способ воспроизведения траектории транспортирования рабочих тел с помощью замкнутого плоского механизма и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ воспроизведения траектории транспортирования рабочих тел с помощью замкнутого плоского механизма, содержащего два неподвижных звена и кинематически связанные друг с другом пять подвижных звеньев, три из которых имеют постоянную длину, заключающийся в том, что двум входным звеньям сообщают движение относительно неподвижных звеньев, отличающийся тем, что входным звеньям сообщают вращательное, или возвратно-качательное, или возвратно-поступательное движение дополнительно изменяя длину одного из входных звеньев по определенной зависимости.

2. Устройство для воспроизведения траектории транспортирования рабочих тел, содержащее два неподвижных звена, кулачковый вал, установленный на одном из неподвижных звеньев, первое входное звено, кинематически связанное с кулачковым валом и установленное на втором неподвижном звене, установленное на первом неподвижном звене второе входное звено, выполненное в виде кривошипа, выходное звено, шарнирно связанное с первым входным звеном, промежуточное звено, шарнирно связанное с кривошипом и выходным звеном, отличающееся тем, что оно снабжено неподвижным кулачком, кривошип выполнен телескопическим и установлен с возможностью контакта с неподвижным кулачком.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первое входное звено выполнено в виде коромысла.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что первое входное звено выполнено с возможностью возвратно-поступательного движения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, робототехнике, текстильной промышленности, в частности для выполнения таких технологических операций, как перемещение рабочих тел (различных деталей, паковок пряжи и т.д.) по сложным траекториям; получения сложной траектории перемещения выходного звена исполнительного механизма робототехнического средства для осуществления им технологической операции (фрезерование сложного профиля изделия, сварка, присучка пряжи, обрезка пряжи и т.д.).

Широко известны способ и устройства для воспроизведения направляющих линий так называемых шатунных кривых, состоящих из сочетания прямых отрезков, дуг окружностей и всевозможных кривых линий. Данный способ воспроизведения шатунных кривых, заключающийся в образовании замкнутой плоской кинематической цепи, состоящей из четырех звеньев постоянной длины, одному из которых, а именно, входному звену сообщается вращательный закон движения относительно другого звена, являющегося неподвижным, осуществляется устройствами, состоящими только из низших кинематических пар: плоские четырехшарнирные механизмы, механизм эллипсографа, механизмы с одной поступательной парой [1]

Недостатком вышеназванного способа является ограничение возможности получения разнообразных форм шатунных кривых, вследствие наличия в аналитических уравнениях, определяющих координаты точек, принадлежащих шатуну, только одного переменного параметра, а именно, угла поворота входного звена, поэтому форма шатунной кривой определяется постоянной длиной звеньев кинематической цепи и расположением точки, принадлежащей выходному звену - шатуну. Кроме того, исключена возможность по заданной траектории транспортирования рабочего тела определить законы движения входного звена и повторить некоторые участки траектории транспортирования.

Недостатками вышеприведенных аналогов устройств для осуществления способа воспроизведения траектории транспортирования рабочих тел является ограничение возможности получения разнообразных форм шатунных кривых, вследствие наличия только одной степени подвижности механизма. Наличие в механизмах только низких кинематических пар, имеющих соприкосновение звеньев по поверхности, приводит к увеличению потери движения момента на преодоление сил трения в кинематических парах, а с увеличением протяженности траектории выходного звена, на котором установлен рабочий орган (схват, фреза и т.д.), увеличиваются габаритные размеры звеньев, что отрицательно сказывается на компактности механизма в целом. Поскольку точное решение задачи синтеза таких механизмов в общем виде неосуществимо, то ограничивается возможность их применения.

В качестве прототипа способа выбран способ воспроизведения траектории транспортирования рабочих тел с помощью замкнутого плоского механизма, содержащего два неподвижных звена и кинематически связанные друг с другом пять подвижных звеньев, три из которых имеют постоянную длину, заключающийся в том, что двум входным звеньям сообщают движение относительно неподвижных звеньев [2]

Недостатком прототипа способа является ограничение возможности получения разнообразных форм шатунных кривых, вследствие наличия в аналитических уравнениях, определяющих координаты точки, принадлежащей выходному звену, только двух независимых переменных параметров, а именно, углов поворота входных звеньев замкнутого плоского механизма. Это не позволяет по совокупности различных заданных уравнений, соответствующих различным участкам траектории транспортирования рабочего тела, получить два закона движения входных звеньев, неизменяемых в течение всего цикла транспортирования, т.е. исключена возможность по заданной траектории определить постоянные законы движения входных звеньев. Кроме того, исключена возможность повторения некоторых участков траектории транспортирования.

В качестве прототипа устройства для осуществления данного способа выбрано устройство для воспроизведения траектории транспортирования рабочих тел, содержащее два неподвижных звена, кулачковый вал, установленный на одном из неподвижных звеньев, первое входное звено, кинематически связанное с кулачковым валом и установленное на втором неподвижном звене, установленное на первом неподвижном звене второе входное звено, выполненное в виде кривошипа, выходное звено, шарнирно связанное с первым входным звеном, промежуточное звено, шарнирно связанное с кривошипом и выходным звеном [2]

Недостатком прототипа устройства для осуществления данного способа является ограничение возможности получения разнообразных форм шатунных кривых, вследствие наличия только двух степеней подвижности механизма и ограничения угла поворота первого входного звена до 45^o.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей устройства для воспроизведения траектории транспортирования рабочих тел.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе воспроизведения траектории транспортирования рабочих тел с помощью замкнутого плоского механизма, содержащего два неподвижных звена и кинематически связанные друг с другом пять подвижных звеньев, три из которых имеют постоянную длину, заключающемся в том, что двум входным звеньям сообщают движение относительно неподвижных звеньев, согласно изобретению, входным звеньям сообщают вращательное или возвратно-качательное, или возвратно-поступательное движение, дополнительно изменяя длину одного из входных звеньев по определенной зависимости, а в известном устройстве для воспроизведения траектории транспортирования рабочих тел, содержащем два неподвижных звена, кулачковый вал, установленный на одном из неподвижных звеньев, первое входное звено, кинематически связанное с кулачковым валом и установленное на втором неподвижном звене, установленное на первом неподвижном звене второе входное звено, выполненное в виде кривошипа, выходное звено, шарнирно связанное с первым входным звеном, промежуточное звено, шарнирно связанное с кривошипом и выходным звеном, согласно изобретению, оно снабжено неподвижным кулачком, кривошип выполнен телескопическим и установлен с возможностью контакта с неподвижным кулачком.

В другом варианте устройства, согласно изобретению, первое входное звено выполнено в виде коромысла.

В следующем варианте устройства, согласно изобретению, первое входное звено выполнено с возможностью возвратно-поступательного движения.

Благодаря тому, что входным звеньям замкнутого плоского механизма сообщается какая-либо совокупность из сочетания законов вращательного, возвратно-качательного и возвратно-поступательного движения, при этом дополнительно изменяется длина одного из входных звеньев по определенной зависимости, обеспечивается расширение функциональных возможностей способа воспроизведения траектории транспортирования рабочих тел посредством воспроизведения совокупности любых сочетаний различных участков траектории транспортирования, при этом имеется возможность повторения любой части траектории.

Благодаря тому, что число степеней подвижности устройства равно трем, обеспечивается расширение его кинематических возможностей, т.е. устройство обладает способностью реализовать требуемые законы изменения скорости и ускорения в рабочем цикле. Благодаря расширению функциональных возможностей способа воспроизведения траектории транспортирования рабочих тел расширяется возможность синтеза устройства по требованию заказчика. Благодаря расширению кинематических возможностей устройства расширяется область его применения за счет синтеза универсальности структурной схемы механизма, которую можно применять для автоматизации любых технологических процессов, и за счет чего повышается степень унификации устройства. Благодаря выполнению кривошипа телескопическим и придания первому входному звену возвратно-поступательного движения уменьшаются габаритные размеры устройства.

На фиг.1 изображено устройство для осуществления способа воспроизведения траектории транспортирования рабочих тел; на фиг.2 вариант устройства.

Осуществляться способ может следующим образом. На лист чертежа наносятся изображения исполнительных механизмов текстильной машины согласно их конструктивным размерам и взаимосвязям, а также положения рабочих тел, подлежащих транспортированию, и крайние положения взаимодействующих исполнительных механизмов робототехнического средства (например, для пневмопрядильной машины при автоматизации процесса съема наработанных паковок, это будут: мотальный вал, направляющий брус, наработанная бобина, пустой патрон в рычагах бобинодержателя, механизм захвата и смены патронов и механизм сопла). Исходя из последовательности выполнения технологической операции по обслуживанию данной текстильной машины выявляются характерные (узловые) точки, через которые обязательно должно пройти выходное звено исполнительного механизма. Далее выбирают базовую систему координат, относительно которой будут производиться расчеты, определяют траекторию перемещения транспортируемого тела и порядок ее прохождения. В данном случае выходное звено механизма сопла при своем движении должно пройти несколько характерных точек, а именно: исходную точку, находясь в которой сопло имеет возможность передвижения вдоль фронта машины; точку входа сопла в зону обрезки и захвата нити; точку, определяющую продолжительность выстоя сопла в зоне обрезки и захвата нити; крайнюю верхнюю точку сопряжения поверхности сопла с поверхностью рычага захвата и смены патронов при совместном движении механизма сопла с механизмом захвата и смены патронов; точку прохождения соплом около поверхности патрона, установленного в рычаги бобинодержателя, опускающего патрон на мотальный вал; точку, находящуюся в зоне захвата нити между мотальным валом и установленным патроном; точку, совпадающую с исходной точкой.

Далее лист чертежа, с нанесенными на него узловыми точками, крепят на столе координатной измерительной машины. В программно-управляющий пульт машины вводят характеристики узловых точек траектории транспортирования, последовательность их прохождения, временные характеристики узловых точек, а также предполагаемые конструктивные и технологические параметры устройства. Исходя из этого и ранее введенной программы сопряжения узловых точек, программно-управляющий пульт перемещает измерительную головку со сменным наконечником с установленным в нем самописцем с требуемой скоростью от одной узловой точки к другой, вычерчивая при этом траекторию транспортирования рабочего тела (в данном случае обрезанной пряжи). При этом все промежуточные точки траектории вычисляются программно-управляющим пультом и могут быть выведены на дисплей или принтер. Далее программно-управляющий пульт выводит на дисплей или принтер законы движения входных звеньев и рекомендуемую структурную схему устройства для их реализации.

Устройство для воспроизведения траектории транспортирования рабочих тел (фиг. 1) содержит входное звено 1, установленное на неподвижном звене 2. На звене 1 зафиксирован ролик 3, находящийся во фрикционном контакте с кулачком 4, имеющим возможность поворота вокруг кулачкового вала, установленного на неподвижном звене 5. На свободном конце звена 1 шарнирно закреплено выходное звено 6, с установленным на нем рабочим органом 7. Выходное звено 6 посредством шарнирно связанного с ним промежуточного звена 8 шарнирно соединено с осью 9, зафиксированной на втором входном звене кривошипе 10, выполненным телескопическим и установленным на неподвижном звене 5. На оси 9 кривошипа 10, зафиксирован также ролик 11, находящийся во фрикционном контакте с кулачком 12, неподвижно установленным на раме 13 устройства.

В другом варианте исполнения входное звено 1 установлено в неподвижных направляющих 2 (фиг.2).

Работает устройство следующим образом. Посредством фрикционного контакта ролика 3 и кулачка 4 вращательное движение от последнего вокруг кулачкового вала, установленного на неподвижном звене 5 передается входному звену 1, которое при этом получает возвратно-качательный закон движения относительно неподвижного звена 2 и служит коромыслом, В результате этого выходному звену 6 с установленным на нем рабочим органом 7 также сообщается этот закон движения. В то же время выходное звено 6, а следовательно, и рабочий орган 7, получают еще два закона движения посредством шарнирно связанного с ним промежуточного звена 8, шарнирно соединенного с осью 9, зафиксированной на втором входном звене кривошипе 10, которому сообщается вращательное движение относительно неподвижного звена 5. При этом ролик 11, установленный на оси 9 совершает возвратно-поступательное движение относительно звена 5 посредством фрикционного контакта с кулачком 12, неподвижно установленным на раме 13 устройства. В результате этого длина входного звена кривошипа 10, выполненного телескопическим, изменяется. При суммировании всех законов движения рабочий орган 7 воспроизводит заданную траекторию движения, необходимую для выполнения требуемой технологической операции.

Работа варианта исполнения данного устройства отличается от вышеприведенной тем, что входное звено 1 выполняет функцию толкателя, получая при этом возвратно-поступательное движение относительно неподвижных направляющих 2.