1. Цель работы
Целью работы является изучение назначения, устройства и принципа действия конструкций центрирующих широкодиапазонных захватных устройств (ЗУ) промышленных роботов (ПР), проведение анализа конструктивно-кинематических схем и реальных конструкций ЗУ ПР.
2. Теоретические сведения
ЗУ являются одними из основных элементов ПР, которые во многом определяют их кинематические возможности. ЗУ позволяют наряду с выполнением основных своих функций по захвату, удерживанию и перемещению объекта манипулирования (ОМ) улучшить ряд характеристик ПР таких, как точность позиционирования, скорость перемещения исполнительного устройства, грузоподъемность, ЗУ могут также функции по ориентации, центрированию ОМ при захвате, транспортировке или при установке на рабочую позицию. Общими требованиями, которые предъявляются к ЗУ, являются:
универсальность;
быстродействие;
небольшие габариты и масса;
надежность захвата и удержания ОМ.
В настоящее время в связи с многообразием ОМ по форме, массе, физико-химическим свойствам разработаны самые разнообразные кинематические схемы и конструкции ЗУ и сложилось несколько подходов к их классификации. Рассмотрим классификацию ЗУ по характеру захватывания ОМ. ЗУ можно разделить на три группы: фиксирующие, базирующие и центрирующие.
ЗУ первой группы предназначены для захвата и фиксации ОМ в любом произвольном положении. Базирующие ЗУ выполняют, помимо захвата функцию базирования ОМ относительно определенных точек, линий, поверхностей. Центрирующие ЗУ обеспечивают центрирование ОМ относительно определенной оси, например оси симметрии ОМ. Центрирующие ЗУ в свою очередь подразделяются на узкодиапазонные и широкодиапазонные. Примером узкодиапазонного ЗУ могут служить захваты с параллельным движением призматических губок. Недостатком такого ЗУ является отсутствие возможности надежного захватывания деталей различных размеров. Этого недостатка лишены универсальные центрирующие широкодиапазонные ЗУ, позволяющие осуществлять захват и центрирование ОМ различной формы и различных размеров.
Рассмотрим наиболее характерные кинематические схемы и конструкции ЗУ этой группы.
2.1. ЗУ промышленного робота "Электроника НЦТМ-01"
ЗУ ПР "Электроника НЦТМ-01" состоит из двух схватов и устройства ротации [1]. Кинематическая схема одного из схватов представлена на рис. 1.
Рис. 1. ЗУ ПР «Электроника НЦТМ-01»
Каждый из схватов снабжен тремя губками 2, закрепленными на ползунах 4 винтами 3. Радиальное перемещение ползунов осуществляется от пневмоцилиндра 8, шток которого через червяк 6 и червячное колесо 5 связан с зубчатыми рейками ползуна 4. Для настройки губок на заданный диаметр детали 1 служит прямозубая шестерня 9, входящая в зацепление с прямозубым участком 7 штока пневмоцилиндра.
2.2. ЗУ N 1 РТК сборки, разработанное на кафедре "РТ и АП"
Кинематическая схема ЗУ N 1 представлена на рис.2.
Схват снабжен фланцем 1, при помощи которого он крепится к руке ПР. Фланец 1 жестко соединен с цилиндрическим корпусом 2 и имеет каналы 12 для подвода воздуха в полости 5 корпуса. Внутри корпуса с обеих сторон установлены поршни 3 с коническими поверхностями 10. Эти поверхности благодаря трем пружинам 8 находятся в контакте с коническими поверхностями 9 трех ползунов 6, которые могут перемещаться в радиальных направлениях в трех втулках 7. В каждом ползуне сквозь отверстия установлены губки 2 в виде свободно перемещающихся в вертикальном направлении стержней, ограниченных от выпадения втулкой 4.
Рис. 2. ЗУ № 1, разработанное на кафедре РТиАП
2.3. ЗУ N 2 сборки, разработанное на кафедре "РТ и АП"
ЗУ N 2 отличается простой и точностью настройки на заданное усилие зажима. Конструкция устройства защищена авторским свидетельством на изобретение N 241468 [2].
Принцип действия схвата рассмотрим на кинематической схеме, представленной на рис. 3. ЗУ содержит три ползуна 1,9,13, установленных в радиально сходящихся к оси центрирования 16 направляющих 2 с элементами качения (шариками) 3. На ползунах имеются губки 6. Ползуны постоянно поджаты к центру пружинами 12, а сами пружины связаны с регулировочными винтами 11. Ползуны 1 и 13 кинематически связаны с ползуном 9 посред- ством гибких лент 5, охватывающих каждая пару блоков 4,7. Ленты закреплены на ползунах 1,13 на ближайших их концах по отношению к оси центрирования 16 в точках 10, а на ползуне 9 - на дальнем его конце в точке 8. При подаче воздуха в силовой цилиндр 14 шток 15 воздействует на ползун 9, который, перемещаясь, передает движение через ленты 5 на ползуны 1,13. Эти ползуны воздействуют на пружины 12 и, преодолевая их сопротивление, синхронно с ползуном 9 расходятся в радиальных направлениях, освобождая объект. Для захватывания объекта из цилиндра 14 сбрасывают воздух. Шток 15 возвращается в исходное положение. При этом под действием пружины 12 ползуны 1,13 сходятся к центру, передавая движение через ленты 5 ползуну 9. Движение ползунов к центру продолжается до упора губок в захватываемый объект.
Рис. 3. ЗУ № 2, разработанное на кафедре РТиАП
2.4. ЗУ N 3 РТК сборки, разработанное на кафедре "РТ и АП"
Кинематическая схема ЗУ N 3 представлена на рис. 4.
ЗУ содержит рычаги с губками 9. Рычаги закреплены каждый на своем блоке 7. Блоки имеют одинаковый диаметр, равноудалены от оси центрирования 10 и охвачены гибкой лентой 18, скрепленной с ними в точках 6 и образующей единую кинематическую систему, которая связана со штоком 2 силового цилиндра 1 посредством регулировочного винта 3, пружины 4 и дополнительного рычага 5.
Рис. 4. ЗУ № 3, разработанное на кафедре РТиАП