Вакуумный захватный агрегатный модуль

Предлагаемое устройство относится к области машиностроения, роботостроения и может применяться при взятии и установке деталей на рабочую поверхность с требуемым ходом перемещения захватной головки. Наиболее эффективно применение устройств, использующих безнасосные вакуумные захваты.
Известны вакуумные захватные агрегатные модули (см. патент России №2073601 «Вакуумное захватное устройство», Сысоев С.Н., Черкасов Ю.В., Мокеева Е.В., Глушков А.А., патент РФ №2318653 «Захватная головка», Сысоев С.Н., Бакутов А.В., Орехов Н.С., опубл. в Бюл. №7, 10.03.08 г.), 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 или одного силового цилиндра двухстороннего действия. Применение в качестве энергопитания избыточного давления воздуха повышает быстродействие, но требует насосной системы вакуумного энергопитания и избыточного давления, что усложняет конструкцию в целом. Кроме этого, в устройстве отсутствует торможение в конце хода рабочего органа устройства, что ограничивает номенклатуру захватываемых изделий.
Известно применение в 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), которое повышает быстродействие, надежность выполнения операций «захватить», «отпустить» деталь и устраняет необходимость применения системы вакуумного энергопитания. Однако использование в данных захватных модулях в качестве привода вертикального перемещения присоски пневмоцилиндров, имеющих трение скольжения поршня в цилиндре, ограничивает быстродействие устройств, а также требуется применение электрического и пневматического источников энергопитания, что усложняет конструкцию в целом.
Известен вакуумный захватный агрегатный модуль (см. патент РФ №2397857 «Вакуумный захватный агрегатный модуль», Сысоев С.Н. и др., опубл. 27.08.2010 в БИ №24), включающий пневмопривод одностороннего действия, выполненный в виде рабочей камеры с избыточным давлением воздуха и подвижного рабочего органа, на котором закреплена безнасосная захватная головка. За счет устранения трения скольжения в пневмоцилиндре данное устройство повышает быстродействие выполнения функций «взять» и «установить» изделие на рабочую поверхность. Однако кинематическое разделение подвижного рабочего органа с корпусом цилиндра снижает надежность сохранения требуемого направления движения захватной головки. Также требуется использование электрических и пневматических источников энергопитания, что усложняет конструкцию в целом. Кроме этого в устройстве отсутствует настройка и регулировка торможения рабочего органа в конце хода, что ограничивает область его применения.
Наиболее близким по технической сущности из известных является вакуумный захватный агрегатный модуль (см. патент РФ №2703771 «Вакуумный захватный агрегатный модуль», Сысоев С.Н., Трофимов М.М., Черкасов Ю.В., Сажин А.В., опубл. 22.10.2019 в БИ №30), который содержит захватную головку в виде безнасосной присоски, закрепленной на штоке привода ее осевого перемещения, привод осевого перемещения выполнен в виде торообразной герметичной гибкой нерастяжимой камеры с избыточным давлением воздуха, охватывающей шток, соединенный тягой с электромеханическим приводным механизмом перемещения захватной головки. В устройстве не требуется использования пневматических источников энергопитания, что упрощает конструкцию. Однако высокие скорости перемещения захватной головки, отсутствие ее торможения в конце хода приводят к возникновению ударных силовых воздействий на деталь, что ограничивает его применение.
Таким образом, прототип и все известные вакуумные захватные агрегатно-модульные устройства, обладают ограниченной областью применения.
Задачей предлагаемой полезной модели является расширение номенклатуры деталей, включая легкоповреждаемые, которые захватываются и устанавливаются устройством, путем обеспечения торможения захватной головки в конце ее хода.
Поставленная задача достигается тем, что в вакуумном захватном агрегатном модуле, содержащем захватную головку, с присоской, закрепленной на штоке привода ее осевого перемещения, выполненного в виде торообразной герметичной гибкой нерастяжимой камеры с избыточным давлением воздуха, охватывающей шток, соединенный тягой с электромеханическим приводным механизмом перемещения захватной головки, на тяге установлен дополнительный шток, выполненный с возможностью осевого перемещения и фиксации положения относительно тяги.
Пример реализации предлагаемого устройства, этапы его работы и вид общий показаны на чертежах фиг. 1, 2, 3. На фиг. 1 показаны этапы захвата заготовки, а на фиг. 2 - установки заготовки на рабочую поверхность.
Устройство (фиг. 1, а) состоит из корпуса 1, в котором закреплена торообразная герметичная гибкая нерастяжимая оболочка 2, образующая камеру 3 с избыточным давлением воздуха, охватывающая шток 4 с установленной на нем безнасосной вакуумной захватной головкой 5 с рычагом 6, закрепленным на ее уплотнительном элементе. Захватная головка установлена в направлении детали 7, расположенной на рабочей поверхности 8, и выполнена с возможностью осевого перемещения относительно штока 4, подпружиненного пружиной 9. Шток 4 соединен тягой 10 с электромеханическим приводным механизмом 11. На корпусе установлен фиксатор 12 тяги. На тяге установлен фиксатор 13 дополнительного штока 14. На корпусе установлен датчик 15 верхнего положения штока 4. На приводе установлен датчик 16 верхнего положения захватной головки 5 относительно штока 4.
Вакуумный захватный агрегатный модуль работает следующим образом.
В исходном положении (фиг. 1, а) шток 4 занимает крайнее верхнее положение и зафиксирован фиксатором 12. Оболочка 2 взаимодействует с датчиком 15, отключая электромеханический приводной механизм 11. Датчик 16 отключен, так как захватная головка 5 относительно штока 4 занимает крайнее нижнее положение. Фиксатор 13 отключен и дополнительный шток 14, не зафиксированный на тяге, располагается на верхней торцевой поверхности оболочки 2.
По команде «взять деталь» (фиг. 1, а) срабатывает фиксатор 12, расфиксируя положение тяги 10 и штока 4 относительно корпуса 1.
Привод перемещения захватной головки представляет собой камерный торообразный привод одностороннего действия, управляемый с использованием эффективной площади торцевых поверхностей камеры (см. патент России №2586379 «Способ управления перемещением штока камерного привода», Сысоев С.Н., опубл. В Бюл. №16, 10.06.2016 г).
Так как площадь кольцевого отверстия в нижней торцевой поверхности камеры больше, чем в верхней, то на шток действует выталкивающая сила, направленная к детали 7. Выполняется функция опускания захватной головки на поверхность детали (фиг. 1, б).
После касания захватной головки поверхности детали в результате продолжающегося перемещения штока 4 и ее силового взаимодействия с ней, выполняется функция ее захвата (фиг. 1, в). Срабатывает датчик, включая электромеханический приводной механизм 11.
Тягой 10 перемещается шток 4 вверх (фиг. 1, г), поднимая захватную головку с деталью. Выполняется функция ее поднятия.
В крайнем верхнем положении штока 4 срабатывает датчик 15, отключая электромеханический привод 11 и включая фиксатор 12. Устройство занимает исходное положение, отличающееся тем, что захват удерживает деталь. В процессе данных фаз работы устройства дополнительный шток 14 располагается на верхней торцевой поверхности оболочки 2, так как его положение не зафиксировано относительно тяги 10.
При установке детали, особенно легкоповреждаемой, на рабочую поверхность важным является устранение воздействия на нее существенных силовых воздействий. Поэтому в устройстве в процессе перемещения детали выполняется ее торможение при приближении к рабочей поверхности.
В исходном положении устройство располагается над рабочей поверхностью, на которую требуется установить деталь (фиг. 2, а).
По команде «установить деталь» на рабочую поверхность захватный модуль выполняет такие же действия, какие выполнялись при взятии детали. Только в зоне приближения детали к рабочей поверхности 8 включается фиксатор 13 перемещения тяги 10 относительно дополнительного штока 14 (фиг. 2, б). Тягой дополнительный шток перемещается вниз, увеличивая эффективную площадь верхней торцевой поверхности оболочки 2. Выполняется торможение захватной головки (фиг. 2, в). Далее рычаг 6 взаимодействует с рабочей поверхностью, что приводит к тому, что край присоски отводится от поверхности детали, fee рабочая полость разгерметизируется, то есть выполняется операция отпускания детали присоской. Электромеханическим приводом поднимается захватная головка (фиг. 2, г) и устройство занимает исходное положение.
Таким образом, применение дополнительного штока, установленного на тяге расширяет номенклатуру деталей, включая легкоповреждаемых, которые захватываются и устанавливаются устройством, путем обеспечения торможения захватной головки в конце ее хода.
Во Владимирском государственном университете был изготовлен действующий макет захватного модуля (фиг. 3). Натурные испытания подтвердили его промышленную применимость и эффективность.