ВАКУУМНЫЙ ЗАХВАТНЫЙ АГРЕГАТНЫЙ МОДУЛЬ

Предлагаемое устройство относится к области машиностроения, роботостроения и может применяться при взятии и установке изделий на рабочую поверхность с требуемым ходом перемещения захватной головки.
Известны захватные агрегатные модули, созданные с использованием мехатронного принципа построения (см. патент России №2073601 «Вакуумное захватное устройство», Сысоев С.Н., Черкасов Ю.В., Мокеева Е.В., Глушков А.А.), где для питания применяется избыточное давление воздуха. Вакуумное захватное устройство содержит привод вертикального перемещения присоски, выполненный в виде двух пневмоцилиндров одностороннего действия, кинематически связанных между собой. Причем один пневмоцилиндр предназначен для выполнения устройством функции «взять» изделие, а второй - «установить» изделие. Эти функции представляют собой последовательное выполнение операций «опускание захвата на поверхность изделия», «захват или отпускание изделия», «подъем присоски».
Данное устройство, обладая повышенным высоким быстродействием, но имеет сложную конструкцию, так как привод вертикального перемещения присоски состоит из двух пневмоцилиндров, а присоска выполнена с периферийной полостью, что ухудшает массогабаритные показатели устройства.
Известны захватные агрегатные модули (см. патент РФ №2318653 «Захватная головка», Сысоев С.Н., Бакутов А.В., Орехов Н.С., опубл. в Бюл. №7, 10.03.08 г.). В устройстве привод вертикального перемещения захвата выполнен в виде силового цилиндра двухстороннего действия, поршневая полость которого соединена со штоковой полостью, а в пневмолинию соединения распределителя и предохранительного клапана дополнительно установлен дроссель. В данном устройстве ограничен ход вертикального перемещения захвата габаритными размерами привода. Применение трубопроводов, унифицированного предохранительного клапана с ограниченными расходными характеристиками, снижает надежность и быстродействие работы устройства.
Известны захватные агрегатные модули (см. патент России №2256549 «Захватная головка», Сысоев С.Н., Жиров М.Ю.), где для питания также применяется избыточное давление воздуха. Захватный модуль состоит из захватной головки (присоски) и привода ее вертикального перемещения, выполненный в виде пневмоцилиндра одностороннего действия, а поршневая полость соединена с линией нагнетания через распределитель и с атмосферой через предохранительный клапан. Присоска выполнена безнасосной с рабочей камерой, соединенной с атмосферой через распределитель.
Применение в данных захватных агрегатных модулях известных безнасосных захватных головок (см. Сысоев С.Н., Бакутов А.В., Приведенец И.А. «Конструирование быстродействующих вакуумных захватов», журнал СТИН, 2007 г., №12, с.15-19; патент РФ №2304505 «Вакуумная захватная головка», Сысоев С.Н. и др., опубл. 20.08.2007 в БИ №23; патент РФ №2317452, «Вакуумная захватная головка», Сысоев С.Н. и др., опубл. 20.02.08 в БИ №5; патент РФ №2312762 «Вакуумная захватная головка», Сысоев С.Н. и др., опубл. 20.02.08 в БИ №5) повышает быстродействие и надежность выполнения операций «захватить», «отпустить» изделие. Однако использование в известных захватных агрегатных модулях в качестве привода вертикального перемещения присоски пневмоцилиндров одностороннего действия традиционного исполнения, предохранительного клапана ограничивает величину вертикального перемещения, снижает быстродействие и надежность работы модуля в целом.
Наиболее близким из известных технических решений является вакуумный захватный агрегатный модуль (см. патент РФ №2397857 «Захватный модуль», Сысоев С.Н. и др., опубл. 27.08.2010 в Бюл. №24), содержащий корпус, захватную головку в виде присоски, закрепленной на подвижном органе привода ее перемещения, подпружиненном к корпусу возвратной пружиной. Данное устройство повышает быстродействие и надежность работы при увеличении диапазона перемещения присоски.
Однако в данном устройстве, как и во всех известных повышение быстродействия, особенно при увеличении величины хода присоски ограничивает существующее противоречие. Для повышения быстродействия выполнения функции «взять изделие» необходимо уменьшать усилие удержания присоски относительно корпуса путем уменьшения силового воздействия возвратной пружины, а после захвата изделия - увеличивать данное силовое воздействие. При этом негативное влияние противоречия на эффективность работы устройства возрастает с увеличением хода присоски и массы захватываемого изделия, так как масса подвижной части устройства изменяется на величину массы захватываемого изделия.
Задачей предполагаемой полезной модели является повышение быстродействия и надежности работы устройства во всем диапазоне требуемых величин перемещения присоски за счет использования энергии, запасенной подвижным органом для реверсивного перемещения присоски.
Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом устройстве, включающем захватную головку, закрепленную на подвижном элементе привода ее перемещения, между захватной головкой и подвижным элементом дополнительно установлен аккумулятор механической энергии. При этом аккумулятор механической энергии может быть выполнен в виде пневмоаккумулятора.
Пример реализации предлагаемого устройства показан на чертеже.
Устройство состоит из корпуса 1, в котором подпружиненный возвратной пружиной 2 подвижный рабочий орган 3 привода перемещения присоски 4, предназначенной для захвата изделия 5 с рабочей поверхности 6. Присоска закреплена на подвижном органе привода через аккумулятор механической энергии 6, выполненный в виде упругого элемента - пневмоаккумулятора, представляющего собой упругую оболочку, образующую герметичную пневмокамеру.
Захватный модуль работает следующим образом.
В исходном положении (черт., поз.а), так как подвижный рабочий орган привода перемещения присоски подпружинен в сторону корпус, присоска занимает крайнее верхнее положение.
По команде «взять изделие» (черт., поз.б) подвижный рабочий орган с присоской перемещается в сторону захватываемого изделия, расположенного на рабочей поверхности. При силовом взаимодействии присоски с поверхностью изделия выполняется функция захвата изделия. При этом кинетическая энергия перемещения присоски переходит в потенциальную энергию сжатия упругого элемента 4 (черт., поз.в). При дальнейшем разжатии упругого элемента (черт., поз.г) его энергия преобразуется в кинетическую энергию возвратного перемещения подвижного рабочего органа с присоской и захваченным изделием в направлении исходного положения присоски (черт., поз.д). Далее присоска с захваченным изделием занимает конечное положение относительно корпуса.
По команде «установить изделие» на рабочую поверхность захватный агрегатный модуль выполняет такие же действия, какие выполнялись при взятии изделия. Только в процессе силового взаимодействия присоски-детали с рабочей поверхностью выполняется функция «отпускание» изделия.
Повышение быстродействия и надежности работы устройства при значительном увеличении диапазона величин перемещения присоски достигается за счет использования для обратного хода подвижного рабочего органа энергии, запасенной им при выполнении прямого хода перемещения присоски в направлении к рабочей поверхности.
Во Владимирском государственном университете был изготовлен действующий макет захватного модуля. Натурные испытания подтвердили его промышленную применимость и эффективность.