МАНИПУЛЯТОР ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИЗДЕЛИЙ
MANIPULATOR FOR TRANSFER OF PRODUCTS

Предлагаемое изобретение относится к устройствам, которые применяются для выполнения вспомогательных операций при обслуживании машин, станков, прессов и устройств различного назначения. Манипуляторы, имитирующие определенные движения рук человека, обеспечивают захват изделия (объекта манипулирования), его перемещение из одной позиции в другую, освобождение и передачу изделия.
Известно, например, манипуляционное устройство, обеспечивающее захват изделия, его перемещение по дуге окружности и освобождение, содержащее исполнительный механизм с губками для захвата изделий, механизм поворота и гидропривод (Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. - М.: Машиностроение, 1987. - С.9 и 10, рис.а).
Основным недостатком устройства является усложненность привода и малая частота повторения рабочих циклов, т.е. невысокая производительность. Указанный недостаток является результатом использования отдельных двигателей для механизмов захвата и поворота, а также применения тихоходного гидравлического привода. Недостаток особенно ощутим при агрегатировании устройства с машинами-автоматами в линиях высокой производительности.
Известно также устройство типа «рука» для передачи изделий, выполненное в виде комбинированного механизма, содержащего передаточный механизм с выходным звеном, исполнительный механизм с ведущим звеном и губками для захвата изделий, ведущее звено которого жестко связано с выходным звеном передаточного механизма, и привод (патент РФ №2224639. опубл. в БИПМ, 2004. - №6 - прототип). Данное устройство является средством того же назначений, что и предлагаемое изобретение.
Основной недостаток прототипа заключается в том, что его применение возможно лишь при наличии большой рабочей площади. Это связано с тем, что ведущее звено исполнительного механизма, несущее выходные звенья с губками для захвата изделий, совершает возвратно-поворотные движения, при этом выходные звенья с губками перемещаются по дугам постоянного радиуса. Такой характер движения выходных звеньев с губками затрудняет использование устройства между машинами в автоматизированных рыбоконсервных линиях. Иначе говоря, площадь, охватываемая исполнительным механизмом в интервале хода (в интервале угла размаха ведущего звена), оказывается относительно большой, исключающей возможность размещения устройства между машинами линии.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение компактности манипулятора и повышение его производительности.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в манипуляторе для передачи изделий, содержащем комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма с выходным звеном, исполнительного механизма с ведущим и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий, привод и стойку, передаточный механизм выполнен в виде рычажного многозвенника, включающего кинематически связанные кривошип, шатун, коромысло, поворотную направляющую, выходное звено и стойку, в котором выходное звено шарнирно связано с шатуном и коромыслом и сопряжено с поворотной направляющей, шарнирно связанной со стойкой, при этом угол размаха выходного звена соответствует зависимости
где γ - угол размаха выходного звена;
l - расстояние между крайними положениями шарнира, связывающего шатун, коромысло и выходное звено;
h - отстояние центра качания поворотной направляющей от положения линии l между крайними положениями шарнира.
На свободном конце выходного звена передаточного механизма жестко закреплен палец для шарнирной связи упомянутого звена с выходными звеньями исполнительного механизма.
Поворотная направляющая выполнена в виде пустотелой призмы со сквозным продольным отверстием для сопряжения с выходным звеном, при этом на боковинах призмы закреплены цапфы для шарнирной связи ее со стойкой.
Выполнение передаточного механизма в виде рычажного многозвенника позволяет иметь простой в изготовлении, надежно функционирующий, отличающийся высокой силовой работоспособностью механизм, связывающий привод с исполнительным механизмом манипулятора. В зависимости от значений параметров l и h, которые легко регулируются, выходное звено передаточного механизма может совершать возвратно-поворотные движения с различными углами размаха, до 180°. Этим определяется мобильность при переналадке манипулятора. Изменением длины выходного звена и угла его размаха можно обеспечивать изменение расстояния между позициями «схват изделия» и «выдача изделия». Это расширяет технологические возможности использования манипулятора.
Использование пальца на свободном конце выходного звена для шарнирной связи этого звена с выходными звеньями исполнительного механизма является наиболее технологичным, простым и надежным конструктивным решением в обеспечении шарнирной связи подвижных звеньев механизма.
Выполнение поворотной направляющей в виде пустотелой призмы является типовым конструктивным решением, при котором обеспечивается сложное движение выходного звена передаточного механизма, состоящее из двух простых движений - возвратно-поступательного и возвратно-поворотного. Такая связь выходного звена, поворотной направляющей и стойки является предпочтительной.
Заявляемый манипулятор отличается от прототипа сочетанием конструктивных элементов и характером связи между ними, которые обеспечивают компактность манипулятора и более высокую производительность.
Предлагаемый манипулятор для передачи изделий поясняется чертежом, на котором представлена его кинематическая схема.
Манипулятор для передачи изделий содержит передаточный механизм 1, исполнительный механизм 2 с губками 3 для захвата изделий и привод, последний на чертеже не показан.
Механизм 1 выполнен в виде рычажного многозвенника, который включает кинематически связанные кривошип 4, шатун 5, коромысло 6, поворотную направляющую 7, выходное звено 8 и стойку. Кривошип 4 закреплен на валу привода, свободный конец кривошипа шарнирно связан с шатуном 5, последний шарнирно связан с коромыслом 6 и выходным звеном 8, при этом коромысло шарнирно связано со стойкой, а выходное звено подвижно сопряжено с поворотной направляющей 7. Поворотная направляющая шарнирно связана со стойкой посредством цапф 9, жестко закрепленных на боковинах призмы.
Исполнительный механизм 2 выполнен в виде многозвенного рычажно-кулачкового механизма, он включает ведущее звено, которым является выходное звено 8 передаточного механизма, выходные звенья 10 и 11 с губками 3 для захвата изделий и неподвижный кулачок - копир 12. Звенья 10 и 11 шарнирно связаны со звеном 8 посредством пальца 13, жестко закрепленного на свободном конце звена. В теле копира 12 выполнены фигурные пазы 14 и 15, а на свободных концах выходных звеньев 10 и 11 смонтированы ролики 16 и 17 для сопряжения с пазами 14 и 15 копира. Поворотное движение выходных звеньев 10 и 11 на пальце 13 формируется рабочими профилями фигурных пазов 14 и 15 копира 12.
Губки 3 для захвата изделий выполнены по форме передаваемых изделий и закреплены на выходных звеньях жестко, но разъемно. Границы прямого и обратного ходов выходных звеньев соответствуют позициям «схват изделия» и «выдача изделия». Ролики 16 и 17 выходных звеньев взаимодействуют с фигурными пазами копира как при рабочих, так и при холостых ходах.
Манипулятор для передачи изделий работает следующим образом.
При работе привода вращение кривошипа 4 передаточного механизма 1 преобразуется посредством промежуточных звеньев в сложное движение выходных звеньев 10 и 11 с губками 3 для захвата изделий. Выходные звенья совершают возвратно-поступательное движение вместе со звеном 8 и возвратно-поворотное движение относительно звена 8 с выстоями определенной продолжительности.
На границах прямого и обратного ходов выходные звенья занимают положение, при котором губки оказываются разжатыми. Это обеспечивается в результате взаимодействия роликов 16 и 17 выходных звеньев с рабочими профилями фигурных пазов 14 и 15 копира 12. В позиции «схват изделия» в разжатые губки подается объект манипулирования. В момент начала рабочего хода ролики 16 и 17, взаимодействуя с фигурными пазами 14 и 15, обеспечивают такое положение выходных звеньев 10 и 11, при котором губки сжимаются. При рабочем ходе губки контактируют с изделием по большей части его периметра, надежно удерживая изделие, переносимое из одной позиции в другую.
В интервалах прямого и обратного ходов палец 13, несущий выходные звенья с губками, перемещается по криволинейной траектории переменного радиуса, при этом больший радиус кривой обеспечивается в середине интервалов прямого и обратного ходов.
В позиции «выдача изделия» губки разжимаются, перестают удерживать изделие и последнее выводится из манипулятора. При обратном ходе (без изделия) губки также занимают сжатое положение, поскольку ролики выходных звеньев взаимодействуют с теми же фигурными пазами копира, что и при рабочем ходе.
Последующие рабочие циклы манипулятора повторяются аналогичным образом.
В соответствии с формулой (1) изменить расстояние между позициями «схват изделия» и «выдача изделия» можно двумя путями: 1) изменяя длину выходного звена 8 при l=const и h=const; 2) изменяя параметры l или h (либо l и h) при неизменной длине звена 8. Формула (1) характеризует технологические возможности использования манипулятора.