МАНИПУЛЯТОР ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИЗДЕЛИЙ
HANDLER FOR TRANSFER OF ITEMS

Предлагаемое изобретение относится к комбинированным механизмам со сложным движением выходных звеньев, которые применяются для выполнения вспомогательных операций при обслуживании работы машин, станков, прессов и устройств различного назначения. Такие манипуляционные механизмы, 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 но 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 данного 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; содержащее комбинированный механизм, выполненный в виде передаточного механизма с ведущим, промежуточным и выходным звеньями, исполнительного механизма с ведущим и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий, и привод, в котором ведущее звено передаточного механизма выполнено в виде зубчатого колеса, выходное в виде зубчатой рейки, при этом промежуточное звено состоит из двух блоков шестерен, в каждом из которых одна шестерня для взаимодействия с ведущим звеном, другая - с ведомым звеном (патент РФ №2217297 (РФ), опубл. в БИ, 2003. - №33 - прототип).
Основным недостатком прототипа являются большое число подвижных звеньев и кинематических пар. Это снижает точность работы устройства, уменьшает производительность, увеличивает энергозатраты на процесс передачи изделий.
Задачей настоящего изобретения является упрощение структуры кинематической цепи устройства, повышение производительности и точности работы.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в манипуляторе, содержащем передаточный механизм с ведущим, промежуточным и выходным звеньями, исполнительный механизм с ведущим и выходными звеньями, последние из которых снабжены губками для захвата изделий, и привод, промежуточное звено передаточного механизма выполнено в виде кинематически связанных шатуна и диска, при этом шатун шарнирно связан с ведущим звеном, а на оси диска закреплено зубчатое колесо, сопряженное с ведущим звеном исполнительного механизма.
Кинематическая связь шатуна и диска выполнена в виде шарнира, при этом расстояние от центра шарнира до центра диска равно расстоянию от центра шарнира, связывающего шатун с ведущим звеном, до центра вращения ведущего звена, а расстояние между центрами шарниров на ведущем звене и диске - длина шатуна - равно расстоянию между центрами вращения ведущего звена и диска.
Выполнение промежуточного звена передаточного механизма в виде шатуна, кинематически связанного с диском, позволяет упростить кинематическую схему передаточного механизма путем уменьшения числа подвижных звеньев и кинематических пар, при этом работоспособность передаточного механизма, как следует из формулы Чебышева, сохраняется
5
4
W = 3 · n - 2р - р = 3 · 3 - 2 · 4 - 0 = 1,
где W - степень подвижности механизма, W = 1;
n - число подвижных звеньев (ведущее звено, шатун, диск, на оси которого жестко закреплено зубчатое колесо, сопряженное с ведущим звеном исполнительного механизма), n = 3;
5
5
р - число низших кинематических пар, p = 4;
4
4
р- число высших кинематических пар, р = 0.
Упрощение схемы передаточного механизма позволяет снизить энергозатраты на движение и повысить точность выполнения последнего.
Равенство длины шатуна расстоянию между центрами вращения ведущего звена и диска позволяет иметь параллелограммный механизм, в котором ведущее звено и диск вращаются синхронно, при этом шатун совершает плоскопараллельное движение. Такой характер движения шатуна обеспечивается, поскольку отстояние шарниров на ведущем звене и диске от центров вращения соответственно ведущего звена и диска выполнено одинаковым.
Работоспособность передаточного механизма в кинематической связи его с ведущим звеном исполнительного механизма также удовлетворяет формуле Чебышева
5
4
W = 3 · n - 2р - р = 3 · 4 - 2 · 5 - 1 = 1,
где W - степень подвижности механизма, W = 1;
n - число подвижных звеньев, n = 4;
5
5
р - число низших кинематических пар, р = 5;
4
4
р - число высших кинематических пар, р = 1 (сопряжение зубчатого колеса, жестко закрепленного на оси диска, с ведущим звеном исполнительного механизма).
Предлагаемый манипулятор для передачи изделий поясняется чертежом, на фиг.1 представлена кинематическая схема манипулятора.
Манипулятор содержит передаточный механизм 1, исполнительный механизм 2 с губками 3 для захвата изделий и привод 4.
Передаточный механизм 1 выполнен в виде рычажно-зубчатого механизма, который включает ведущее звено-кривошип 5, закрепленный на валу привода 4, шатун 6, один конец которого шарнирно связан с кривошипом, другой посредством пальца 7 шарнирно связан с диском 8, зубчатое колесо 9, закрепленное на оси 10 диска 8, которое является выходным звеном передаточного механизма, сопряженным с ведущим звеном 11 исполнительного механизма 2. Ось 10 установлена в неподвижных прямолинейных направляющих 12.
Исполнительный механизм 2 включает ведущее звено 11 в виде зубчатой рейки, смонтированной в направляющих 13, выходные звенья 14 и 15 с губками 3 для захвата изделий, шарнирно связанные посредством пальца 16 с ведущим звеном 11, и неподвижный кулачок-копир 17, в теле которого выполнены фигурные продольные пазы 18 и 19 для взаимодействия с роликами 20, смонтированными на свободных концах выходных звеньев.
Губки 3 для захвата изделий выполнены по форме передаваемых изделий и закреплены на выходных звеньях жестко, но разъемно.
Работоспособность кинематической цепи манипулятора, содержащей передаточный и исполнительный механизмы, подтверждается формулой Чебышева:
5
4
W = 3 · n - 2p - p = 3 - 5 - 2 - 6 - 2 = 1,
где W - степень подвижности цепи манипулятора, W = 1;
n - число подвижных звеньев (кривошип, шатун, диск, ведущее звено исполнительного механизма, выходное звено исполнительного механизма), n = 5;
5
5
р - число низших кинематических пар, р = 6;
4
4
р - число высших кинематических пар (сопряжения: колеса 9 с рейкой 11, выходного звена 14 с пазом 18), р = 2.
Манипулятор для передачи изделий работает следующим образом.
При работе привода 4 кривошип 5 совершает вращательное движение с постоянной скоростью, при этом шатун 6, шарнирно связанный с кривошипом, генерирует вращение диска 8 и закрепленного на его оси 10 зубчатого колеса 9 с постоянной угловой скоростью. При вращении колеса 9, сопряженного с рейкой 11, последняя совершает поступательное движение, обеспечивая движение выходных звеньев 14 и 15 с губками 3 для захвата изделий.
В позиции «схват изделия» в разжатые губки подается изделие - объект манипулирования. В начале рабочего хода губки, имитируя движение выходных звеньев, сжимаются обеспечивая «схват» изделия по большей части его периметра. При рабочем ходе губки занимают сжатое положение, удерживая изделие, переносимое из одной позиции в другую по прямолинейной траектории. По завершении рабочего хода губки 3 разжимаются и изделие выводится из устройства. В позиции «выдача изделия» рейка 11 занимает текущее положение, при котором губки оказываются разжатыми до начала холостого хода. При холостом ходе (без изделия) губки 3 занимают сжатое положение, поскольку ролики 20 выходных звеньев 14 и 15 взаимодействуют с теми же фигурными пазами 18 и 19 в теле копира 17, что и при рабочем ходе.
В периоде кинематического (рабочего) цикла манипулятора губки 3, имитируя движение выходных звеньев 14 и 15, совершают сложное движение, состоящее из двух простых движений: возвратно-поступательного вместе с рейкой 11 и возвратно-поворотного с выстоями относительно рейки 11.
Выполнение промежуточного звена передаточного механизма в виде кинематически связанных шатуна и диска упрощает конструкцию передаточного механизма, повышает производительность и точность работы.