АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО СМЕНЫ ИНСТРУМЕНТА

Полезная модель относится к области робототехники и может быть использована для автоматизации и роботизации производственных процессов.
Известно устройство смены инструмента (патент ЕР 1245348, МПК В05В 13/04; B23Q 1/00; B23Q 3/155; B25J 15/04, опубликовано: 2002.10.02), включающее пневматический привод, фиксаторы, запирающие стальные шарики.
Недостатком аналога является то, что площадь соприкосновения запирающего стального шарика очень мала и, соответственно, мала и сила запирания и удерживания базового элемента.
Известно стыковочное устройство (патент РФ №2762223, МПК B25J 15/04, опубликовано: 16.12.2021), включающее обращенные одна к другой стыковочные поверхности присоединительных элементов с зеркально расположенными на них центрирующими элементами в виде пальцев и отверстий под них, фиксирующий присоединительные элементы между собой электромагнит и коммутационные разъемы на стыковочных поверхностях для связи инструментов и схватов с источниками энергии, конечное звено манипулятора и корпусы инструментов и схватов снабжены присоединительными платформами из немагнитного материала, на стыковочной поверхности платформы конечного звена манипулятора выполнены два отверстия, в которых соосно установлены электромагниты с втяжным якорем, ферромагнитные корпуса которых в виде чашек снабжены крышками, выполненными заодно с сердечниками катушек, установленных внутри корпусов и снабженных шунтирующими воротничками на плоских торцах упомянутых сердечников, обращенные в сторону пальцев донышки чашек имеют снабженные направляющими фасками центральные отверстия, являющиеся центрирующими элементами для двух ферромагнитных пальцев, снабженных фланцами с диаметрами, равными наружному диаметру корпусов электромагнитов, закрепленных на другой платформе, которые являются втяжными якорями упомянутых электромагнитов, один из пальцев выполнен цилиндрическим, другой палец, выполненный с поперечным сечением в форме ромба, имеет две продольные ленточки, являющиеся частями первоначальной наружной цилиндрической образующей пальца, расположенные в плоскости, проходящей через большую диагональ упомянутого ромба, перпендикулярную линии, проведенной через центры пальцев.
Недостатком аналога является сложность конструкции и невысокая надежность зажима, обусловленные наличием электромагнитов.
Известна также сменная муфта (патент РФ №2769147, МПК B25J 15/04 B25J 19/00, опубликовано: 28.03.2022), содержащая крепежный элемент, предназначенный для соединения с соответствующим крепежным элементом сменного адаптера, по меньшей мере один электрический и/или оптический соединительный элемент для соединения с по меньшей мере одним соответствующим электрическим и/или оптическим соединительным элементом сменного адаптера и гидравлический соединительный элемент, в частности водяной соединительный элемент, для соединения с соответствующим гидравлическим соединительным элементом сменного адаптера, при этом гидравлический соединительный элемент выступает по направлению к соединению со сменным адаптером дальше, чем электрические соединительные элементы и/или оптический соединительный элемент, так что электрические соединительные элементы и/или оптический соединительный элемент и соответствующие электрические соединительные элементы и/или оптический соединительный элемент сменного адаптера перед соединением выравниваются относительно друг друга благодаря соединению гидравлического соединительного элемента с соответствующим гидравлическим соединительным элементом сменного адаптера.
Недостатком аналога является сложность конструкции, обусловленная наличием электрических и/или оптических, а также гидравлических соединительных элементов.
Известно также устройство быстрой смены инструмента руки робота (патент РФ №2772272, МПК B25J 15/04, опубликовано: 18.05.2022), в котором держатель содержит первую и вторую части, выполненные с возможностью соединения друг с другом и отделения друг от друга посредством взаимодействия первой поверхности первой части и второй поверхности второй части, к которой она обращена в рабочем состоянии, при этом на первой поверхности расположен выступающий наружу клиновидный элемент, а на второй поверхности выполнено клиновидное углубление с возможностью приема выступающего клиновидного элемента при соединении в рабочем состоянии первой и второй поверхностей друг с другом. Кроме того, продольные боковые поверхности выступающего клиновидного элемента наклонены внутрь под углом, который соответствует углу наклона продольных боковых поверхностей углубления. Упомянутые поверхности выполнены изогнутыми в продольном направлении.
Недостатком аналога является невысокая надежность конструкции, обусловленная наличием клиновидных элементов, имеющих недостаточную площадь контакта.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленной полезной модели является автоматизированное устройство смены инструмента (патент DE 102011003 278, МПК B25J 15/04, опубликовано: 2012.08.02), содержащее пневматический привод, ответный и базовый элементы, в качестве элементов фиксации применены стальные шарики, которые расположены в сферической канавке в момент стыковки.
Недостатком ближайшего аналога является то, что площадь соприкосновения запирающего стального шарика очень мала и, соответственно, мала и сила запирания и удерживания базового элемента.
Задачей полезной модели является повышение надежности системы запирания и фиксации ответного элемента относительно базового за счет обеспечения возможности большей площади контакта элементов.
Технический результат - повышение силы удержания сменного инструмента.
Повышение силы удержания сменного инструмента обеспечивается за счет большей площади контакта элементов.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается автоматизированным устройством для стыковки и фиксации сменного инструмента, содержащим состыкованные между собой с возможностью разъединения базовый и ответный элементы, при этом в корпусе базового элемента установлены направляющая втулка и поршень пневмопривода, цилиндрический выступ которого расположен внутри направляющей втулки с возможностью взаимодействия с элементами фиксации, которые установлены в четырех направляющих отверстиях, выполненных в направляющей втулке, с возможностью выдвижения и упора в стенку стакана, расположенного внутри ответного элемента, причем базовый элемент снабжен зафиксированными в его корпусе двумя пальцами-ловителями, в ответном элементе установлены центрирующие втулки с возможностью центрирования пальцев-ловителей, а направляющая втулка и пальцы-ловители выполнены с возможностью обеспечения стыковки базового и ответного элементов, при этом внутри полости упомянутого поршня установлена толкающая пружина, которая зафиксирована крышкой внутри корпуса базового элемента, в котором согласно полезной модели упомянутые элементы фиксации выполнены призматическими, с возможностью закрытия защитной крышкой, соединенной с пружиной и ход которой ограничен посредством корпуса, закрепленного на корпусе базовом элемента, при этом оно снабжено соответствующими уплотнительными элементами, установленными на упомянутом поршне, направляющей втулке и крышке, а на базовом и ответном элементах установлены элементы передачи электрических сигналов.
В предлагаемой конструкции вместо шариков применены призматические элементы фиксации, которые выдвигаются в конический паз в момент стыков базового и ответного элемента.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 изображено автоматизированное устройство смены инструмента, на фиг. 2 - разрез А-А.
Автоматизированное устройство смены инструмента (фиг. 1) содержит два основных элемента: базовый элемент 1 и ответный элемент 2 (фиг. 2). В корпусе базового элемента 1 расположен поршень пневмопривода 3, имеющий цилиндрический выступ, который участвует в стыковке с ответным элементом 2. На поршне пневмопривода 3 с возможностью обеспечения герметичности его работы установлен уплотнитель поршня 4 и уплотнитель втулки 5, обеспечивающий герметичный ход выступа поршня пневмопривода 3 в направляющей втулке 6, которая так же имеет уплотнительное кольцо 7 и четыре направляющих отверстия. В них установлены призматические элементы фиксации 8, которые под действием поршня пневмопривода 3 в верхнем положении могут выдвигаться и прилегать к стенке стакана 9 ответного элемента 2. Внутри полости поршня пневмопривода 3 установлена толкающая пружина 10, обеспечивающая силовое воздействие на поршень пневмопривода 3, которая фиксирована внутри корпуса базового элемента 1 крышкой 11, установленной с применением уплотнительного кольца 12. Для обеспечения базирования элементов друг относительно друга базовый элемент 1 оснащен двумя пальцами-ловителями 13, которые зафиксированы в корпусе базового элемента 1 винтами 14. В разомкнутом положении элементы фиксации 8 закрыты защитной крышкой 15, которая может разжиматься пружиной 16. Ограничение хода защитной крышки 15 обеспечивается за счет корпуса 17, который закреплен к корпусу базового элемента 1 винтами 18. В ответном элементе 2 для центрирования пальцев ловителей 13 установлены центрирующие втулки 19. Базовый 1 и ответный элементы 2 оснащены элементами передачи электрических сигналов 20 и 21 (фиг. 1).
Автоматизированное устройство смены инструмента работает следующим образом. Базовый 1 и ответный 2 элементы находятся в состыкованном положении. Ответный элемент 2 удерживается за счет призматических элементов фиксации 8, которые осуществляют упор в стенки стакана 9 ответного элемента 2, призматические элементы фиксации 8 в свою очередь подпираются цилиндрическим выступом поршня пневмопривода 3. Выдвинутое положение поршня пневмопривода 3 обеспечивается толкающей пружиной 10, пальцы-ловители 13 обеспечивают базирование базового 1 и ответного элемента 2 при стыковке. Для того что бы осуществить стыковку или расстыковку базового 1 и ответного 2 элементов необходимо снять прижимное усилие призматических элементов фиксации 8. Для этого нужно отвести поршень пневмопривода 3 вниз, тем самым высвобождая каналы хода призматических элементов фиксации 8, что позволит ответному элементу 2 выйти из зацепления. Или наоборот, в случае стыковки базового 1 и ответного 2 элементов отведение поршня пневмопривода 3 осуществляется путем подачи сжатого воздуха. После того как базовый 1 и ответный 2 элементы будут разъединены, давление воздуха сбрасывается, и под действие толкающей пружины 10 поршень пневмопривода 3 возвращается в исходное положение, подпирая призматические элементы фиксации 8.
Краткие технические характеристики автоматизированного устройства смены инструмента аналога устройства по патенту DE 102011003278:
Как видно из таблицы, заявленное автоматизированное устройство смены инструмента по большинству параметров (усилие зажима - 150, минимальное рабочее давление воздуха - 4, 5, рабочее давление воздуха - 6) не уступает лучшему мировому образцу (заменяемой технике), а по основным параметрам, направленным на достижение технического результата, таким как максимальное осевое усилие (31500/30000), максимальный момент отрыва (2500/2400) и максимальный изгибающий момент (5120/5000), даже превосходит. Площадь контакта у заявленного автоматизированного устройства смены инструмента выше почти в 10 раз (60/6,4), что способствует увеличению силы удержания сменного инструмента. Параметры аналога взяты с сайта производителя: https://www.iprworldwide.com/produkt-kategorie/robotergreifer/parallelgreifer/
Итак, заявленная полезная модель позволяет улучшить и повысить надежность системы запирания и фиксации ответного элемента относительно базового, повысить силу удержания сменного инструмента (максимальное осевое усилие) за счет обеспечения большей площади контакта элементов.