ПРИВОД СХВАТА МАНИПУЛЯТОРА
MANIPULATOR GRASPING UNIT DRIVE

Изобретение относится к робототехнике, в частности к приводным устройствам схватов роботов.
Известен схват манипулятора [1], содержащий корпус, на котором шарнирно установлены рычаги, подпружиненные пружиной, несущие губки и привод перемещения рычагов, выполненный в виде двух С-образных магнитных систем, которые могут быть выполнены в виде электромагнитов или постоянных магнитов, двух петель, изготовленных из электропроводного пластичного материала, закрепленных своими концами на корпусе, двух упоров, установленных на этом корпусе по обе стороны от рычагов, и двух планок, концы которых через тяги связаны с соответствующими рычагами. При этом каждая из петель расположена между соответствующим упором и планкой, а магнитные системы установлены в зоне захвата с возможностью захода между полюсами каждой магнитной системы соответствующей петли.
Также известен схват робота [2], содержащий две магнитные системы с полюсными наконечниками, установленные на основании, расположенном в рабочей зоне схвата, активные элементы, выполненные из токопроводного материала, кинематически связаны с губками. На одной из магнитных систем установлен датчик положения активного элемента, взаимодействующий со своей подвижной частью, расположенной на активном элементе.
Кроме того, схват включает привод перемещения основания с магнитными системами, содержащий электродвигатель, зубчатую пару, вращающую ходовой винт, гайка которого закреплена на основании. Выход датчика подключен к одному из входов блока сравнения, на другой вход которого подается сигнал задания, а выход этого блока через блок управления соединен с электродвигателем привода. Кроме того, схват содержит захватываемую деталь.
Из всех известных аналогов наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков является привод охвата манипулятора [3], содержащий два двуплечих рычага, связанных шарниром между собой и основанием. Одни плечи рычагов подпружинены друг к другу пружиной, а другие - несущие губки, связаны через тяги со штоками, на концах которых закреплены электрические катушки. Штоки расположены внутри корпусов, закрепленных на основании. Между штоками и корпусами расположены ползуны, подпружиненные к корпусам пружинами. На ползунах установлены фиксаторы, каждый из которых содержит две планки, имеющие зубчатую поверхность, при этом планка подпружинена к ползуну и пружиной связана с приводом ее перемещения, а планка установлена на внутренней поверхности корпуса. На поверхности каждого из штоков выполнен выступ, взаимодействующий с ползуном.
Недостатками привода схвата являются малый ход, низкие массогабаритные показатели и, как следствие, малая производительность. Малый ход обусловлен тем, что в рабочем зазоре может находиться лишь половина или меньше витков катушки, вторая половина должна находиться вне зазора, так как имеет другое направление тока. Это приводит к низкому использованию материала катушки, то есть ухудшает удельные массовые показатели, уменьшает производительность.
Изобретение направлено на увеличение длины хода, повышение производительности.
Это достигается тем, что привод схвата манипулятора, содержащий внешние магнитные системы с катушками возбуждения, активный элемент, губки схвата, установленные на руке робота и подпружиненные, и блок питания, при этом согласно изобретению привод снабжен блоком управления и соединенной с ним системой управления роботом, активный элемент имеет катушку, которая прикреплена к губкам схвата, подсоединена к блоку питания, соединенному с системой управления роботом, и выполнена с возможностью вхождения в воздушный зазор магнитной системы, при этом магнитные системы выполнены секционированными, полюсопереключающими, на губке/губках установлен датчик положения, а обмотки катушек возбуждения и датчик положения подсоединены к блоку управления.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 схематично показан предложенный привод, вид сверху, на фиг.2 - вид спереди в разрезе. Показан привод одной из губок схвата. Другая имеет аналогичное устройство.
Схват имеет внешние, отдельно установленные магнитные системы 1 с зубцами (секциями) 2, на которых намотаны катушки возбуждения 3. В зазоре магнитной системы располагается катушка 4 активного элемента бескаркасного типа, прикрепленная с помощью держателей 5 к губкам 6 схвата. Схват оперирует с деталью 7. Губки установлены в подшипнике 8 на руке 9 робота и подпружинены пружинами 10. Пружины 10 - пружины сжатия. На губках (или на одной из губок) установлен датчик положения, включающий магнит 11 и герконы 12. Катушки 4 с помощью выводов 13 подсоединены к блоку питания 14, на который подается сигнал от системы управления роботом 15 при необходимости раскрыть схват. Выводы 16 катушек возбуждения 3 и выводы 17 герконов 12 подсоединены к блоку управления 18. Магнитная система снабжена конструкционной вставкой 19.
Работа устройства.
В исходном состоянии катушка 4 обесточена. Пружины 10 расжимаясь зажимают деталь 7 губками 6. Катушки 3 также могут быть обесточены. Робот переносит деталь 7 в нужную точку пространства. При подходе к ней рука 9 выдвигается, катушки 4 входят в воздушный зазор магнитных систем 1. Деталь доставлена в указанную точку. По команде системы управления 15 включаются блоки 14 и 18. Блок 14 подает питание на катушки 4. Блок 18 включает пару катушек 3 таким образом, что обеспечивается направление магнитных силовых линий, показанное на фиг.2 сплошными линиями. Там же показаны направления токов в катушке 4. Пользуясь правилом левой руки, легко определить, что катушка 4 будет двигаться влево, увлекая за собой губку 6, сжимая пружины 10 и освобождая деталь. При этом будет происходить следующее. Магнит 11, переключая герконы 12 обеспечит изменение сигналов на выводах 17 датчика положения. По сигналам от герконов блок управления 18 изменяет полярности катушек 3 таким образом, что обеспечивается направление поля, показанное на фиг.2 пунктирными линиями. Катушка 4 будет продолжать движение до тех пор, переключая обмотки 3, пока не закончится полностью выборка хода. Затем рука 9 вдвигается, происходит, например, обработка детали 7. Затем опять рука 9 выдвигается (при полностью раскрытых губках). Затем выключаются катушки 3, катушки 4. Губки 6 под действием пружин 10 сжимаются, деталь 7 зажимается. Рука опять вдвигается, робот перемещает деталь, например, к месту складирования. Далее цикл работы повторяется. Блок 18 может иметь различные схемные реализации. Самая простая - это прямое управление обмотками 3 с помощью герконов 12. Для более мощных приводов могут использоваться различные усилители на транзисторах, тиристорах. Блок 14 представляет собой обычный блок питания с ключом, управляемым от системы управления 15, - вывод «внешние команды» или аналогичный. Немагнитная вставка 19 предназначена для конструктивного соединения верхней и нижней половины магнитной системы и стабилизации тем самым воздушного зазора между зубцами 2 и активной обмоткой 4.
Блоки 14, 15, и 18 выполняются на стандартных функциональных элементах [4]. Блок питания 14 и система управления 15 могут быть взяты стандартные, например типа УПМ-331. Эта система, выпускаемая промышленностью, имеет блок питания и выходы для управления захватами. Система предназначена для позиционного управления роботами. Ее особенностью является то, что она предназначена для работы с дискретными приводами. В ее составе имеется БУДП - блок управления дискретным приводом, имеющий в своем составе коммутатор, распределитель и силовые триггеры, которые используются для коммутации тиристоров, установленных в фазах. То есть этот блок может быть полностью использован в качестве блока 18. Система УПМ-331 также имеет входы для внешних команд, на которые подаются сигналы от датчиков 12. Таким образом описываемый схват может успешно управляться системой УПМ-331 или системой со сходными характеристиками.
Основные технико-экономические преимущества устройства следующие:
1. Длина хода не ограничивается размерами лобовых частей обмотки 4, а определяется числом зубцов 2 и катушек 3, то есть может иметь практичеки любое требуемое значение.
2. В электромеханическом взаимодействии участвуют обе ветви катушки 4, то есть усилие по сравнению с прототипом удваивается при той же массе.
3. Увеличение усилия повышает производительность схвата.
4. Схемная реализация достаточно проста и надежна, включает в себя такие опробированные элементы, как герконы.
5. Имеется возможность регулирования не только скорости губок, но и их положения, что дополнительно расширяет функциональные возможности привода.
Источники информации
1. А.с. СССР №585965 - Схват манипулятора (А.М.Литвиненко. - Опубл. в БИ, 1977).
2. А.с. СССР №1219340 - Схват робота (A.M.Литвиненко. - Опубл. в БИ, 1984).
3. А.с. СССР №1266737 - Привод схвата манипулятора (А.М.Литвиненко. - Опубл. в БИ, 1984).
4. И.М.Макарова «Управляющие системы промышленных роботов» - М.: Маш-е, 1984.