ЗАХВАТНОЕ УСТРОЙСТВО

Область техники
Полезная модель относится к области захватных устройств и может быть использована в качестве вакуумного держателя в транспортном машиностроении при автоматизации технологических процессов с использованием мобильных роботов.
Уровень техники
Известны вакуумные держатели для крепления мобильных роботов с помощью вакуумного подсоса. Они выполнены из эластичных материалов и образованы, например, резиновым кольцом с торцевой накладкой. Из пат. GB №491991, опубл. 1938 г. (1) и из авторского свидетельства СССР SU №1318506, опубл. 1987 г. (2) известны вакуумные держатели, в которых нажим и снятие усилия на торцевую накладку резинового кольца приводит к образованию вакуумной камеры, прикрепляющей устройство к поверхности.. В устройстве (1) для увеличения усилия прижима в плоскости прижима резинового кольца выполняют микроотверстия присоса. В устройстве (2) выбор зазоров на поверхности прижима при значительных неровностях выполняют капиллярными отверстиями, с подачей в них сжатого воздуха.
Однако, в аналогах (1), (2) создаваемое усилие прижима недостаточно для удержания устройства на вертикальной плоскости, и возможно проскальзывание и потеря ориентации движения, повышенный износ резиновых колец. Следствием этого являются пониженная надежность работы и ограниченные возможности устройства.
Из полезной модели патента RU 132327, опубл. 20.09.2013 г. (3), известно вакуумное захватное устройство, на котором для обеспечения равномерной нагрузки на резиновое кольцо, с целью устойчивого функционирования вакуумного захвата, по обе стороны вакуумного захвата установлены два подрессоренных колеса.
Однако отсутствие механизма фиксации подрессоренных колес делает их малоэффективными в качестве средств механического сцепления, что приводит к неравномерной нагрузке на резиновое кольцо и недостижению устойчивого функционирования вакуумного захвата.
Наиболее близким аналогом предложено захватное устройство, содержащее вакуумный держатель и средство механического сцепления, причем вакуумный держатель образован резиновым кольцом с торцевой накладкой и закреплен на поверхности прижима с образованием вакуумной камеры, а средство механического сцепления включает подпружиненные стержни с контактными упорами и клиновой фиксатор, при этом стержни расположены снаружи вакуумного держателя, закреплены в направляющих втулках и подпружинены, с возможностью осевых перемещений, перпендикулярно поверхности прижима (см. авторское свидетельство СССР 1588932, опубл. 30.08.90 г.) (4).
Однако в устройстве (4) фиксация стержней средства механического сцепления происходит от внешних источников сжатого воздуха и вакуума, что усложняет и существенно увеличивает габариты устройства, исключает использование устройства в мобильных микророботах. В устройстве (4) дроссельное управление фиксацией стержней ведет к снижению быстродействия фиксации стержней, к возможному проскальзыванию устройства на вертикальных плоскостях, с потерей ориентации движения, и снижает надежность работы устройства.
К тому же при шарнирном креплении упоров на стержнях, упоры, копируя геометрию поверхности, располагаются под различными углами относительно стержней. Это нарушает стабильность работы механизма в целом, и, как следствие, дополнительно снижают надежность работы устройства. При этом устройство не обладает универсальностью, т.к. в нем использован упор одного вида, который рассчитан только на конкретные нагрузочные возможности устройства.
Раскрытие полезной модели
Задачами предложенной полезной модели являются повышение быстродействия фиксации стержней, исключение проскальзывания кольца относительно поверхности прижима и увеличение сроков его службы, повышение надежности работы устройства при одновременном упрощении и расширении нагрузочных возможностей устройства.
Для решения поставленных задач в предложенном захватном устройстве, содержащем вакуумный держатель и средство механического сцепления, причем вакуумный держатель образован резиновым кольцом с торцевой накладкой и закреплен на поверхности прижима с образованием вакуумной камеры, а средство механического сцепления включает подпружиненные стержни с контактными упорами и клиновой фиксатор, при этом стержни расположены снаружи вакуумного держателя, закреплены в направляющих втулках и подпружинены, с возможностью осевых перемещений, перпендикулярно поверхности прижима, согласно полезной модели, каждый стержень средства механического сцепления закреплен на вакуумном держателе с помощью соответствующего корпуса, консольно скрепленного с торцевой накладкой вакуумного держателя и выполненного с глухим цилиндрическим отверстием, в котором размещен подпружиненный поршень, с образованием полости, герметично сообщенной с вакуумной камерой для управления фиксацией стержней, причем поршень каждого корпуса соосно скреплен с установленной в указанном отверстии корпуса соответствующей скобой П-образной формы, которая выполнена с закрепленным на одной из ножек клиновым фиксатором и со сквозными пазами в ножках, и имеет рабочую длину сквозных пазов, большую, чем диаметр стержней, на величину рабочего хода клинового фиксатора, при этом стержни выполнены с рифлениями на средней части, закреплены с направляющими втулками в диаметрально противоположных стенках соответствующего корпуса и пропущены через сквозные пазы соответствующей скобы для взаимодействия клинового фиксатора с рифлениями стержня при фиксации. Кроме того, согласно полезной модели, упоры стержней в предложенном захватном устройстве могут быть выполнены сменными и иметь скругленную, заостренную или вогнутую форму контактной поверхности.
Технический результат предложенного решения состоит в том, что управление фиксацией стержней происходит по величине собственного вакуума, создаваемого в вакуумной камере вакуумным держателем, что дает возможность упростить устройство и повысить надежность его работы, с возможностью использования в мобильных роботах. Подбор параметров дополнительно повышает надежность работы устройства. К тому же использование упоров различной конструкции расширяет нагрузочные возможности устройства.
Перечень фигур
На фиг. 1 представлен вид устройства сверху
На фиг. 2 показан разрез устройства по A-A
На фиг. 3, 4, 5 показаны варианты упоров стержней, соответственно: острый, вогнутый и сферический.
Осуществление полезной модели Захватное устройство содержит вакуумный держатель 1 и средство 2 механического сцепления. Вакуумный держатель 1 выполнен в виде уплотнительного резинового кольца 3 с торцевой накладкой 4 и служит для крепления устройства к поверхности 5 прижима. Воздействие на торцевую накладку 4 выполняют от привода 6 прижима, что служит для образования вакуумной камеры 7. Средство 2 механического сцепления содержит «n» стержней 8, каждый из которых выполнен с жестко скрепленным с ним соответствующим контактным упором 9, выполненным для касания поверхности 5 прижима. Стержни 8 подпружинены пружинами 10, расположены снаружи, на расстоянии «h» от граничной окружности вакуумного держателя 1 и скреплены с вакуумным держателем 1 с помощью «n» корпусов 11, каждый из которых предназначен для крепления соответствующего стержня 8. Корпуса 11 равномерно расположены, консольно закреплены на торцевой накладке 4 вакуумного держателя 1, и имеют выступающие относительно вакуумного держателя 1 участки 12. В каждом корпусе 11 выполнено глухое цилиндрическое отверстие 13, с размещенным в нем поршнем 14, подпружиненным пружиной сжатия 15, с образованием полости 16, которая герметично сообщена с вакуумной камерой 7. В отверстии 13 размещена также скоба 17 П-образной формы, которая соосно скреплена с поршнем 14. В выступающих участках 12 каждого корпуса 11 и в ножках размещенной в нем скобы 17 выполнены соответственно два отверстия 18, 19 и два сквозных паза 20, 21 под стержни 8. Отверстия 18, 19, выполненные в диаметрально противоположных стенках корпуса 11, служат для крепления в них стержней с направляющими втулками 22. Сквозные пазы 20, 21 скобы 17 расположены между отверстиями 18, 19 и имеют рабочую длину «D», большую, чем диаметр «d» стержня, на величину рабочего хода клинового фиксатора 23, что обеспечивает требуемое перемещение скобы в рабочем режиме и повышение надежности фиксации стержня, а также служит для фиксации скобы в свободном состоянии (при отсутствии вакуума). Клиновые фиксаторы 23 закреплены на одной из ножек соответствующей скобы 17. Средние участки стержней 8 выполнены с нанесенными на них рифлениями 24, предназначенными для фиксации заостренных концов клиновых фиксаторов 23. Упоры 9 стержней 8 могут быть выполнены сменными: со скругленной, заостренной или вогнутой формой контактной поверхности 25 (см. фиг 3, 4, 5), что расширяет нагрузочную способность устройства.
Устройство работает следующим образом. В свободном состоянии вакуумного держателя 1 поршни 14 средства 2 механического сцепления неподвижны, и, вместе с соответствующей скобой 17, отжаты пружиной 15 сжатия, что исключает контакт клиновых фиксаторов 23 с рифлениями 24 и фиксацию стержней 8. Упоры 9 стержней 8 расположены на поверхности прижима чуть ниже края резинового кольца 3. Это не препятствует прижатию устройства к поверхности 5 прижима, т.к. упоры подпружинены соответствующими пружинами 10 и подвижны в осевом направлении, а их положение определяется неровностями поверхности 5 под ними. При воздействии привода 6 прижима на торцевую накладку 4 вакуумного держателя 1 вакуум вакуумной камеры 7, (сообщенной с цилиндрической полостью 16 корпусов 11), создает усилия, которые, сжав пружины 15 соответствующих поршней 14 средства 2 механического сцепления, перемещает поршни 14, вместе со скрепленными с ними скобами 17 в отверстии 13 соответствующего корпуса 11. Одновременно со скобами 17 перемещаются на величину рабочего хода скрепленные с ними клиновые фиксаторы 23. Это позволяет клиновым фиксаторам, зафиксировавшись в рифлении 24, механически закрепить стержни 8 (с упорами 9) на поверхности. Адаптация расположения упоров 9 на поверхности 5 прижима происходит по величине собственного вакуума, созданного резиновым кольцом 3 и торцевой накладкой 4 в вакуумной камере. Это предназначено для уменьшения деформации резинового кольца, что повысит скорость релаксации и позволит увеличить сроки работы кольца. Исключается проскальзывание резинового кольца на вертикальной поверхности и потеря ориентации устройства, повышается надежность фиксации захватного устройства.
Упоры могут быть выполнены различной формы, что позволяет выполнять работу устройства при разных нагрузках.
Проведенные испытания устройства позволили подтвердить указанный выше технический результат. Технико-экономический эффект устройства состоит в повышении быстродействия фиксации стержней, в исключении проскальзывания кольца относительно поверхности прижима, в увеличении сроков его службы, в повышении надежности работы устройства при одновременном упрощении и расширении нагрузочных возможностей.