захват манипулятора

Формула изобретения

1. Захват манипулятора, содержащий корпус, губки с приводом их перемещения, накладки, размещенные на поверхности губок с возможностью скольжения по ним и жестко связанные с приводами их перемещения, расположенными в губках, причем приводы накладок соединены с распределительным устройством и друг с другом, отличающийся тем, что он снабжен датчиком наличия детали, расположенным между накладками и закрепленным на корпусе с возможностью регулирования его положения, каждая губка снабжена датчиком наличия отверстия, выполненным в виде гильзы, в которой установлены подпружиненный фиксатор и конечный выключатель с возможностью их взаимодействия при осевом перемещении фиксатора, который при этом размещен с возможностью перемещения в продольном пазу, выполненном в накладке, причем датчики наличия отверстия закреплены на губках со смещением относительно друг друга, а их фиксатор снабжен стопором в виде винта, привод перемещения губок выполнен в виде пневматических камер, подключенных к пневмоклапану и расположенных в корпусе вдоль каждой губки, скрепленной с набором подпружиненных направляющих штоков, установленных в корпусе с возможностью осевого перемещения, при этом привод перемещения каждой накладки выполнен в виде бесштокового пневмоцилиндра с двумя полостями, на каретке которого закреплена упомянутая накладка, причем каждая первая и вторая полости разных пневмоцилиндров соединены друг с другом, а также с распределительным устройством.

2. Захват манипулятора по п.1, отличающийся тем, что датчик наличия детали выполнен в виде кожуха, на одном торце которого установлен геркон, на другом торце - подпружиненный стержень, при этом на наружном конце стержня закреплен ролик, на внутреннем конце - постоянный магнит с возможностью воздействия на геркон при осевом перемещении стержня, причем кожух закреплен на корпусе с возможностью регулирования его положения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к захватным устройствам промышленных манипуляторов и может быть использовано в машиностроении для автоматической загрузки с одновременной ориентацией деталей типа поршень, при которой необходимо осуществлять их вращение и определение пространственного положения.

Известен захват, содержащий корпус, в котором установлены захватные рычаги с губками и привод их перемещения (патент Великобритании 2085400, кл. В 25 J 15/00,1982 г.).

Недостатком указанного устройства является низкая надежность захвата деталей из-за жестко закрепленных рычагов, а также невозможность осевого вращения изделия в захвате вследствие его жесткой фиксации в губках захватных рычагов.

Известен захват манипулятора, содержащий губки и привод с дифференциальным механизмом, кинематически связанным с губками (авт. свид. СССР 503714, кл. В 25 J 15/00, 1976 г.).

В указанном устройстве повышена надежность захвата за счет устранения из конструкции захватных рычагов. Однако посредством такого захвата технологическую операцию осевого поворота детали выполнить нельзя из-за возможного несовпадения осей детали и кисти манипулятора.

Наиболее близким техническим решением является захват манипулятора (авт. свид. СССР 770788, кл. В 25 J 15/00, 1980 г.), содержащий губки с приводом их перемещения, накладки, размещенные на поверхности губок с возможностью скольжения по ним и жестко связанные с приводами их перемещения, расположенными в губках, причем приводы накладок соединены с распределительным устройством и друг с другом.

Здесь расширяются технологические возможности захвата. Этот результат достигается за счет встречно-поступательного перемещения накладок, независимого от перемещения губок, который осуществляется приводами накладок и соответствующим их подключением, что обеспечивает осевое вращение детали в двух противоположных направлениях. Однако технологические возможности такого захвата манипулятора ограничиваются только вращением детали и ее выдачей на позицию разгрузки.

При этом первоначальное положение детали в захвате в момент схождения губок не контролируется, т.е. может быть любым. Из-за этого при встречном перемещении накладок возможно выпадение детали из захвата. Величина поворота детали не регулируется и определяется только максимальным ходом накладок. Это не позволяет поворачивать каждую деталь на требуемый угол, необходимый для обеспечения, например, ее ориентированного (строго определенного) положения. Кроме того, устройство не позволяет определить, в каком пространственном положении находится в нем деталь, а также наличие в детали перпендикулярных его оси отверстий и их положение. По этой причине данный захват манипулятора не может осуществлять автоматическую пространственную ориентацию деталей (например, поршней двигателей внутреннего сгорания) и их выдачу на позицию разгрузки в требуемом ориентированном положении. Наличие в захвате привода губок в виде дифференциального механизма со сложной кинематической передачей перемещения на каждую губку, а также двух гидроприводов накладок существенно усложняют его конструкцию, так как в приводах используются различные источники энергии и энергоносители, требуется наличие герметичной гидросистемы. При этом увеличиваются габариты захвата. В целом все выше указанное существенно ограничивает технологические возможности захвата манипулятора и уменьшает его надежность.

Технический результат изобретения заключается в расширении технологических возможностей за счет автоматического определения наличия отверстий в детали и их положения, а также возможности поворачивать деталь только на заданную величину, обеспечивающую ее ориентированное положение, в повышении надежности за счет применения в конструкции более простых пневмоприводов с единым энергоносителем автоматического определения наличия и задания требуемого положения детали в захвате.

Указанный технический результат достигается тем, что известный захват манипулятора, содержащий корпус, губки с приводом их перемещения, накладки, размещенные на поверхности губок с возможностью скольжения по ним и жестко связанные с приводами их перемещения, расположенными в губках, причем приводы накладок соединены с распределительным устройством и друг с другом, согласно изобретению снабжен датчиком наличия детали, расположенным между накладками и закрепленным на корпусе с возможностью регулирования его положения, каждая губка снабжена датчиком наличия отверстия, выполненным в виде гильзы, в которой установлены подпружиненный фиксатор и конечный выключатель с возможностью их взаимодействия при осевом перемещении фиксатора, который при этом размещен с возможностью перемещения в продольном пазу, выполненном в каждой накладке, причем датчики наличия отверстия закреплены со смещением относительно друг друга, а их фиксатор снабжен стопором в виде винта, привод перемещения губок выполнен в виде пневматических камер, подключенных к пневмоклапану и расположенных в корпусе вдоль каждой губки, скрепленной с набором подпружиненных направляющих штоков, установленных в корпусе с возможностью осевого перемещения, при этом привод перемещения каждой накладки выполнен в виде бесштокового пневмоцилиндра, на каретке которого закреплена упомянутая накладка, причем каждая первая и вторая полости разных пневмоцилиндров соединены друг с другом, а также с распределительным устройством.

Причем датчик наличия детали выполнен в виде кожуха, на одном торце которого установлен геркон, на другом торце - подпружиненный стержень, при этом на наружном конце стержня закреплен ролик, на внутреннем конце - постоянный магнит с возможностью воздействия на геркон при осевом перемещении стержня, причем кожух закреплен на корпусе с возможностью регулирования его положения.

Отличиями заявляемого захвата манипулятора является его конструктивное исполнение, при котором он снабжен датчиком наличия детали, расположенным между накладками и закрепленным на корпусе с возможностью регулирования его положения, позволяет автоматически определять наличие детали в захвате и задавать ее точное начальное положение в нем, получать при этом сигнал на сведение губок (зажим детали). Причем регулируемое крепление в корпусе позволяет перемещать датчик вдоль накладок, обеспечивая тем самым его перенастройку на детали различных диаметров.

Снабжение каждой губке датчиком наличия отверстия, выполненным в виде гильзы, в которой установлены подпружиненный фиксатор и конечный выключатель с возможностью их взаимодействия при осевом перемещении фиксатора, который при этом размещен в продольном пазу, выполненном в каждой накладке, позволяет автоматически определять наличие боковых отверстий в детали и фиксировать ее в требуемом положении, получать при этом сигнал на прекращение перемещения накладок, причем фиксатор и накладка не мешают перемещению друг друга.

Выполнение датчиков наличия отверстия, при котором они закреплены на губках со смещением относительно друг друга, а их фиксатор снабжен стопором в виде винта, позволяет автоматически различать пространственное положение детали с несимметрично расположенными относительно ее торцов отверстиями и выдавать соответствующий сигнал, что существенно расширяет технологические возможности захвата. Кроме того, стопоры позволяют временно приостановить функционирование одного или двух датчиков, что дополнительно расширяет технологические возможности захвата и делает конструкцию устройства более надежной и удобной в эксплуатации.

Выполнение привода перемещения губок в виде пневматических камер, подключенных к пневмоклапану и расположенных в корпусе вдоль каждой губки, а привода перемещения накладки в виде бесштокового пневмопилиндра, позволяет использовать общий для всех приводов захвата вид энергоносителя - сжатый воздух, что позволяет регулировать усилие захвата детали посредством изменения давления, подаваемого в пневмокамеры, при этом упрощается конструкция захвата и повышается ее надежность.

Скрепление губок с набором подпружиненных направляющих штоков, установленных в корпусе с возможностью осевого перемещения, обеспечивает плавное сведение губок для захвата детали под давлением пневмокамер и их ускоренное разведение после снятия давления в пневмокамерах.

Соединение каждой первой и второй полостей разных пневмоцилиндров друг с другом, а также с распределительным устройством, при этом на каретке каждого пневмоцилиндра закреплена накладка, позволяет осуществлять встречно-поступательное перемещение накладок относительно друг друга.

Вариант выполнения датчика наличия детали, при котором он выполнен в виде кожуха, на одном торце которого установлен геркон, на другом торце - подпружиненный стержень, при этом на наружном конце стержня закреплен ролик, на внутреннем конце - постоянный магнит с возможностью воздействия на геркон при осевом перемещении стержня, причем кожух закреплен на корпусе с возможностью регулирования его положения, обеспечивает в целом наиболее простую его конструкцию, при которой возможна регулировка его положения простым перемещением корпуса, а также бесконтактный принцип образования электрического выходного сигнала, что повышает его надежность и долговечность. При этом контакт датчика с деталью посредством ролика исключает повреждение ее поверхности при вращении.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам, научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усмотренному заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами конструкции захвата манипулятора.

На фиг.1 изображена конструкция захвата, вид в плане; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Захват манипулятора (фиг. 1 и 2) содержит корпус 1, внутри которого расположены губки 2 и 3. На поверхности губок 2 и 3 размещены соответственно накладки 4 и 5, которые могут скользить вдоль их поверхности. Перемещение накладок 4 и 5 осуществляется расположенными в губках 2 и 3 бесштоковыми пневмоцилиндрами 6 и 7, на каретках 8 которых они закреплены посредством скобы 9, например винтами (не показано). Причем каретка 8 жестко связана со сдвоенными поршнем 10 соответствующих пневмоцилиндров 6 и 7. (В качестве бесштокового пневмоцилиндра может быть использован, например, бесштоковый пневмоцилиндр типа DGP, приведенный в Главном каталоге "Пневматика для автоматизации" фирмы "Фесто", Австрия, 1996 г. стр.3,5/10-1...,3,5/30-1.) Первая полость 11 пневмоцилиндра 6 посредством трубопроводов 12 пневматически соединена со второй полостью 13 пневмоцилиндра 7 и с распределительным устройством 14. Первая полость 15 пневмоцилиндра 7 аналогичным образом соединена со второй полостью 16 пневмоцилиндра 6 и с распределительным устройством 14. Такое подключение пневмоцилиндров обеспечивает встречно-поступательное перемещение накладок 4 и 5, которые могут быть снабжены для улучшения сцепляемости с поверхностью детали 17 при ее вращении рифленой поверхностью или резиновыми пластинками (не показано). (В качестве распределительного устройства может быть использован пневмораспределитель типа B63-II с двухсторонним пневматическим управлением, приведенный в кн. Пневматические устройства и системы в машиностроении: Справочник /Е.В. Герц, А.И. Кудрявцев, О. В. Ложкин и др. Под общ. ред. Е.В. Герц - М.: Машиностроение, 1981. -с. 101, рис. 4-30). Перемещение губок 2 и 3 происходит посредством привода в виде пневмокамер 18 и 19, подключенных параллельно к пневмоклапану 20 (в качестве пневмоклапана может быть использован, например, пневмораспределитель типа В76-2 с пневматическим управлением, приведенный в вышеуказанной книге на с.94, рис.4.20). Пневмокамеры 18 и 19 ограничены стенками корпуса 1 и соприкасаются с губками 2 и 3, вдоль которых они соответственно расположены. Губки 2 и 3 скреплены с набором направляющих штоков 21, снабженных пружинами 22 сжатия. Штоки 21 установлены в корпусе 1 попарно с двух сторон каждой губки 2 и 3 с возможностью осевого перемещения.

Каждая губка 2 и 3 снабжена датчиком 23 наличия отверстий Б и B в детали 17. Датчик 23 выполнен в виде гильзы 24, в которой установлен подвижный фиксатор 25 с пружиной 26 сжатия, стопор в виде винта 27 для зажима фиксатора 25 и конечный выключатель 28. (В качестве конечного выключателя может быть использован, например, микровыключатель типа МП, приведенный в кн. Михайлов О.П., Стоколов В.Е. Электрические аппараты и средства автоматизации. - М., Машиностроение, 1982. -с.104, рис.77). Одновременно фиксатор 25 размещен в продольном пазу 29 соответствующей накладки 4 и 5. Причем датчики 23 наличия отверстия установлены в губках 2 и 3 со смещением относительно друг друга на величину , учитывающую несимметричное расположение отверстий Б и В относительно торца детали 17 (фиг.2).

Между накладками 4 и 5 расположен датчик 30 наличия детали 17, который закреплен на корпусе 1 посредством двух винтовых соединений 31, что позволяет регулировать его положение при настройке на определенный диаметр детали 17. Датчик 30 наличия детали (фиг.1 и 2) может быть выполнен в виде кожуха 32, на одном торце которого установлен геркон 33, а на другом торце - подвижный стержень 34, снабженный пружиной 35 сжатия. На наружном конце стержня 34 установлен вращающийся ролик 36. На внутреннем конце стержня 34, расположенном в кожухе 32, в ячейке 37, выполненной из немагнитного материала, установлен постоянный магнит 38. Причем кожух 32 закреплен на корпусе 1 посредством двух винтовых соединений 31.

Захват манипулятора работает следующим образом (фиг.1 и 2).

Предварительно датчик 30 наличия детали настраивается на срабатывание по образцовой детали 17, находящейся в заданном положении в захвате. Настройка осуществляется перемещением датчика 30 в корпусе 1 посредством двух винтовых соединений 31 до его срабатывания. Если датчик 30 наличия детали выполнен в виде кожуха 32 с подпружиненным стержнем 34, то настройка осуществляется путем регулировки положения кожуха 32 посредством двух винтовых соединений 31 до такого положения, при котором стержень 34 с постоянным магнитом 38 переместится под действием детали 17 и вызовет срабатывание геркона 33. При этом ячейка 37 будет обеспечивать срабатывание датчика 30 только при определенном расстоянии между магнитом 38 и герконом 33. В зависимости от наличия отверстий Б и В и их расположения относительно торца детали 17 фиксатор 25 одного или двух датчиков 23 наличия отверстия может быть утоплен в гильзе 24 и застопорен винтом 27. Причем часть фиксатора 25, выступающая из гильзы 24, разместится в продольном пазу 29 соответствующей накладки 4 и 5, при этом не будет мешать их встречно-поступательному перемещению.

В режиме захвата и ориентации деталь 17 попадает в захват в одном из двух положений: торцом вверх или вниз. В каждом из возможных случаев, попав в захват, она будет нажимать на ролик 36 и связанный с ним стержень 34, который переместится вовнутрь кожуха 32 на величину, достаточную, чтобы магнит 38 вызвал срабатывание геркона 33. Это будет сигналом о том, что деталь 17 заняла в захвате требуемое исходное положение. Одновременно этот сигнал будет командой в систему управления манипулятора (не показана) на зажим детали 17, по которой откроется пневмоклапан 20 и начнет подачу сжатого воздуха в пневмокамеры 18 и 19. Из-за ограничения стенками корпуса 1 они будут расширяться в сторону соответствующей губки 2 и 3, тем самым перемещая их в сторону детали 17 до захвата и зажима ее между накладками 4 и 5. Сигналом о захвате детали 17 будет срабатывание любого из датчиков 26, который упрется в стенку детали 17. По этому сигналу закроется пневмоклапан 20 и отсечет пневмокамеры 18 и 19, находящиеся под давлением. Одновременно этот сигнал включит распределительное устройство 14, которое по трубопроводу 12 начнет подачу сжатого воздуха в первую полость 11 пневмоцилиндра 6 и во вторую полость 13 пневмоцилиндра 7, а первую полость 15 пневмоцилиндра 7 и вторую полость 16 пневмоцилиндра 6 соединит с атмосферой. При этом сдвоенный поршень 10 пневмоцилиндра 6 начнет движение вниз, одновременно перемещая связанную с ним каретку 8 и скобу 9 с накладкой 4, а сдвоенный поршень 10 пневмоцилиндра 7 начнет движение вверх, одновременно перемещая связанную с ним каретку 8 и скобу 9 с накладкой 5. При достижении поршнями 10 соответственно крайнего нижнего и верхнего положений датчики (не показаны), встроенные в пневмоцилиндры 6 и 7, выдадут сигнал на переключение распределительного устройства 14. Оно начнет подачу сжатого воздуха в первую полость 15 пневмоцилиндра 7 и вторую полость 16 пневмоцилиндра 6, а первую полость 11 пневмоцилиндра 6 и вторую полость 13 пневмоцилиндра 7 соединит с атмосферой. При этом сдвоенный поршень 10 пневмоцилиндра 6 начнет движение вверх, перемещая связанную с ним каретку 8 и скобу 9 с накладкой 4, а сдвоенный поршень 10 пневмоцилиндра 7 начнет движение вниз, одновременно перемещая связанную с ним каретку 8 и скобу 9 с накладкой 5. Вследствие встречно-поступательного перемещения накладок 4 и 5 деталь 17 будет вращаться вокруг своей оси в одну или другую сторону. Это вращение будет осуществляться до тех пор, пока фиксатор 25 одного из датчиков 23 наличия отверстия под действием пружины 26 не войдет в отверстие Б или В. При этом контакт фиксатора 25 с конечным выключателем 28 прекратится, и он прервет подачу сигнала. Это в свою очередь вызовет отключение распределительного устройства 14 от блока подготовки воздуха (не показан) и прекращение работы пневмоцилиндров 6 и 7, а следовательно, остановку накладок 4 и 5.

Если прекратится подача сигнала от датчика 25, закрепленного в губке 2, то это будет соответствовать одному положению детали 17. Если прекратится подача сигнала от датчика 23, закрепленного в губке 3, то это будет соответствовать другому положению детали 17, например закрытым торцом вниз (фиг. 2). В зависимости от этой информации будет выдана команда манипулятору на разгрузку детали 17 или на ее ротацию в захват на 180^o для обеспечения требуемого ориентированного положения.

Когда деталь 17 окажется на позиции разгрузки, пневмокамеры 18 и 19 через пневмоклапан 20 соединяются с атмосферой. При этом губки 2 и 3 под действием направляющих штоков 21 и пружин 22 сжатия вернутся в исходное положение и разожмут деталь 17. После разгрузки детали 17 пружина 35 переместит стержень 34 в исходное положение и подача сигнала от датчика 30 прекратится. Фиксаторы 25 под действием пружин 26 выдвинутся из гильзы 24, их контакт с конечными выключателями 28 прекратится, а следовательно, прервется и сигнал от датчиков 23 наличия отверстия. Захват таким образом подготовлен к приему следующей детали 17.

Использование предлагаемого захвата манипулятора по сравнению с существующими обеспечивает существенное расширение технологических возможностей за счет того, что автоматически обеспечивается определение наличия детали в захвате и ее требуемое исходное положение; определяется наличие боковых отверстий в детали, по ним фиксируется в заданном положении и определяется ее пространственное расположение (торцом вверх или вниз), необходимое для обеспечения выдачи в зону разгрузки в определенном ориентированном положении; таким образом осевое вращение детали приобретает дополнительное технологическое значение. Применение простых и надежных пневмоприводов как для зажима детали, так и для встречно-поступательного перемещения накладок позволяет существененно упростить конструкцию захвата, использовать единый и дешевый энергоноситель (сжатый воздух), плавно регулировать усилие захвата детали, а в целом повысить надежность предлагаемого захвата. Обеспечение возможности регулирования положения датчика наличия детали и возможности располагать датчики наличия отверстия со смещением, а при необходимости избирательно стопорить винтом их фиксаторы позволяет переналаживать предлагаемый захват манипулятора на работу с деталями разного диаметра и расположения боковых отверстий, что дополнительно расширяет его технологические возможности и удобстве эксплуатации.

Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

средство, воплощающее заявляемое изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, а именно в качестве захвата манипулятора на позициях робототехнических комплексов, сборочных и контрольно-сортировочных автоматов, где требуется автоматическая загрузка деталей типа поршень в заданном ориентированном положении;

для заявляемого изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке средств;

средство, воплощающее заявляемое изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".