ЗАХВАТНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к захватным устройствам промышленных роботов и манипуляторов для автоматизации технологических процессов сборки и перемещения деталей.
Известен схват манипулятора, [Патент на изобретение Схват манипулятора: пат. 2381892 РФ: МПК B25J 15/08 / Кулебякин А.А.; заявитель и патентообладатель Кулебякин А.А. - №2008120424/02; заявл. 22.05.2008; опубл. 20.02.2010], который относится к робототехнике и может быть использован в машиностроении. Схват манипулятора содержит корпус, зажимные элементы, ходовые винты, кинематически связанные с ведущим и ведомыми коническими зубчатыми колесами и электродвигателем, закрепленным на корпусе. Ведущее коническое зубчатое колесо одето на вал электродвигателя. Ходовые винты расположены соосно в центральном отверстии ведомых конических зубчатых колес с возможностью осевого перемещения. Зажимные элементы закреплены на двух ходовых винтах. Ведущее и ведомые конические зубчатые колеса расположены в перпендикулярных плоскостях. Корпус снабжен крышкой, имеющей направляющий паз для движения зажимных элементов. Изобретение позволит повысить точность и надежность захватывания и удержания объектов различной формы, расширить технологические возможности схвата по перемещению объектов.
Недостатками данного схвата являются: невозможность использования его в автоматическом режиме, поскольку отсутствуют средства измерения ширины раскрытия губок; низкая безопасность использования захвата по отношению к окружающим объектам, обусловленные отсутствием средств контроля столкновений с ними при наведении и ориентации захватного устройства на предмет; фиксированный узкий температурный диапазон работы захвата, обусловленный точностью изготовления направляющих пазов и рабочим температурным диапазоном двигателя, а также отсутствием средств поддержания рабочей температуры, низкая скорость выполнения технологических операций, связанная с отсутствием у оператора достаточной информации о ходе процесса захвата и необходимости дополнительных средств контроля.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является захватное устройство [Патент на полезную модель Захватное устройство: пат. 118579 РФ: МПК B25J 15/00 / А.Н. Беляев, Е.А. Смирнов, Н.В. Заруцкий, В.А. Кузнецов, И.А. Фадеев; заявитель и патентообладатель ЦНИИ РТК - №2011148143/02; заявл. 25.11.2011; опубл. 27.07.2012], содержащее корпус с размещенным в нем электродвигателем кинематически связанным со схватом, имеющим рычаги с губками оснащенные тензорезистивными датчиками касания, соединенными с контроллером. В промежуточном корпусе установлены: электромеханическая сборка, состоящая из бесколлекторного электродвигателя со встроенным датчиком Холла и планетарного редуктора; пара зубчатых колес, образующих согласующую зубчатую передачу, зубчатая рейка, имеющая два зубчатых венца с различными модулями и резьбу, участвующую в передаче винт-гайка. Около системы управления, электромеханической сборки и платы датчика Холла размещены резистивные нагревательные элементы и датчики температуры. На торце основного корпуса захватного устройства расположен конусный фланец с электрическими соединителями для закрепления захватного устройства.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: корпус с размещенным в нем электродвигателем кинематически связанным со схватом, имеющим рычаги с губками оснащенные тензорезистивными датчиками касания, соединенными с контроллером, при этом рычаги установлены с возможностью поворота на осях, жестко закрепленных в корпусе.
Недостатком прототипа является невысокая надежность захватного устройства, которая объясняется наличием дополнительных элементов, имеющих погрешность позиционирования.
Полезная модель направлена на создание захватного устройства манипулятора, обеспечивающего повышение надежности за счет обеспечения плавных рабочих движений захватных рычагов и обеспечения трех точек контакта в процессе схватывания.
Это достигается тем, что захватное устройство манипулятора, содержит корпус с размещенным в нем электродвигателем, кинематически связанным со схватом, имеющим рычаги с губками, оснащенными тензорезистивными датчиками касания, соединенными с контроллером, при этом рычаги установлены с возможностью поворота на осях, жестко закрепленных в корпусе. В предложенном решении упомянутый электродвигатель выполнен в виде шагового электродвигателя, кинематическая связь которого со схватом выполнена в виде глобоидной передачи с червяком, имеющим три равномерно выполненные винтовые поверхности с шагом заходов 120°. Схват выполнен трехрычажным, рычаги которого установлены через 120° и выполнены со сферической частью. Сферическая часть каждого рычага сопряжена с винтовой поверхностью упомянутого червяка с возможностью скольжения по ней при вращении червяка. Губки рычагов схвата выполнены съемными.
Выполнение кинематической связи между сферической частью рычага и винтовой поверхностью глобоидной передачи с червяком, обеспечивает плавность рабочих движений захватных рычагов, что повышает надежность предлагаемого захватного устройства манипулятора. Выполнение глобоидной передачи с червяком трехзаходным позволяет использовать в схвате три захватных элемента в виде зажимных рычагов и тем самым обеспечивает надежность захватного устройства манипулятора. Таким образом, существенные отличительные признаки предлагаемого захватного устройства манипулятора обеспечивают решение поставленной задачи.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом.
На фигуре 1 представлен общий вид захватного устройства.
Захватное устройство манипулятора содержит корпус 1 с размещенным в нем шаговым электродвигателем 2, кинематически связанным со схватом, имеющим три рычага 3 с губками 4 оснащенные тензорезистивными датчиками касания 5, которые соединены с контроллером 6. Кинематическая связь между рычагом и приводом обеспечивается установленной на валу шагового электродвигателя глобоидной передачей с червяком 7, с тремя равномерно выполненными винтовыми поверхностями с шагом заходов 120°. Сопряжение сферической части 8 зажимных рычагов 3 с винтовой поверхностью червяка 7 выполнено с возможностью скольжения по ней. При этом, каждый рычаг 3 подвижно (с возможностью поворота), закреплен на оси 9. Оси 9 в свою очередь жестко закреплены в корпусе 1 с шагом заходов в 120°. Захват крепится к выходному звену рабочего устройства (робота) фланцем 10 посредством резьбового соединения.
Захватное устройство манипулятора работает следующим образом: Шаговый двигатель 2, обладающий высоким моментом удержания, приводит в движение, глобоидною передачу с червяком 7 с тремя равномерно выполненными винтовыми поверхностями, по которым скользит сферическая часть 8, зажимных рычагов 3, которые обеспечивают захват объекта, например, пробирки (на фигуре не показано) съемными губками 4, выполненными в виде резиновых наконечников с повышенным коэффициентом трения. При этом усилие смыкания фиксируется тензорезистивными датчиками 5, которые, фиксируя необходимый момент, передают команду контролеру 6 о прекращения смыкания, а размыкание происходит при реверсивном движении двигателя 2. Поворот зажимных рычагов 3, происходит относительно осей 9, установленных в корпусе 1.
В случае перемещения предметов из гладкого материала наличие съемных губок 4 на концах захватного устройства манипулятора обеспечит их удержание. За счет движения сферической части зажимных рычагов 3 по винтовой поверхности глобоидной передачи червяка 7, рабочая часть имеет радиальную траекторию движения, т.к. зажимные рычаги 3 поворачиваются относительно осей 9, установленных в корпусе 1.
Таким образом, разрабатываемое захватное устройство манипулятора является важным элементом любой роботизированной системы, эксплуатируемой при особых условиях труда, который позволит исключить человеческий фактор, а также повысить безопасность сотрудников. Захватное устройство манипулятора позволяет повысить надежность и обеспечит более длительный срок эксплуатации за счет уменьшения количества подвижных элементов. Увеличение момента схватывания захватное устройство манипулятора обеспечивает за счет оптимизации кинематической структуры и расширения его технологических возможностей. Захватное устройство манипулятора на основе глобоидной передачи с червяком имеет простую кинематическую цепь и может быть использована в различных отраслях промышленности.