ШАРНИРНОЕ ЗАЖИМНОЕ УСТРОЙСТВО
HINGED CLAMPING DEVICE

Изобретение относится к подвижным зажимным устройствам и может быть использовано в качестве схвата роботов-манипуляторов, обрабатывающих центров и транспортирующих систем и может найти применение в автоматических линиях и различном технологическом автоматизированном оборудовании в машиностроении.
Известно многозвенное подвижное зажимное устройство, выполненное в виде установленных в одной плоскости двух коромысловых рычажных механизмов, сблокированных с двумя параллелограммными рычажными механизмами с двухдвигательным приводом (статья Кобзарь Д.М., Гольдшмидт М.Г. "Пути сокращения вспомогательного времени при утилизации покрышек фрезерованием" // Материалы V Межд. конф. «Проблемы механики современных машин»: Улан-Удэ, Изд-во ВСГТУ, 2012. Том 1, стр. 70, рис. 3 со схемой зажимного устройства) - аналог.
Недостатками известного зажимного устройства являются:
1. Сложность конструкции и сборки между собой механизмов разного типа.
2. Невозможность наружного зажима изделий любой формы.
3. Низкая жесткость и точность позиционирования из-за зажима крупного объекта только в двух точках по его окружности приводит к его выскальзыванию из зоны зажима.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является шарнирное зажимное устройство, содержащее зажимные элементы и привод их перемещения, выполненный в виде многозвенного рычажного механизма с установленными в нем под разными пространственными углами между собой вращательными кинематическими парами и пересекающимися между собой в пространстве подвижными рычагами с установленными на них длинными упругими стрежнями для зажима детали только в двух противоположных точках (Шарнирное зажимное устройство для манипулятора по RU 193126.U1, B25J 15/08, 15.10/2019) -прототип.
Недостатками указанного шарнирного зажимного устройства являются:
1. Установка кинематический пар и рычагов под разными пространственными углами усложняет конструкцию, ее изготовление и сборку.
2. Низкая надежность двухточечного зажима деталей круглой формы.
3. Возникающий при зажиме консольной изгиб зажимных стержней приводит к угловому перекосу, зажимаемой детали, что нарушает ее требуемое ориентирование в рабочем пространстве манипулятора.
4. Низкая жесткость зажима изделий, и следовательно, низкая точность их позиционирования под нагрузкой из-за применения упругих зажимных рычагов, что снижает точность выполнения технологических операций манипулятором.
5. Ограниченная область применения в качестве схвата манипуляторов для автоматических линий, обрабатывающих переналаживаемых приводов и подвесных транспортирующих устройств - из-за отсутствия возможности дистанционного управления зажимом и освобождением изделия.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в обеспечении гарантированного зажима изделий различной формы (круглой, овальной, плоской) как снаружи, так и внутри их полой поверхности, а также повышения жесткости рычажного зажимного механизма и за счет этого повышения точности позиционирования зажимаемого объекта (изделия или инструмента на выходном звене манипулятора) для расширения областей и эффективности его применения в технике в сочетании с простотой его конструкции, технологичности изготовления, сборки и управления с применением только одного приводного двигателя.
Получение технического результата достигается за счет того, что шарнирное зажимное устройство содержит многозвенный рычажный механизм, выполненный в виде двух шарнирных четырехзвенных опорного и зажимного ромбов, установленных между собой с параллельным расположением соответствующих звеньев и соединенных между собой посредством соединительных двухшарнирных рычагов одинаковой длины с параллельно отогнутыми между собой обоими концами и двойных цилиндрических шарниров с параллельными осями вращения.
Одно из звеньев шарнирного опорного ромба выполнено с возможностью закрепления на выходном звене манипулятора, другое смежное с ним звено опорного ромба соединено с приводным двигателем, а зажимные элементы выполнены в виде поворотных зажимных роликов.
Все многозвенное подвижное зажимное устройство выполнено с возможностью подвешивания на выходном звене манипулятора через шарнирный подвес, соединенный с двумя противоположными вершинами его ромбовидной кинематической цепи установлен подвижный привод в виде цилиндра с расположенным в нем поршнем со штоком для изменения длины диагоналей шарнирного опорного ромба в процессе дистанционного управления манипулятором.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6 и фиг. 7.
На фиг. 1 изображено шарнирное зажимное в исходном положении (общий вид и Вид А на фиг. 1), содержащий многозвенное рычажное зажимное устройство, выполненное в виде двух шарнирных четырехзвенных опорного ромба ABCD (образованного двухшарнирными звеньями 1, 2, 3 и 4 одинаковой длины, т.е. АВ=ВС=CD=DA) и зажимного ромба FGHE (образованного двухшарнирными звеньями 5, 6, 7 и 8 одинаковый длины, т.е. FG=GH=HE=EF).
Шарнирный зажимной ромб FGHE и шарнирный опорный ромб ABCD установлены симметрично между собой (Вид А) и соединены между собой посредством расположенных по их диагоналям АС и BD четырех соединительных двухшарнирных рычагов 9, 10, 11 и 12 одинаковой длины с параллельно отогнутыми между собой обоими концами (т.е. BF=АЕ=DH=CG) и восьми двойных цилиндрических шарниров с параллельными осями вращения (расположенных на всех восьми вершинах А, В, С, D, Е, F, G, Н обоих ромбов ABCD и FGHE) для образования двенадцатизвенной замкнутой кинематической цепи на основе только двухшарнирных звеньев. Все звенья шарнирного зажимного ромба EFGH могут быть выполнены меньшей длины или равной длины по сравнению с длиной звеньев шарнирного опорного ромба ABCD и снабжены расположенными с четырех сторон зажимного ромба EFGH поворотными зажимными роликами 13, 14, 15 и 16, установленными на каждом из звеньев 5, 6, 7 и 8 зажимного ромба EFGH с одинаковым смещением А относительно середины S длины каждого звена 5, 6, 7 и 8 (FS=SG=FG/2).
Одно из звеньев (например, №1) шарнирного опорного ромба ABCD может быть закреплено на выходном звене манипулятора, другое смежное с ним звено опорного ромба ABCD (например, №2) соединено с приводным двигателем 17, а между двумя противоположными вершинами А и С опорного ромба ABCD установлен упругий элемент 18, выполненный, например, в виде винтовой пружины.
Все многозвенное подвижное зажимное устройство может быть подвешено на выходном звене манипулятора через шарнирный подвес 19, соединенный с двумя противоположными вершинами B и D шарнирного опорного ромба ABCD, а между двумя другими противоположными вершинами А и С его ромбовидной кинематической цепи установлен привод в виде подвижного цилиндра 20 с расположенным в нем поршнем со штоком 21 для изменения длины диагоналей АС и BD шарнирного опорного ромба ABCD.
На фиг. 2 представлен вариант привода зажимного устройства от приводного двигателя 17 для поворота в опорном ромбе ABCD звена 1 относительно зафиксированного звена 2.
На фиг. 3 представлен вариант привода зажимного устройства в виде, например, гидроцилиндра 20 с расположенным в нем поршнем со штоком 21.
На фиг. 4 представлено зажимное устройство в положении зажима снаружи изделия круглой формы 22.
На фиг. 5 представлено зажимное устройство в положении зажима снаружи изделия овальной формы 23.
На фиг. 6 представлено зажимное устройство в положении зажима снаружи изделия плоской формы 24.
На фиг. 7 представлено зажимное устройство в положении зажима изнутри полого изделия с круглой формой отверстия 25.
Работа представленного зажимного устройства заключается в следующем.
В исходном положении (без зажима изделия, что показано на фиг. 1 (Вид А)) диагонали АС и BD опорного ромба ABCD равны между собой, и соответственно через соединительные рычаги 9, 10, 11 и 12 диагонали EG и FH зажимного ромба FGHE тоже будут равны между собой, что вызовет удаление от центра ромба FGHE всех четырех зажимных поворотных роликов 13, 14, 15 и 16, и образование в ромбе рабочей зоны для зажима снаружи или внутри требуемого изделия (в виде детали или инструмента).
Затем после установки зажимаемого изделия различной формы в рабочую зону (внутри или снаружи зажимных поворотных роликов 13, 14, 15 и 16 при повороте вала двигателя 17 (по часовой стрелке на фиг. 2) или при подаче жидкости в штоковую полость гидроцилиндра 20 (на фиг. 3) происходит одновременное уменьшение диагонали EG и зажимного ромба FGHE и соответственное увеличение диагонали FH этого ромба, что приводит к сближению поворотных зажимных роликов 13, 14,15 и 16 между собой до контакта и надежного четырехстороннего зажима изделия различной формы (как это показано на фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6 и фиг. 7)). При отказе одного из приводов установленная внутри ромбы упругая пружина 17 обеспечивает гарантированный зажим изделия. Задавая в приводе 17 или 20 движение в противоположном направлении происходит выравнивание диагоналей в обоих ромбах (АС=BD, EG - FH), возврат в исходное положение (Вид А на фиг. 1) и освобождение зажатого изделия.
Достигаемый в предлагаемом шарнирном зажимном устройстве положительный эффект заключается в следующем:
1. Упрощение конструкции шарнирного зажимного устройства за счет выполнения всех звеньев этого зажимного устройства предельно простыми в виде двухшарнирных рычагов одинаковой длины и легко собираемыми на вращательных кинематических парах с параллельными осями их поворота.
2. Обеспечение надежного четырехстороннего зажима как снаружи, так и внутри объемных и плоских изделий различной формы за счет переменной геометрии зажимного ромба, что обеспечивает одновременное сближение всех четырех зажимных роликов к центру зажимного ромба до их полного контакта с поверхностью зажимаемого изделия во всех четырех точках.
3. Достижение большой жесткости в осевом направлении нагружения зажатого инструмента или детали, что повышает точность позиционирования и обработки и расширяет области применения манипуляторов с таким схватом.
4. Возможность шарнирного подвешивания зажимного устройства на выходном звене манипулятора и дистанционного управления им посредством гидро- или пневмопривода.