстие, выполненное с возможностью сопряжения с элементом геометрического запирания, отличающийся тем, что он снабжен датчиками для контроля положения активной и ответной частей и штока, при этом элемент геометрического запирания выполнен в виде втулки-цанги, неразрезная часть которой жестко закреплена в активной части соосно с поршнем и с возможностью перемещения штока поршня внутри втулки-цанги, а разрезная часть выполнена в форме усеченного конуса, расширяющегося наружу, при этом отверстие ответной части выполнено в форме усеченного конуса, расширяющегося внутрь.1. A unit for automatic fastening of a removable element, comprising an active part including a geometric locking element, inside which a piston with a rod is installed with the possibility of reciprocating movement, and a counterpart having an opening adapted to mate with a geometric locking element, characterized in that it equipped with sensors for monitoring the position of the active and counterparts and the rod, while the geometric locking element is made in the form of a collet sleeve, the continuous part of which is rigidly fixed in the active part coaxially with the piston and with the ability to move the piston rod inside the collet sleeve, and the split part is made in the form of a truncated cone expanding outward, while the opening of the counterpart is made in the form of a truncated cone expanding inward. 2. Узел по п.1, отличающийся тем, что упомянутые датчики предназначены для контроля положения активной и ответной частей друг относительно друга и положения штока поршня относительно активной части.2. The assembly according to claim 1, characterized in that said sensors are designed to monitor the position of the active and mating parts relative to each other and the position of the piston rod relative to the active part.
RU2020134755A 2020-10-22 2020-10-22 Detachable element automatic attachment unit RU2743389C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134755A RU2743389C1 (en) 2020-10-22 2020-10-22 Detachable element automatic attachment unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020134755A RU2743389C1 (en) 2020-10-22 2020-10-22 Detachable element automatic attachment unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2743389C1 true RU2743389C1 (en) 2021-02-17

Family

ID=74665980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020134755A RU2743389C1 (en) 2020-10-22 2020-10-22 Detachable element automatic attachment unit

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2743389C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2638670A1 (en) * 1988-11-09 1990-05-11 Roudaut Philippe PNEUMATIC CLAMP
SU1574377A1 (en) * 1988-02-01 1990-06-30 Волжское объединение по производству легковых автомобилей Feeding chuck
SU1731630A1 (en) * 1990-03-05 1992-05-07 Ржевский Завод Автотракторного Электрооборудования Grip
RU2233425C1 (en) * 2003-03-25 2004-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева" Device for connection and disconnection of body with detachable support
US8005570B2 (en) * 2006-03-14 2011-08-23 Ati Industrial Automation Robotic tool changer
KR101480918B1 (en) * 2014-03-18 2015-01-13 주식회사 두원코리아 Inner diameter of the workpiece holding devices

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1574377A1 (en) * 1988-02-01 1990-06-30 Волжское объединение по производству легковых автомобилей Feeding chuck
FR2638670A1 (en) * 1988-11-09 1990-05-11 Roudaut Philippe PNEUMATIC CLAMP
SU1731630A1 (en) * 1990-03-05 1992-05-07 Ржевский Завод Автотракторного Электрооборудования Grip
RU2233425C1 (en) * 2003-03-25 2004-07-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр им. М.В. Хруничева" Device for connection and disconnection of body with detachable support
US8005570B2 (en) * 2006-03-14 2011-08-23 Ati Industrial Automation Robotic tool changer
KR101480918B1 (en) * 2014-03-18 2015-01-13 주식회사 두원코리아 Inner diameter of the workpiece holding devices

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9109621B2 (en) Connecting rod for aeronautical mechanism and aeronautical mechanism comprising such a connecting rod
US7293920B2 (en) Self-aligning bearing assembly capable of reacting radial and axial loads
RU2743389C1 (en) Detachable element automatic attachment unit
US4932807A (en) Clevis joint for deployable space structures
WO2014195483A2 (en) Composite steering knuckle
EP3415775B1 (en) Method for manufacturing ball joint and method for manufacturing stabilizer link
EP2108488A1 (en) Parallel mechanism
EP3430279B1 (en) Socket assembly and method of making a socket assembly
US10501172B2 (en) Aircraft landing gear assembly
CA3033977A1 (en) Method, apparatus and applicator for applying a coating on a surface of a lamination
CN108375468B (en) A kind of simulation test experiment platform of achievable fretting wear and tired complex conditions
CA3033024C (en) Systems and methods for measuring the electrical contact resistance at an interface
US12091161B2 (en) Aircraft landing gear
US11143251B2 (en) Disk brake
CN107328649B (en) Piezoelectric driving three-jaw bionic micro-size clamping mechanism based on flexible hinge
US6742955B2 (en) Tie rod end with purgative grease zerk and purgeless tie rod boot
JPH0618592Y2 (en) Centrifuge rotor structure
US10626965B2 (en) Failsafe bar connection
EP0466876A1 (en) Shank for a tool
JP5312917B2 (en) Oscillating rotation test equipment
US4926745A (en) Pull rod assembly
CN109515771B (en) Space micro-interference release mechanism and locking and micro-interference release method thereof
CN113218650A (en) Landing gear strength test vertical load loading device
CN112924009A (en) Shear beam weighing sensor, weighing system and weighing sensing method
EP3002211A1 (en) Aircraft landing gear assembly