SU1161381A1 - Электромагнитный схват робота-манипулятора - Google Patents

Description

Изобретение относится к захватным приспособлениям адаптивных роботов-манипуляторов и может быть использовано для поштучного захвата объектов манипулирования посредст- 5 вом адаптации к их количеству, типу и ориентации'с выработкой соответствующих осведомительных сигналов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устрой^- Ю ства за счет обеспечения поштучного захвата различных по массе или магнитной восприимчивости ферромагнитных деталей с одновременным определением их типа и ориентации. 15

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого электромагнитного схвата; на фиг. 2 - структурная схема генератора убывающего тока; на фиг, 3 - структурная схема 20 формирователя сигнала захвата; на фиг. 4 - структурная схема блока задания режимов; на фиг. 5 - диаграмма работы электромагнитного схвата; на фиг. 6 (сц 5 , 8> , г ) - про- ₂5 цесс захвата ферромагнитных деталей.

Электромагнитный схват робота-ма- нипулятора (фиг. 1) содержит закрепленный на руке 1 манипулятора электромагнит с сердечником 2 и катушкой 30 3 возбуждения, генератор 4 убывающего тока, коммутатор 5, генератор 6 меток и последовательно соединенные счетчик 7 кода, дешифратор 8 признака и индикатор 9 типа и ориентации, 35 а так же формирователь 10 сигнала захвата и блок 11 задания режимов, первый выход которого подсоединен к входу генератора 4 убывающего тока. Своими выходами генератор 4 через

2

нормально замкнутые контакты коммутатора 5 соединен с катушкой 3 возбуждения, при этом нормально· разомкнутые контакты коммутатора 5 подключены к входам формирователя 10 сигнала захвата, выходом связанного с входом блока 11 задания режимов, третий и второй выходы которого соединены соответственно с управляющими входами индикатора 9 типа и ориентации и счетчика 7 кода, информационным входом подключенного к выходу генератора 6 меток и управляющему входу коммутатора 5. Позицией 12 обозначена захватываемая деталь. Генератор 4 убывающего тока включает (фиг. 2) операционный усилитель 13, подсоединенный своим неинвертирующим входом к шине нулевого потенциала, а инвертирующим входом 14 к резистору 15 и первому· электроду конденсатора 16, второй электрод конденсатора подключен к выходу усилителя 13, связанного с входом усилителя 17 мощности. Резистор 15 подключен к блоку опорных напряжений (не показан). Формирователь 10 сигнала захвата (фиг, 3) выполнен в виде автогенераторного формирователя дискретного сигнала, состоящего из последовательно подключенных ЬСавтогенератора 18, детектора 19 и формирователя 20 импульса, выход которого служит и выходом формирователя 10 сигнала захвата, а входами последнего являются входы автогенератора 18, причем его чувствительньй элемент образует катушка индуктивности, состоящая из сердечника 2 и катушки 3 возбуждения элёктромаг1161

нита. Блок 11 задания режимов (фиг. 4) состоит из переключателя 21 режимов с нормально разомкнутыми контактами, формирователя 22 импульса, элемента 23-ИЛИ, сиетчика 24 режи- 5 ма, коммутатора 25, индикатора 26 режима, элемента 27 И индикации, элемента 28 ИЛИ-НЕ, коммутатора 29 и Т-триггера 30 счета, причем переключатель 21 режимов нормально ра- 10 зомкнутыми контактами соединяет первый выход Е₄ блока опорных напряжений 'с входом формирователя 22 импульса, выходом покдлюченного к входу элемента 23 ИЛИ, второй вход (5 которого служит входом блока 11 задания режимов, а выход подключен к входу счетчика 24 режима, первый вход которого соединен с первым входом коммутатора 25 и первыми входа- 20 ми индикатора 26 режима, элемента 27 И индикации и элемента 28 ИЛИ-НЕ, выходом связанного с первым входом, коммутатора 29, объединенного своим выходом с выходом коммутатора 25, 25

являющимися первым выходом блока 11, а второй выход счетчика 24 режима подключен к вторым вводам индикатора 26 режима, элемента 27 И индикаций, выход которого служит третьим зо выходом блока 11 задания режимов, элемента 28 ИЛИ-НЕ и входу Т-триггера 30 счета, выход которого является вторым выходом блока 11, при этом второй вход коммутатора 25 подключен к первому выходу Е/, * блока опорных напряжений, а второй вход коммутатора 29 связан с его вторым выходом Ё₂ .

Все используемые в устройстве электронные элементы и схемы серийно выпускаются промышленностью в интегральном исполнении, например операционные усилители ТПТ серий 140, 150, дешифраторы серий 155,

120, - счетчики и элементы индикации серии 155, 120, счетчики и элементы индикации серии 155 и т.д. Счетчик 7, дешифратор 8 и индикатор 9 выполняются на основе десятичного.счетчика с индикацией 17.01. Указанный счетчик предназначается для счета импульсов с индикацией их числа в различных счетных системах.

Электромагнитньй схват работает $ следующим образом.

Функционирование схвата можно подразделить на основные режимы:

381 4

настройка, облучение и собственно работа. Выполнение режима настройки заключается в задании уровней Е_л, Е₂ , Е₃ , Ед. опорных напряжений, поступающих в схемы устройства с соответствующих выходов блока опорных напряжений. При этом Е^ выбирают таким, чтобы обеспечить через генератор 4 убывающего тока и катушку 3 возбуждения возникновение магнитного потока в сердечнике 2, надежно притягивающего хотя бы одну любую деталь 12 из числа их обрабатываемой номенклатуры, даже в случае сцепления и сжатия извлекаемой детали 12 другими деталями. Значение напряжения Е₂ выбирают таким, чтобы его подача приводила к прекращению протекания тока с выхода усилителя 17 через катушку 3 возбуждения и, следовательно, к надежному отпусканию извлеченных деталей 12. Установка величины напряжения Е₃, определяющего уменьшение тока в катушке 3, таким образом задает скорость освобождения сердечника 2 от лишних захваченных деталей 12. Е^ выбирают в соответствии со значением напряжения единичного логического уровня используемых в устройстве логических элементов. Кроме того, в генераторе 6 выполняется установка частоты следования (кГц) импульсов меток счетчика 7 кода и включения коммутатора 5, обеспечивающего опрос формирователя 10 сигнала захвата и кратковременное отключение генератора 4 тока от катушки 3 возбуждения.

Определение наличия на сердечнике 2 одной, последней или единственной детали 12 производят по команде формирователя 10 сигнала захвата, которая вырабатывается при попытке отрыва детали 12 от сердечника 2 схвата (фиг. 6а ). Использование указанного принципа определения наличия одной детали 12 на сердечнике 2 схвата обеспечивает возможность поштучного извлечения различных и априорно неизвестных ферромагнитных деталей 12 из их ”навала’' без настройки устройства на какой-либо

определенный тип извлекаемой детали 12 посредством установки эталонного значения ее сигнала веса и, таким образом, с возможностью проведения автоматического захвата по одной ^детали 12 различной произвольной массы и магнитной восприимчивости.

1 161 381·

В том случае, когда для обеспечения правильной работы адаптивного робота-манипулятора требуется однозначная идентификация типа поштучно извлекаемых деталей 12, манипулирование и иХ ориентация на сердечнике 2 выполняется режим обучения. Режим обучения, выполняющийся за режимом настройки, отличается от режима работы захвата определением формируемых в счетчике 7 кода и индицируемых в индикаторе 9 признаков типа и ориентации извлекаемых ферромагнитных деталей 12 - объектов манипулирования. Кроме того, при необходимости в нем выполняется и процесс отбраковки (устранение из всей обрабатываемой номенклатуры) деталей 12 раз личных для данной технологической операции, но имеющих одинаковые указанные определяемые признаки, равенство которых не устраняется при увеличении разрешающей способности элементов их определения (скорость падения тока генератора 4, частота опроса формирователя' 10 импульсами генератора 6 и заполнения счетчика 7 кода, уменьшение порога чувствительности автогенератора 18 и т.д.).

На ферромагнитное тело, помещаемое в неоднородное магнитное поле, действует пондеромоторная сила, прямо пропорциональная магнитной восприимчивости тела и напряженности магнитного поля. Учитывая то, что магнитная восприимчивость тела определяется не только природой его ферромагнитного вещества, но и формой, отмечается влияние этой зависимости на силу удержания ферромагнитного объекта детали 12 на сердечнике 2 схвата. Таким образом, способность детали 12 удерживаться на сердечнике 1 при некоторой создаваемой им силе ее магнитное притяжения, является сложной функцией веса, массы, свойств вещества, формы и ориентации удерживаемой детали 12. Сле'довательно, значение этой функции отражает наличие той или иной детали 12 ка сердечнике 2 в одной из возможных ее ориентаций. Оценку данной функции удобно проводить по минимальной величине тока в цепи катушки 3 возбуждения, еще способного удержать исследуемую на тип и ориентацию деталь 12. Значение этого тока определяется в момент начала отрыва

детали 12 от сердечника 2, что фиксируется командой с формирователя

10 сигнала захвата (фиг. 5'·, 12). Βει

личина тока оценивается косвенно, по числу импульсов, поступивших с генератора 6 меток в счетчик 7 кода за период изменения тока цепи катушки 3 возбуждения от исходного максимального (режим настройки, фиг. 5 вых. 4) до определяемого минимального значения (режим обучения, фиг. 5, вых. 7, 8, 9 "Счет").

Итак, режим работы рассматриваемого устройства характеризуется состояниями "Ожидание", "Захват", "Освобождение от лишних захваченных деталей", "Удержание одной из них" и "Отпускание (фиг. 5). В состоянии ожидания генер'атор 6 меток вырабатывает последовательность Κ/4-импуль сов (фиг. 5, вых.6), включающих комI

мутатор 5 на непродолжительное время, в которое катушка.3 возбуждения оказывается подключенной через нормально разомкнутые контакты коммутатора 5 к входам формирователя 10 сигнала захвата. Таким образом, катушка 3 сердечником 2 выполняет функции чувствительного элемента ЬС-автогенератора 18 (фиг. 3) при данном ее подключении через коммутатор 5 (фиг. 1). В начальный момент периода отключения катушки 3 от генератора 4, подключения к формирователю 10, в катушке 3 с предвариI 4

тельно намагниченным сердечником 2 возникают переходные процессы, которые к моменту срабатывания формирователя 10 обеспечивают почти постоян ное номинальное значение намагниченности сердечника 2, повышая точность работы формирователя 10 сигнала захвата. Подключенная в колебательный контур автогенератора 18 катушка индуктивности 3 создает электромагнитное поле частотой 200-300 кГц. В исходном положении в счетчике 24 режима блока 11 присутствует (фиг. 4) нулевой код режима "00" через элемент 28 ИЛИ-НЕ открывающий комгкутатор 29, который и подается на вход операционного усилителя 13, определяя низкий потенциал насыщения, при котором усилитель 17 мощности не выдает тока в катушку 3 возбуждения через выключенный коммутатор 5. Обесточенный электромагнит с помощью руки 1 манипулятора опускается вер7

тикально до поверхности "навала" ферромагнитных деталей 12, наличие которых под сердечником 2 в момент включения коммутатора 5 приводит к срыву генерации в автогенераторе 18 вследствие возникновения электромагнитного потока вихревых токов в. деталях 12, направленного против основного дотока катушки 3 индуктивности. Срыв колебаний фиксируется детектором 19 высокой частоты (200300 кГц), и соответствующий перепад сигнала с последнего поступает на формирователь 20 импульса, который в виде выходного сигнала "Есть объект манипулирования"· (фиг. 5, вых. 10) формирователя 10 переводит блок 11 задания режимов в состояние захвата через элемент 23 ИЛИ, меняя код "00" в счетчике· 24 режима на "10". Появление этого кода (фиг. 4) вызывает включение коммутатора 25 и ’ через элемент 28 ИЛИ-НЕ нулевым логическим сигналом - выключение коммутатора 29. Так, на инвертирующий вход 14 усилителя 13 подается отрицательное смещение Е₂, вызывающее иа выходе усилителя 13 положительное " напряжение насыщения, вследствие чего усилитель 17 мощности подает в катушку 3 возбуждения максимальный ток, значение которого задано в режиме настройки. Поскольку порог чувствительности формирователя 10 сигнала захвата лежит в пределах 0,5-5 мм, то выработка соответствующего сигнала производится до внедрения сердечника 2 захвата в "навал'' ферромагнитных деталей 12, что- также повышает вероятность извлечения не более одной детали 12. В этом случае и в случае захвата совокупности деталей 12, рука 1 манипулятора выполняет по команде формирователя 1и "Есть объект манипулирования" подъем.на заданную высоту (фиг. 5, вых. 10,2), После подъема захвата с произвольно висящими на сердечнике 2 деталями 12, (фиг. 6) автоматическим включением переключателя 21 или замыканием его контактов действием оператора через нормально разомкнутые контакты напряжение логической единицы Е₄ поступает на вход (фиг.5, вых. 11.1) формирователя 22 импульса, с выхода которого через элемент 23 ИЛИ он заносится в счетчик 24, записывающий следующий за кодом

1381 8

"10" код "01", а его появление с второго выхода счетчика 24 перебрасывает (фиг. 4) Т-триггер 30 в состояние единицы, которая, подаваясь на управляющий вход счетчика 7 кода, розрешает счет количества импульсов, поступающих с генератора 6 меток на его информационный вход (фиг. 1, 4, 6, вых. 7, 8, 9 "Счет") В этот момент, одновременно с открытием счета в счетчике 7, закрытые кодом "01" коммутаторы 25 и 29 разрывают цепь напряжений Е,, Е₂ от входа 14 усилителя 13 (фиг, 2), и усилитель 13, в цепь обратной отрицательной связи которого включена емкость 16, а на инверсный вход через резистор 15 подано напряжение Е₃, начинает работать в режиме интегратора, На его выходе возникает убывающее по времени напряжение, что об.еспечивает с помощью усилителя 17 мощности убывающий ток в катушке 3 возбуждения, вызывающий уменьшение намагничивающей силы и Постепенное "отлипание" деталей 12 от сердечника 2 захвата (фиг. 6).

Как только от сердечника 2 начинает отходить последняя деталь 12, образуя зазор между своей поверхностью касания и наконечником сердечника 2, равньм Н мм, автогенератор 18 возобновляет свои колебания, и формирователь 10 сигнала захвата с формирователя 20 выдает сигнал, символизирующий наличие последней детали 12 на сердечнике 2 в состояние начала отрыва. Поскольку только последняя деталь 12 может находиться в найлучших условиях для примагничива— ния ее сердечником 2 (в цепи минимального сопротивления магнитному потоку), то одновременно присутствие какой-либо другой детали 12 исключается. Кратковременность отключений катушки 3 возбуждения от генератора 4 убывающего тока кГц-частотой генератора 6 меток в силу определенной инерционности магнитной системы ? сердечник 2 - деталь 12 не приводит к ощутимой погрешности проводимой оценки величины тока удержания сердечником 2 конкретной детали 12.

Итак, импульс "Последний объект манипулирования" с формирователя 10

(фиг. .5, вых. 10, 12), возникающий

аналогично рассмотренному, переводит

блок 11 в режим "Удержание". Счетчик!

1 161381

10

24 через элемент 23 ИЛИ производит смену своего кода "01" на "11", что вызывает вновь включение коммутатора 25 и*переброс Т-триггера 30, следствием чего является окончание 5 счета в сиетчике 7 кода и выработка с выхода генератора.4 убывающего тока его максимального значения в катушку 3 возбуждения, так как было рассмотрено ранее (фиг, 5, вых. 4, 10

10). Таким образом, к этому моменту времени в счетчике 7 сформировался код, пропорциональный величине тока удержания исследуемой детали 12, характеризующий, ее вес, массу, ве~ 15 щество, форму и принятую на сердечнике 2 ориентацию (фиг. 6). Указанный двоичный Р-разрядный код поступает на 1-Р входы дешифратора 8 признака, где дешифрируясь в унитар- 20 ный 1-2 Р-разрядный двоичный код, он подается для индикации в индикатор 9 типа и ориентации, меняющий свою предыдущую информацию на новую лишь при получении управляющего импульса 25 с выхода, эелемента 27 И, на входы которого в данном случае и подаются две единицы кода блока 11 задания режима соответственно с первого и

второго вькодов счетчика 24. С индикатора 9 полученная информация может быть передана в соответствующие устройства управления роботом-манипулятором, который снабжен предлагаемым схватом. Для контроля правиль ности смены режимов работы схвата в блок 11 задания режимов введен индикатор 26 режима. Код "00" соответствует отбрасыванию идентифицированной детали 12 и режиму ожидания, код "10" - захвату деталей 12 при подаче в катушку 3 максимального тока захвата, код "01" вызывает линейное падение этого тока и начало идентификации исследуемой последней детали Τ2, а код "11" - конец идентификации, начало индикации результатов и задания вновь максимального тока питания катушки 3. Переход в режим "Ожидание" осуществляется автоматической подачей или заданием вручную импульса смены режима в блок 11 через переключатель 21 аналогично рассмотренному.

Код режима 00 в счетчике 2 вызывает отключение тока питания катушки 3 и сброс детали 12.

12

1161381

1161381

116138!

'Зохбат'· и ориентация

Claims (3)

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ СХВАТ РОБОТА-МАНИПУЛЯТОРА, содержащий закрепленный на- руке электромагнит, состояний „из сердечника и катушки возбуждения, и генератор убывающего тока, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения поштучного захвата различных по массе или магнитной восприимчивости ферромагнитных деталей с одновременным определением их.типа и ориентации, он снабжен коммутатором, генератором меток, формирователем сигнала захвата, блоком задания режимов

и последовательно соединенными, счетчиком кода, дешифратором признака и индикатором типа и ориентации объекта, при этом первый выход.блока задания режимов подсоединен с входу генератора убывающего тока, выходы которого через нормально замкнутые контакты коммутатора соединены с катушкой возбуждения, а нормально разомкнутые контакты коммутатора подключены к входам формирователя сигнала захвата,·выход которого связан с входом блока задания режимов, второй и третий выходы блока

задания режимов соединены соответственно с управляющими входами счетчика кода и индикатора типа и ориентации объекта, а вход счетчика кода подключен к выходу генератора меток и к управляющему входу коммутатора.

2. Схват поп.1, отличающийся тем, что формирователь сигнала захвата выполнен .в виде последовательно подключенных ЬС-автогенератора, детектора и формирователя импульса, при этом выход формирователя импульса соединен с блоком задания режимов, а вход ЬС-автогенератора - с нормально разомкнутыми контактами коммутатора.

3. Схват по π. 1,отлича гощи й с я тем, что блок задания режимов выполнен в виде переключате—. ля режимов с нормально разомкнутыми контактами, формирователя импульса, элемента ИЛИ, счетчика режима, первого коммутатора напряжения, индикатора режима, элемента И индикации, элемента ИЛИ-НЕ второго коммутатора напряжения, триггера счета и блока опорных напряжений, при этом череэ нормально разомкнутые контакты переключателя режимов первый выход блока опорных напряжений соединен

с входом формирователя импульса, выход которого подключен к входу элемента ИЛИ, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом формирователя сигнала эахвата, а выход подключен к входу счетчика режима элемента ИЛИ, первый выход которого подключен к первому входу первого коммутатора напряжения и к первым вхо-

>

116138

дам индикатора режима, элемента И индикации и элемента ИЛИ-НЕ, выход элемента ИЛИ-НЕ связан с первым входом второго коммутатора напряжения, выходы первого и второго коммутаторов напряжения соединены с входом генератора убывающего тока, а второй выход счетчика режима подключен к вторым входам индикатора режима, элемента ИЛИ-НЕ, элемента И индикации, выход которого соединен с индикатором типа и ориентации объекта, и к входу триггера счета, выход которого соединен со счетчиком кода, второй вход первого коммутатора напряжения подключен к второму выходу ' блока опорных напряжений, а второй вход второго коммутатора напряжения связан с его третьим . выходом .

1