SU1722809A1

SU1722809A1 - Robot module

Info

Publication number: SU1722809A1
Application number: SU904806551A
Authority: SU
Inventors: Владимир Степанович Семеноженков
Original assignee: Воронежское научно-производственное объединение упаковочного машиностроения
Priority date: 1990-03-26
Filing date: 1990-03-26
Publication date: 1992-03-30

Abstract

Изобретение относитс к машиностроению , а именно к оборудованию дл перемещени изделий и грузов с позиции на позицию, и может быть использовано при создании роботов, тактовых столов, конвейеров периодического действи и т.д. Сущность изобретени : модуль снабжен дополнительным валом, кинематически св занным с выходным валом таким образом. что оба вала вращаютс в одном направлении , а аккумул тор механической энергии выполнен в виде двух укрепленных на валах с возможностью вращени обгонных муфт с взаимно противоположным направлением свободного хода, обоймы которых, подпружинены друг к другу и имеют жестко закрепленные на них зацепл ющиес между собой зубчатые колеса, и двух управл емых сцепных муфт, взаимодействующих с обгонными муфтами. Дл разгона руки робота 6 одна из сцепных муфт, например 13, отсоедин ет обгонную муфту 17 от вала 5 и потенциальна энерги пружины 23 аккумул тора переходит в энергию движени выходных звеньев модул . При торможении по сигналу блока 12 управлени муфта 13 присоедин ет муфту 17 к валу 5 и кинетическа энерги руки 6 и других подвижных звеньев переходит в потенциальную энергию пружины 23. 2 ил. (Л СThe invention relates to mechanical engineering, namely, equipment for moving products and goods from position to position, and can be used to create robots, clock tables, periodic conveyors, etc. Summary of the Invention: The module is provided with an additional shaft, kinematically connected to the output shaft in this way. that both shafts rotate in the same direction, and the mechanical energy battery is made in the form of two overrunning clutches mounted on the shafts with the possibility of rotation with a mutually opposite free-running direction, the clips of which are spring-loaded to each other and have gears which are rigidly fixed to them wheels, and two controlled coupling couplings interacting with the overrunning clutches. To disperse the arm of the robot 6, one of the coupling sleeves, for example 13, disconnects the overrunning clutch 17 from the shaft 5 and the potential energy of the battery spring 23 is transferred to the energy of movement of the output links of the module. When braking by the signal of the control unit 12, the clutch 13 connects the clutch 17 to the shaft 5 and the kinetic energy of the hand 6 and other moving parts is converted into the potential energy of the spring 23. 2 Il. (Ls

Description

Изобретение относитс к машиностроению , а именно к оборудованию дл перемещени изделий и грузов с позиции на позицию и может быть использовано при создании роботов, тактовых столов, конвейеров периодического действи и т.д.The invention relates to mechanical engineering, namely, equipment for moving products and goods from position to position and can be used to create robots, clock tables, periodic conveyors, etc.

Известны модули, в которых перемещение рабочих органов осуществл етс в помощью гидравлических, пневматических шаговых электрических двигателей или с использованием различных шаговых механизмов (мальтийских, кулачковых и пр.). Основным недостатком таких модулей вл етс низка надежность при работе на высоком уровне производительности, когда кинетическа энерги подвижных звеньевModules are known in which the movement of the working bodies is carried out using hydraulic, pneumatic stepping electric motors or using various stepping mechanisms (Maltese, Cam, etc.). The main disadvantage of such modules is low reliability when operating at a high level of performance when the kinetic energy of the moving links

вызывает ударное взаимодействие элементов конструкции и их повышенную вибрацию .causes shock interaction of structural elements and their increased vibration.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс модуль робота , содержащий стойку с размещенным на ней выходным звеном, св занным с установленным на стойке выходным валом, датчик положени выходного вала, привод, системууправлени , аккумул тор механической энергии, выполненный в виде размещенного на стойке кривошипного вала с управл емым фиксатором его положени , причем этот вал подпружинен по углу поворота относительно стойки и кинематически св зан через дополнительно введенную упN гоThe closest to the technical essence of the invention is a robot module comprising a rack with an output link placed on it, connected with an output shaft mounted on a rack, an output shaft position sensor, an actuator, a control system, a mechanical energy accumulator made in the form of a stand crank shaft with a controlled lock its position, and this shaft is spring-loaded with respect to the angle of rotation relative to the rack and is kinematically connected through

юYu

0000

о оoh oh

ровл емую сцепную муфту с выходным валом .Coupling coupling with output shaft.

Использование аккумул тора механической энергии позвол ет значительно снизить вли ние кинетической энергии подвижных звеньев на динамику и вибрацию при работе модул .The use of a battery of mechanical energy can significantly reduce the effect of the kinetic energy of moving parts on the dynamics and vibration during operation of the module.

Недостатком этой конструкции вл етс то, что разгон осуществл етс только на половине оборота вала, причем в начальный момент поворота выходного вала, когда усилие пружины максимально, плечо его действи минимально, и поэтому разгон осуществл етс относительно медленно. Поэтому Дл достижени быстроты поворота выходного вала в этой конструкции необходимо использовать пружину повышенной жесткости, что приводит к усилению нагру- женности звеньев модул . Высокий уровень нагрузок и их циклический характер вл ютс источником динамики и колебаний при работе с большой производительностью, что ведет к снижению надежности модул . Кроме того, сложность обеспечени неподвижности кривошипного вала при его фиксации в момент попадани фиксатора в отверстие также вл етс причиной снижени надежности модул .The disadvantage of this construction is that acceleration is carried out only on half of the shaft rotation, and at the initial moment of turning the output shaft, when the spring force is maximal, its shoulder is minimal, and therefore acceleration is relatively slow. Therefore, in order to achieve the speed of rotation of the output shaft in this design, it is necessary to use a spring of increased rigidity, which leads to an increase in the load of the links of the module. The high level of loads and their cyclical nature are the source of dynamics and vibrations when working with high productivity, which leads to a decrease in the reliability of the module. In addition, the difficulty of ensuring the immobility of the crank shaft when it is fixed at the moment the retainer enters the hole also causes a decrease in the reliability of the module.

Цель изобретени - повышение надежности работы модул робота.The purpose of the invention is to increase the reliability of the robot module.

Указанна цель достигаетс тем, что модуль робота, содержащий стойку с размещенным на ней выходным звеном, св занным с установленным на стойке выходным валом, аккумул тор механической энергии, привод, датчик углового положени выходного вала и систему управлени снабжен укрепленным на стойке дополнительным валом, кинематически св занным с выходным валом таким образом, что оба вала вращаютс в одном направлении, аккумул тор механической энергии выполнен в виде двух укрепленных на валах с возможностью вращени обгонных муфт с взаимно противоположным направлением свободного хода, наружные обоймы которых подпружинены друг к другу по углу поворота и имеют жестко закрепленные на них зацепл ющиес между собой зубчатые шестерни, на валах установлены две управл емые сцепные муфты с возможностью взаимодействи с обгонными муфтами, а система управлени электрически св зана с датчиком углового положени , приводом и сцепными муфтами.This goal is achieved by the fact that the robot module containing a rack with an output link placed on it, connected with an output shaft mounted on a rack, a mechanical energy accumulator, a drive, an output shaft angular position sensor and a control system is provided with a kinematically connected to the output shaft in such a way that both shafts rotate in the same direction, the mechanical energy battery is made in the form of two overrunning clutches mounted on the shafts with the possibility of rotation the opposite free-running direction, the outer cages of which are spring-loaded to each other in rotation angle and have gear teeth which are rigidly fixed on them, interlock gears on the shafts, two controllable clutches are installed with the possibility of interaction with the overrunning clutches, and the control system is electrically connected angular position sensor, drive and coupling couplings.

Наличие в конструкции установленных на подшипниках двух обгонных муфт, соединенных с валами посредством управл емых сцепных муфт, позвол ет надежноThe design of two overrunning clutches mounted on bearings, connected to shafts by means of controlled clutches, reliably

фиксировать выходное звено практически на любом уровне производительности.fix the output link at almost any level of performance.

Выполнение аккумул тора механической энергии в виде подпружиненных другMaking the mechanical energy accumulator in the form of spring-loaded friend

к другу по углу поворота наружных обойм обгонных муфт приводит к замыканию нагрузок на валы и уменьшению их действи на стойку, что ведет к снижению ее колебаний и тем самым повышению надежностиto a friend in the angle of rotation of the outer cages of the overrunning clutches leads to the closure of the loads on the shafts and a decrease in their effect on the rack, which leads to a decrease in its oscillations and thereby increase reliability

0 оборудовани .0 equipment.

Кроме того, в отличие от прототипа, где разгон вала может осуществл тьс только на половине его оборота, предлагаема конструкци позвол ет разгон ть вал в продол5 жении поворота его на несколько оборотов и тем самым в ней возможно установление пружины с много меньшей жесткостью, что дает снижение нагруженности звеньев модул и повышение надежности устройства.In addition, unlike the prototype, where the shaft can be accelerated only half of its rotation, the proposed design allows the shaft to be accelerated by continuing to turn it a few turns, and thus it is possible to install a spring with much lower rigidity, which gives decrease in loading of links of the module and increase in reliability of the device.

0На фиг. 1 изображена схема модул ; на0 FIG. 1 shows a module diagram; on

фиг. 2 - схема аккумул тора механической энергии.FIG. 2 - diagram of the battery of mechanical energy.

Модуль робота содержит стойку (не показана ) с укрепленным на ней приводом 1,The robot module contains a rack (not shown) with drive 1 fixed on it,

5 на валу-2 которого укреплена шестерн 3, зацепл юща с с шестерней 4, размещенной на установленном на стойке выходном валу 5, на котором закреплено выходное звено - рука 6 робота. Шестерн 4 выходно0 го вала через реверсную ш.естерню 7, установленную на оси 8, св зана с шестерней 9, укрепленной на установленном на стойке дополнительном валу 10. Модуль включает5 on shaft-2 of which gear 3 is fixed, hooking with gear 4 placed on the output shaft 5 mounted on the rack, on which the output link is fixed - arm 6 of the robot. The gear 4 of the output shaft through the reverse shaft 7, mounted on the axis 8, is connected to the gear 9 mounted on the additional shaft 10 mounted on the rack 10. The module includes

5 укрепленный на валу 2 датчик 11 углового положени и блок 12 управлени , которые электрически св заны между собой, а также с приводом 1 и установленными на валах 5 и 10 управл емыми муфтами 13 и 14, акку0 мул торы механической энергии, который содержит также установленные на валах 5 и 10 на подшипниках 15 и 16 обгонные муфты 17 и 18, к наружным обоймам 19 и 20 которых жестко прикреплены барабаны 21, 22,5, the angular position sensor 11 mounted on the shaft 2 and the control unit 12, which are electrically connected with each other, as well as with the drive 1 and controllable couplings 13 and 14 mounted on shafts 5 and 10, are equipped with mechanical energy accumulators, which also contain installed on shafts 5 and 10 on bearings 15 and 16 overrunning clutches 17 and 18, to the outer sleeves 19 and 20 of which the drums 21, 22 are rigidly attached,

5 подпружиненные друг к другу с помощью пружины 23, а также зацепл ющиес между собой зубчатые шестерни 24, 25. Модуль включает также поворотный заводной привод , выполненный в виде поворотного пнев0 модвигател 26, укрепленного на выходном валу 5 и электрически св занного с блоком 12 управлени . Функции поворотного заводного привода могут выполн ть электрический , гидравлический.и другие виды5 are spring-loaded to each other by means of a spring 23, as well as gears 24, 25 interlocking with each other. The module also includes a rotary winding drive, made in the form of a rotary pneumatic modulator 26 fixed on the output shaft 5 and electrically connected to the control unit 12 . The functions of the rotary winding drive can be electric, hydraulic. And other types

5 приводов.5 drives.

Модуль работает следующим образом, В обесточенном состо нии управл емые сцепные муфты 13 и 14 соедин ют обгонные муфты 17 и 18с валами 5 и 10. Дл приведени модул в исходное положение по сигналу блока управлени 12 включаетс The module works as follows. In a de-energized state, the controlled coupling sleeves 13 and 14 connect the overrunning clutches 17 and 18 with shafts 5 and 10. To bring the module to its initial position, the control unit 12 turns on

пневмодвигатель 26 и поворачивает выходной вал почасовой стрелке (фиг. 2). При этом обгонна муфта 17 вращает зубчатое колесо 24 и барабан 21 по часовой стрелке, а наружна обойма 20 обгонной муфты 18, св занна с обоймой 19 через зубчатые шестерни 24, 25, вращаетс вместе с барабаном 22 против часовой стрелки. При этом обгонна муфта 18 не преп тствует повороту вала 10, св занного с валом 5 зубчатыми шестерн ми 4, 7, 9 по часовой стрелке. Таким образом, барабаны 21 и 22, укрепленные на обоймах 19, 20, вращаютс во взаимно противоположных направлени х и пружина 23 заводитс , накаплива потенциальную энергию. При повороте на расчетный угол по команде блока 12 управлени пневмодвигатель 26 выключаетс таким образом , чтобы он в дальнейшем не оказывал сопротивлени повороту вала. Крут щие моменты, создаваемые пружиной 23 на барабанах 21 и 22, и следовательно, на обоймах 19 и 20, стрем тс повернуть через зубчатые колеса 24, 25 валы 5 и 10 во взаимно противоположных направлени х, однако зубчатое зацепление шестерен 4, 7 и 9 преп тствует этому повороту. Поэтому звень модул наход тс в неподвижном состо нии ,air motor 26 and turns the output shaft hourly arrow (Fig. 2). In this case, the overrunning clutch 17 rotates the gear wheel 24 and the drum 21 clockwise, and the outer race 20 of the overrunning clutch 18 connected to the race 19 through the gears 24, 25 rotates with the drum 22 counterclockwise. In this case, the overrunning clutch 18 does not interfere with the rotation of the shaft 10, which is connected with the shaft 5 by gears 4, 7, 9 in a clockwise direction. Thus, the drums 21 and 22, mounted on the yokes 19, 20, rotate in mutually opposite directions and the spring 23 is driven to accumulate potential energy. When rotated to the calculated angle by the command of the control unit 12, the air motor 26 is turned off so that it does not further resist the rotation of the shaft. The torques created by the spring 23 on the drums 21 and 22, and therefore, on the yokes 19 and 20, tend to turn the shafts 5 and 10 in mutually opposite directions through the gears 24, 25, but the gearing of the gears 4, 7 and 9 interferes with this turn. Therefore, the links of the module are in a fixed state,

Дл осуществлени поворота выходного вала 5, а вместе с ним и руки 6. например, по часовой стрелке (рис. 2) по сигналу блока управлени 12 включаетс привод 1 и муфта 13, котора отсоедин ет обгонную муфту 17 от вала 5, и пружина 23 начинает поворачивать барабан 22 по часовой стрелке, а барабан 21 против часовой стрел-ки. При этом вместе с барабаном 22 по часовой стрелке будут поворачиватьс муфты 18. 14, валы 10 и 5. Так как муфта 17 находитс на валу 5 на подшипниках 15, то муфтэ 17 свободно, не преп тству валу 5, вращаетс в противоположном ему направлении. В процессе поворота валов 5 и 10, а вместе с ними и руки робота 6 потенциальна энерги пружины. 23 переходит в кинетическую энергию подвижных звеньев, разгон которых закончитс , когда пружина 23 спуститс , и обоймы 19 и 20 останов тс . Далее движение будет продолжатьс по инерции, когда привод 1 способствует преодолению лишь сил трени . При повороте руки б на определенный угол дл остановки выходного вала 5 по сигналу датчика 11 углового положени блок 12 подает команду на выключение муфты 13, происходит присоединение обгонной муфты 17 к валу 5, который, враща сь по часовой стрелке, поворачивает в этом же направлении и муфту 17 вместе с барабаном 21.To rotate the output shaft 5, and with it the hands 6. For example, clockwise (Fig. 2), the signal from the control unit 12 turns on the drive 1 and the clutch 13, which disconnects the overrunning clutch 17 from the shaft 5, and the spring 23 starts turning the reel 22 clockwise, and the reel 21 counterclockwise. Together with the drum 22, the sleeves 18. 14, shafts 10 and 5 will rotate clockwise. Since the coupling 17 is located on the shaft 5 on the bearings 15, the coupling 17 is free, not hindering the shaft 5, rotating in the opposite direction. In the process of turning the shafts 5 and 10, and with them the hands of the robot 6, the potential energy of the spring. 23 is transferred to the kinetic energy of the moving links, the acceleration of which will end when the spring 23 is lowered and the clips 19 and 20 stop. Further movement will continue by inertia, when the drive 1 helps to overcome only the forces of friction. When turning the arm b at a certain angle to stop the output shaft 5, the signal of the sensor 11 of the angular position of the block 12 gives the command to turn off the clutch 13, the overrunning clutch 17 is attached to the shaft 5, which, rotating clockwise, turns in the same direction and the clutch 17 together with the drum 21.

Наружна обойма 20 муфты 18 через зубчатое зацепление 24, 25 будет вращатьс против часовой стрелки, при этом муфта 18 не будет преп тствовать повороту вала 10 5 по часовой стрелке. Барабан 22 вращаетс вместе с обоймой 20 против часовой стрелки и пружина 23 заводитс . Скорость вращени звеньев уменьшаетс , w происходит переход кинетической энергии подвижныхThe outer cage 20 of the coupling 18 through the gear teeth 24, 25 will rotate counterclockwise, while the coupling 18 will not prevent the rotation of the shaft 10 5 clockwise. The drum 22 is rotated counterclockwise with the yoke 20 and the spring 23 is driven. The speed of rotation of the links decreases, w the transition of the kinetic energy of the moving

0 звеньев в потенциальную энергию заводной пружины 23. При остановке вала 5, а вместе с ним вала 10, руки 6 и других подвижных звеньев привод 1 выключаетс . Начинаетс выстой, во врем которого0 links to the potential energy of the wind-up spring 23. When shaft 5, and with it shaft 10, arm 6 and other moving links, stops, drive 1 is turned off. Starts during which

5 все звень наход тс в неподвижном состо нии , так как заведенна пружина 23 стремитс повернуть валы 5 и 10 через зубчатые шестерни 4, 7, 9 в одном направлении, а через зубчатые шестерни 24 и 25 во взаимно5, all of the links are stationary, since the wound spring 23 tends to turn the shafts 5 and 10 through the gears 4, 7, 9 in one direction, and through the gears 24 and 25 to mutually

0 противоположном направлении.0 opposite direction.

Дл поворота выходного вала 5 в том же направлении все повтор етс аналогичным образом, дл поворота вала 5 в обратном направлении включаетс муфта 14, отсоеди5 н обгонную муфту 18 от вала 10, происходит поворот вала 5 против часовой стрелки. Дл остановки вала 5 муфта 14 выключаетс . Углова координата позиционировани регулируетс с помощью задержки или ус0 корени времени-выключени муфты сцеплени .In order to rotate the output shaft 5 in the same direction, everything is repeated in the same way, to turn the shaft 5 in the opposite direction, the clutch 14 is disconnected, the nipple 5 and the overrunning clutch 18 are turned from the shaft 10, and the shaft 5 is turned counterclockwise. To stop the shaft 5, the clutch 14 is turned off. The angular positioning coordinate is adjusted by delaying or shortening the time-to-off of the clutch.

Так как в аккумул торе прототипа кривошипный вал подпружинен к стойке, а в предлагаемом техническом решении на5 ружные обоймы обгонных муфт подпружинены одна к другой и, кроме того, в предлагаемом устройстве возможно использование не только пружин раст жени или сжати , но и спиральных заводных пру0 жин, имеющих более пологие характеристики с рабочим ходом в несколько оборотов, это обеспечивает снижение уровн нагрузки , имеющей циклический характер, а следовательно , уменьшение динамики иAs in the prototype battery, the crank shaft is spring-loaded to the stand, and in the proposed technical solution, the outer cages of the overrunning clutches are spring-loaded one to the other and, moreover, in the proposed device it is possible to use not only tension or compression springs, but also spiral windings having more gentle characteristics with a working stroke of several turns, this ensures a reduction in the level of the load, which has a cyclical character, and consequently, a decrease in the dynamics and

5 вибрации в работе модул и повышение его надежности.5 vibrations in the module and increase its reliability.

Устранение из конструкции модул робота устройства, жестко фиксирующего вы0 ходной вал относительно стойки с помощью управл емого пальца, и замена его конструкцией , обеспечивающей свободное вращение валов до остановки с последующей автоматической надежной фиксацией с по5 мощью двух обгонных муфт с взаимно противоположным направлением свободного хода, в значительной степени способствует уменьшению рывков и ударов в работе робота .Elimination of a device that rigidly locks the output shaft relative to the stand with a controlled finger from the design of the robot module, and replacing it with a design that ensures free rotation of the shafts before stopping, followed by automatic reliable fixation with two opposite freewheels, with a mutually opposite free-running direction contributes significantly to reducing jerks and bumps in the work of the robot.

Закрепление на выходном валу шестерни и зацепление ее с рейкой, укрепленной на руке робота, позволит использовать предлагаемый модуль дл продольного перемещени руки.Fastening the pinion gear onto the output shaft and hooking it to the rail mounted on the robot arm will allow using the proposed module for longitudinal movement of the arm.

Формула.изобретени Модуль робота, содержащий установленный на основании вал, св занный с выходным звеном, аккумул тором механической энергии , приводом поворота этого вала, и систему управлени , отличающийс тем, что, с целью повышени надежности за счет уменьшени нагрузки на элементы модул , он снабжен установленным на основании дополнительным валом, кинематически св занным с основным валом с возможностьюFormula of the Invention A robot module comprising a shaft mounted on a base associated with an output link, a battery of mechanical energy, a rotation drive of this shaft, and a control system characterized in that, in order to increase reliability by reducing the load on the elements of the module, it equipped with an additional shaft mounted on the base, kinematically connected to the main shaft with

их совместного вращени в одном направлении , системой управлени муфтами и приводом , а аккумул тор механической энергии выполнен в виде двух установленных наtheir joint rotation in one direction, the clutch and drive control system, and the mechanical energy battery is made in the form of two

упом нутых валах с возможностью вращени обгонных муфт, имеющих противоположное направление свободного хода, обоймы которых подпружинены одна к другой , двух зубчатых колес, наход щихс в за0 цеплении и закрепленных на соответствующих обоймах обгонных муфт, и двух управл емых муфт сцеплени , установленных на соответствующих валах с возможностью взаимодействи с обгоннымиthe mentioned shafts with the possibility of rotation of the overrunning clutches having the opposite direction of free running, the clips of which are spring-loaded one to the other, two gear wheels which are in the grip and fixed on the respective clips of the overrunning clutches and two controlled clutches mounted on the respective shafts with the ability to interact with overtaking

5 муфтами.5 couplings.

Claims

Claim

The robot module, comprising a shaft mounted on the base, connected to the output link, a mechanical energy accumulator, a drive for turning this shaft, and a control system, characterized in that, in order to increase reliability by reducing the load on the module elements, it is equipped with an additional installed on the basis a shaft kinematically connected to the main shaft with the possibility of their joint rotation in the same direction, the control system of the couplings and the drive, and the mechanical energy accumulator is made in the form of two installations mounted on the 5 mentioned shafts with the possibility of rotation of overrunning clutches having the opposite direction of free travel, the clips of which are spring-loaded to one another, two gears that are engaged and fixed on the respective clips of the overrunning clutches, and two controlled clutches mounted on the respective shafts with the ability to interact with overrunning 15 couplings.

Aa