SU984859A1 - Модуль манипул тора - Google Patents

Description

(54) МОДУЛЬ МАНИПУЛЯТОРА

1

Изобретение относитс  к машиностроению , в частности к манипул торам, примен емым дл  механизации и автоматизации вспомогательных технологических операций.

Известны модули манипул торов, содержащие корпус, привод и механизм преобразовани  движени  привода в движение выходного звена 1.

Каждый модуль обеспечивает одну степень подвижности выходного звена. Дл  получен и  манипул тора с несколькими степен ми подвижности требуетс  св зать в единую конструкцию соответствующее число модулей, чтоувеличивает габариты манипул тора и снижает его быстродействие из-за последовательной отработки перемещений по каждой степени.

Цель изобретени  - увеличение числа степеней подвижности выходного звена модул  манипул тора с одновременным уменьшением его габаритов и повышением быстродействи .

Указанна  цель достигаетс  тем, что корпус модул  выполнен составным из двух частей, имеющих возможность перемещени  одна относительно другой, а механизм преобразовани  движени  привода в движение выходного звена выполнен в виде зубчато-винтовой передачи,, полой штанги и тормозных муфт, причем зубчатое колесо этой передачи св зано с одной частью корпуса , винтовой элемент смонтирован в

5 штанге и св зан с другой частью корпуса, а тормозные муфты смонтированы на валу зубчатого колеса и на штанге.

На фиг. 1 схематически изображен манипул тор модульной конструкции, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на

10 фиг. 3 - вид по стрелке А-на фиг. 1; на . 4 - разрез Б-Б на фиг. 1 (основание манипул тора не показано); на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 4; на фиг. 6 - модуль манипул тора, вариант с шариковой в чной передачей, вид в плане; на фиг. 7 - разрез Г-Г на фиг. 6; на фиг. 8-12 - варианты построени  манипул торов напольного исполнени , общие виды; на фиг. 13-16 - то же, подвесного исполнени .

Манипул тор компануетс  из идентич20 ных модулей нескольких типоразмеров, обычно двух-трех. Модуль I (наибольшего габарита) устанавливаетс  в основании 2 манипул тора таким образом, что корпус модул  подвижен относительно направл ющих 3 основани  2, а mtanra модул  закреплена в основании 2. Количество модулей, из которых собираетс  манипул тор, определ етс  его назначением и, соответственно, числом степеней свободы манипул тора. Так например, манипул тор с восьмю степен ми свободы (фиг. 1) имеет четыре модул  1, 4, 5 и 6 трех типоразмеров, причем модули 1 и 4 одного типоразмера, но имеют разную длину штанги. Наименьший по габаритам модуль 6 используетс  в основном дл  перемеш,ени  и вращени  захвата 7, который оснаш,ен электромеханическим или пневматическим приводным устройством (не показаны). -Модули могут стыковатьс  непосредственно друг с другом своими фланцами , например модули 1 и 4, или с помош ,ью промежуточного рычага 8, например модули 4 и 5. Корпус модул  6 установлен подвижно в направл юш,их корпуса 9, св занного с фланцем модул  5, а к фланцу модул  6 крепитс  захват с его приводным устройством.

Модуль манипул тора (фиг. Ф) состоит из корпуса 10, в направл ющих 11 которого установлена с возможностью осевого перемещени  штанга 12. В центральной расточке штанги 12 на подшипниках 13 установлен элемент зубчато-винтовой передачи, в частности черв чной передачи, например черв к 14, который фиксируетс  в осевом направлении фланцами 15 и гайками 16. Черв к 14 с помощью шпонки 17 соединен с приводом 18, который закреплен на фланце 15. Фланец 15 имеет унифицированную соединительную поверхность и отверсти  дл  присоединени  к модулю последующего типоразмера и образует с корпусом 10 две под вижные одна относительно другой части корпуса. В нижней части штанги 12, поперечное сечение которой может быть цилиндрической или квадратной формы, выполнен паз 19, благодар  которому черв к 14, расположенный внутри штанги, соединен с черв чным колесом 20, Фиксаци  осевого перемещени  щтанги 12 относительно корпуса 10 осуществл етс  с помощью одной или нескольких управл емых муфт 21. Управл емые муфты 21 конструктивно могут быть выполнены в виде электромагнитных порощковых муфт, работающих в тормозном режиме, или в виде иных фрикционных муфт с электромагнитным управлением. epв чнoe колесо (фиг. 5) неподвижно закреплено с помощью, например, шпонки 22 на полом .валу 23, который установлен на подшипниках 24 в корпусе 10 модул . На концах полого вала 23 неподвижно укреплены фланцы 25, каждый из которых имеет унифицированную соединительную поверхность и крепежные отверсти , служащие или дл  креплени  через промежуточный фланец модул  этого же типоразмера, или дл  креплени  щтанги модул  ближайщего типоразмера, но больщего по величине.

Вал 23 с закрепленными на нем фланцами 25 фиксируетс  от поворота относительно корпуса 10 модул  с Помощью одной или нескольких управл емых муфт 26, которые конструктивно могут быть аналогичны муфтам 21.

На корпусе 10 модул  установлены направл ющие 27 и 28, располагаемые в направлении оси черв ка 14. Наличие направл ющих определ етс  местом расположени  модул  в общей кинематической схеме манипул тора .

Корпус 10 модул  1, устанавливаемого в основание 2 манипул тора, снабжен направл ющими 27, а модуль 6, примен емый дл  перемещени  и вращени  захвата 7, снабжен еще дополнительными направл ющими 28.

В случае применени  шариковой черв чной передачи модуль манипул тора (фиг. 6) отличаетс  от описанного выше тем, что черв к 28 и черв чное колесо 30 имеют ароч0 ный профиль резьбы, между витками черв ка и зубь ми колеса расположены щарики 31, удерживаемые от выпадани  корпусом 32 жестко соединенные с корпусом 10 модул . На корпусе шариковой черв чной передачи

J расположено устройство 33 возврата щариков (фиг. 7). Корпус 32 располагаетс  во внутренней полости щтанги 12 и фиксирует ее от поворота.

Манипул тор может устанавливатьс  0 относительно технологического оборудовани  или стационарно (фиг. 1, 8, 10, 11 и 12), или подвижно, тогда манипул тор имеет возможность совершать перемещени  относительно технологического оборудовани  по направл ющим с помощью подвижной 5 тележки (фиг. 9, 13, 14, 15 и 16). Имеетс  несколько вариантов построени  манипул торов благодар  многообразию различного вида соединений модулей друг с другом с помощью стыковочных поверхностей и - промежуточных деталей:

-поворотный фланец модул  1 стыкуетс  через промежуточный фланец 35 с фланцем штанги последующего .модул  4 (фиг. 1, 8, 10, 11, 14 и 16).

-поворотный фланец модул  4 или мо5 дул  1 соединен с поворотным фланцем другого модул  5 с помощью промежуточного рычага 8, на котором может, при необходимости устанавливатьс  противовес 36 (фиг. 1, 11, 13 и 14);

-последующий модуль, например мо дуль 5, крепитс  своим поворотным фланцем к кронштейну 37, который совместно с корпусом модул  1 или 4, рычагом 38 и т гой 39 образует параллелограмм, обеспечивающий плоскопараллельное движение

модул  4 (фиг. 9, 10 и 15);

-поворотный фланец последующего модул  5 стыкуетс  через промежуточный фланец 40 с фланцем штанги предыдущего модул  5 taKoro же типоразмера (фиг. 13);

-корпус модул  б, к поворотному фланцу которого крепитс  захват 7 со своим приводным устройством, установлен подвижно в направл ющих корпуса 9, который устанавливаетс  или непосредственно на фланец штанги, йапример, модул  5 (фиг. 1, 9, 11 и 12), или на кронштейн .37 (фиг. 8), или поворотно на фланце штанги, например, модул  5, соедин  сь с кронштейном ;37 т гой 41 (фиг. 10 и 15);

-поворотный фланец последующего модул , например модул  5, и поворотный фланец предыдущего модул , например модул  4, соедин ютс  друг с другом с помощью системы рычагов 42 и 43, т г 44 и 45 и кронщтейна 46, образующих сдвоенный параллелограмм (фиг. 12);

-последовательное соединение модулей, установленных подвижно в направ.л ющих своего основани , например, к поворотному фланцу модул  , установленному подвижно в основании 2, к которому крепитс  основание 47 последующего модул  4, установленного в своем основании 47 подвижно (Ф:г.. 2);

-корпус последующего модул , например модул  4, соединен подвижно с поворотным фланцем предыдущего модул  1, а щтанга модул  4 проходит внутри поворотного фланца модул  1, последующий же модуль 5 крепитс  к модулю 4 с помощью рычага 48, т ги 49 и кронщтейна 50. которые со штангой модул  4 образуют четырехзвенник , положение звеньев которого может измен тьс  в пространстве (фиг. 16).

Захват 7 может или соедин тьс  с поворотным фланцем модул  6 (фиг. 1, 8, 9, 10, 11, 12 и 15), или крепитьс  непосредственно к фланцу штанги модул  5 (фиг.13 - 16).

Модуль манипул тора (фиг. 4), из которого собраны различные по своей кинемати .ке манипул торы, работает следующим образом .

В зависимости от того, какое выполн етс  перемещение, - поворот вала 23 или линейное перемещение щтанги 12, привод тс  в действие или муфты 21, или, соответственно , муфты 26.

При этом привод 18 с черв ком 14  вл етс  ведущим элементом, а ведомым элементом может быть или полый вал 23 с фланцами 25, или штанга 12 (в зависимости от срабатывани  муфт 21 или 26).

При повороте вала 23,с закрепленными на нем фланцами 25 привод т в действие муфты 21, которые фиксируют неподвижно штангу 12.относительно корпуса 10 модул . При вращении черв ка 14 поворачиваетс  на заданный угол черв чное колесо 20 и, соответственно, жестко св занный с ним вал 23, который от осевого перемещени  в корпусе зафиксирован, напри.мер, радиально-упорными подшипниками 24 и фиксирующими их муфтами 26. Система управлени  манипул тором (не показана) останавливаем привод 18 и фиксирует положение вала 23 с помощью управл емых муфт 26. При перемещении щтанги 12 управл емые муфты 21

5 расторможены и допускают линейное перемещение штанги 12 в направл ющих II относительно корпуса 10. При вращении черв ка 14 от привода 18 при заторможенном черв чном колесе 20 происходит навинчивание его на черв чное колесо, при этом штан га 12 вместе с приводом 18 и черв ком 14 перемещаетс  в осевом направлении отно-, сительно корпуса 10. Система управлени  управл ет положением щтанги 12. Предельные положени  щтанги -12 и поворотного

5 вала 23 ограничиваютс  конечными датчиками (не показаны). При перемещении щтанги 12 или вращении вала 23 оба движени  выполн ютс  от одного привода 18 раздельно по времени. Модуль манипул тора , в которо.м применена шарикова  черв чна  передача, работает аналогично. Например , при зафиксированном черв чном колесе 30 (фиг. 6 и 7) и вращении черв ка 29 щарики 31 начинают вращатьс  вокруг своих осей и одновременно перемещатьс  вдоль впадины резьбы, а черв к 29 вместе со штангой 12 получает осевое перемещение в направлении, завис щем от вращени  черв ка. Благодар  отражател м, установленным в корпусе 32 и направл ющим шарики 31 в устройство 33 их возврата, щари0 ки 31 циркулируют от заданной траектории. При неподвижной штанге 12 и вращении черв ка 29 происходит поворот черв чного колеса 30 и св занного с ним вала.

Манипул тор, собранный из унифицированных модулей 1, 4, 5 и 6 (фиг. 1) имеет

5 восемь степеней свободы и может одновременно выполн ть до четырех движений. С помощью модул  1 выполн етс  региональное перемещение манипул тора относительно технологического оборудовани , здесь щтанга модул  закреплена неподвижно, а перемещаетс  корпус 10 модул  в направл ющих основани , кроме того, с помощью модул  1 осуществл етс  поворот манипул тора относительно вертикальной оси. С помощью модул  4 осуществл етс  подъем

5 и опускание плеча манипул тора, а также поворот руки манипул тора относительно горизонтальной оси. С помощью модул  5 осуществл етс  выдвижение и качание руки манипул тора, а с помощью модул  6 - перемещение захвата 7 и его ротаци . Принцип действи  кинематики остальных типов манипул торов, показанных на фиг. 8-16 аналогичен.

Предлагаемый манипул тор модульной конструкции, каждый модуль которого выполнен в виде совмещенного модул  поворота и линейного перемещени , приводимого в действие последовательно от одного привода , позвол ет оперативно создавать манипул торы необходимой кинематики в зависимости от обслуживаемого ими технологического оборудовани  и автоматизируемого технологического процесса. Благодар  возможности расположени  модул  с установкой осей вращени  и линейного перемещени  в направлении различных осей координат и определенному числу комбинаций расположени  модулей друг относительно друга возможно больщое количество вариантов построени  кинематических схем манипул торов , что позвол ет создать целую гамму манипул торов с необходимым числом степеней свободы, необходимой грузоподъемностью , заданными габаритными размерами . При этом упрощаютс  и удещевл ютс  ремонтные работы, упрощаетс  проектирование манипул торов дл  обслуживани  новых технологических процессов.

Claims (1)

1. Формула изобретени  .

   Модуль манипул тора, содержащий корпус , привод и механизм преобразовани 

   движени  привода в движение выходного звена, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  числа степеней подвижности выходного звена с одновременным уменьплением габаритов и повышением быстродействи , корпус выполнен составным из двух частей, имеющих возможность перемещепи  одна относительно другой, а механизм преобразовани  движени  привода в движение выходного звена выполнен в виде зубчатовинтовой передачи, полой щтанги и ,тормозных муфт, причем зубчатое колесо этой передачи св зано с одной частью корпуса , винтовой элемент смонтирован в щтанге и св зан с другой частью корпуса, а, тормозные муфты смонтированы на валу зубчатого колеса и на штанге.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Сурни  Б. Н. и др. Особенности конструкции роботов модульного типа. «Станки и инструменты, 1978, Л 7, с. 13.

   ФигЗ

   5-Б

   IB

   фаг.if

   12

   г - г

   Фиг.7 3 35-Г мг.5 .lO