RU236677U1 - Мобильный трехосевой манипулятор для плазменной резки - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к технологическому оборудованию для механизации и автоматизации технологических операций. Мобильный трехосевой манипулятор для плазменной резки содержит опорную конструкцию в виде стойки, с которой шарнирно сопряжена роботизированная рука манипулятора, имеющая плечо и шарнирно сопряженное с ним предплечье с установленным на нем рабочим органом, и управляемые приводы перемещения. Стойка содержит основание и крышку манипулятора, между которыми установлены три вертикальные цилиндрические оси, соединяющие их и образующие стойку треугольной конфигурации с равными сторонами, в которой на осях-направляющих установлен подвижный блок манипулятора с возможностью перемещения по ним. В центре основания установлен шаговый электродвигатель, вал которого соединен с резьбовой штангой, пропущенной сквозь подвижный блок через закрепленную на нем гайку и вертикально установленной между основанием и крышкой с возможностью приведения в движение подвижного блока манипулятора вверх или вниз в зависимости от направления вращения резьбовой штанги, передаваемого от соединенного с ней шагового электродвигателя. К подвижному блоку манипулятора шарнирно прикреплено плечо манипулятора. На одной из направляющих осей стойки установлено зубчатое колесо, закрепленное на плече манипулятора, а также соединенное посредством зубчатого ремня с валом шагового электродвигателя плеча, установленного на подвижном блоке манипулятора и обеспечивающего поворот плеча манипулятора вокруг оси стойки, являющейся осью вращения плеча манипулятора, на которой также установлены соединенные между собой два зубчатых колеса с возможностью свободного вращения вокруг оси вращения плеча манипулятора. Одно из зубчатых колес соединено посредством зубчатого ремня с валом шагового двигателя предплечья, установленного на подвижном блоке манипулятора и обеспечивающего перемещение предплечья относительно шарнирной оси в узле сопряжения плеча и предплечья, на которой установлено зубчатое колесо, закрепленное на предплечье и соединенное посредством другого зубчатого ремня со вторым зубчатым колесом, установленным на оси вращения плеча манипулятора. Манипулятор выполнен с возможностью соединения с блоком питания и блоком управления. Для управления шаговыми двигателями манипулятор выполнен с возможностью электрического соединения с соответствующими драйверами, связанными по линиям связи с блоком управления драйверами, который связан с блоком управления манипулятора, указанные блоки и драйверы электрически соединены с блоком питания. Обеспечивается реализация назначения. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к технологическому оборудованию с низкими массогабаритными параметрами для механизации и автоматизации технологических операций и использования в качестве альтернативы станкам с ЧПУ, и может найти применение в цехах механической обработки, на труднодоступных строительных площадках, в строительно-монтажных компаниях, работающих на удаленных участках, при необходимости выполнения раскроя листового металла, вырезке сложных отверстий, например в трубах.

Предпосылкой для создания полезной модели, а именно переносного, малогабаритного, недорогого и простого в изготовлении манипулятора для плазменной резки, является отсутствие на рынке таких манипуляторов, а также их востребованность взамен ручных операций, как более трудоемких и менее точных, или взамен необходимости заказывать на производстве, например, раскрой листового металла и т.п.

Из сети Интернет известны преимущественно многофункциональные промышленные роботы-манипуляторы для плазменной резки, а также робототехнические комплексы. Известен, например робот-манипулятор для лазерной резки HJZLASER, выполненный с системой ЧПУ, с площадью реза 3000х1500 мм, с программным обеспечением, с функцией резки металлических материалов, толщина реза 6 мм, скорость реза 12 м/мин (https://www.protehnology.ru/robot-manipulyator-dlya-lazernoy-rezki-hjz-laser, дата просмотра 04.07.2024).

Известен также из сети Интернет шестиосевой робот-манипулятор HS-R6-10, представляющий промышленный робот, имеющий грузоподъемность 10 кг, вес 180 кг, рабочий радиус 1589 мм (https://lasergu.ru/catalog/promyshlennye-roboty-manipulyatory/shestiosevoy_robot_manipulyator_hs_r6_10/, дата просмотра 04.07.2024).

Также из сети Интернет известен 3D робот для лазерной резки и сварки, осуществляющий 3D волоконную лазерную резку X/Y с длиной руки 1800х3200 мм (https://leadermash.ru/product/metalloobrabotka/3d-robot-dlya-lazernoy-rezki-i-svarki/, дата просмотра 04.07.2024).

Недостатком приведенных роботов, известных из сети Интернет, является то, что они представляют собой многофункциональные промышленные роботы-манипуляторы, использование которых вне производственных условий, особенно на удаленных строительных участках, неприемлемо и экономически нецелесообразно.

Из уровня техники известен промышленный робот, содержащий руку с приводами и схватом, основание и внешние магнитные системы. Робот выполнен с горизонтально-ангулярной системой координат и содержит привод подъема, при этом рука выполнена шарнирной, а внешние магнитные системы выполнены в виде последовательно расположенных рядов с блоками роторов (Патент РФ № 2184030 С1, дата приоритета 19.03.2001, дата публикации 27.06.2002, автор Литвиненко А.М., RU).

Недостатком аналога является его конструктивная сложность из-за наличия внешних магнитных систем с блоками роторов.

Из уровня техники также известен мобильный робот, относящийся к робототехническим комплексам, предназначенным для ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, содержащий корпус, манипулятор на поворотном основании, выполненный с возможностью выбора и последующей стыковки конкретного оборудования из набора сменного инструментального оборудования, при этом использован манипулятор с шестью степенями подвижности, а на его поворотном основании размещены один или два пяти степенных манипулятора, снабженных телевизионными камерами (Патент РФ № 142363 U1, дата приоритета 03.09.2013, дата публикации 27.06.2014, авторы: Гойдин О.П. и др., RU).

Недостатком данного аналога является то, что он относится к многокомпонентным робототехническим комплексам и базируется на гусеничном транспортном средстве, что свидетельствует о его конструктивной сложности и целесообразности использования по прямому назначению - для ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций.

Наиболее близкими к заявляемой конструкции являются манипуляторы, принадлежащие к типу SCARA (Selective Compliance Articulated Robot Arm) - тип шарнирно-сочлененных роботов-манипуляторов с селективным соответствием.

Из уровня техники известен, например, многоосный промышленный робот, в частности, типа SCARA (Заявка № RU 2016149547 А, дата приоритета 16.12.2016, дата публикации 20.06.2018, авторы: БОРДЕНЬОНИ Стефано и др., IT).

Известен также многоосный промышленный робот в частности, типа «сборочной роботизированной руки с избирательной гибкостью» (SCARA, Selective Compliance Assembly Robot Arm), содержащий опорную конструкцию, первую руку, соединенную с опорной конструкцией с возможностью поворота вокруг первой оси вращения, вторую руку, соединенную с упомянутой первой рукой с возможностью поворота вокруг второй оси вращения, параллельной упомянутой первой оси, и рабочий орган, расположенный на валу, установленном на упомянутой второй руке и выполненном с возможностью приведения, посредством узла привода, в первое поступательное движение вдоль третьей оси и во второе вращательное движение вокруг упомянутой третьей оси, причем упомянутая третья ось параллельна упомянутым первой и второй осям (Заявка № RU 2017103979 А, дата приоритета 08.02.2017, дата публикации 08.08.2018, авторы: БОРДЕНЬОНИ Стефано и др., IT).

Недостатком приведенных аналогов, является то, что они представляют собой многофункциональные промышленные роботы-манипуляторы, применение которых подходит для транспортировки деталей и сборки небольших изделий, включая закручивание винтов.

В качестве прототипа принят робот, содержащий сварную раму и имеющий трехкоординатный кабельный, портальный, позиционирующий механизм с дополнительными четвертой и пятой поворотными осями, в котором тросы с электроприводом перемещают портальный позиционер в декартовой системе координат (US 2023390917 А1, опубл.07.12.2023, прототип).

Недостатком прототипа является его сложность.

Технической проблемой является необходимость расширения арсенала роботизированных манипуляторов и создание переносного манипулятора для плазменной резки, который может быть востребован на труднодоступных строительных площадках.

Для решения технической проблемы и достижения технического результата предложен мобильный трехосевой манипулятор для плазменной резки, содержащий опорную конструкцию в виде стойки, с которой шарнирно сопряжена роботизированная рука манипулятора, имеющая плечо и шарнирно сопряженное с ним предплечье с установленным на нем рабочим органом, и управляемые приводы перемещения. Новым является то, что стойка содержит основание и крышку манипулятора, между которыми установлены три вертикальные цилиндрические оси, соединяющие их и образующие стойку треугольной конфигурации с равными сторонами, в которой на упомянутых осях, являющихся направляющими, установлен подвижный блок манипулятора с возможностью перемещения по упомянутым направляющим. При этом в центре основания установлен шаговый электродвигатель, вал которого соединен с резьбовой штангой, пропущенной сквозь подвижный блок через закрепленную на нем гайку и вертикально установленной между основанием и крышкой с возможностью приведения в движение подвижного блока манипулятора вверх или вниз в зависимости от направления вращения резьбовой штанги, передаваемого от соединенного с ней шагового электродвигателя. К подвижному блоку манипулятора шарнирно прикреплено плечо манипулятора, при этом на одной из направляющих осей стойки установлено зубчатое колесо, закрепленное на плече манипулятора, а также соединенное посредством зубчатого ремня с валом шагового электродвигателя плеча, установленного на подвижном блоке манипулятора и обеспечивающего поворот плеча манипулятора вокруг оси стойки, являющейся осью вращения плеча манипулятора, на которой также установлены соединенные между собой два зубчатых колеса с возможностью свободного вращения вокруг оси вращения плеча манипулятора. При этом одно из зубчатых колес соединено посредством зубчатого ремня с валом шагового двигателя предплечья, установленного на подвижном блоке манипулятора и обеспечивающего перемещение предплечья относительно шарнирной оси в узле сопряжения плеча и предплечья, на которой установлено зубчатое колесо, закрепленное на предплечье и соединенное посредством другого зубчатого ремня со вторым зубчатым колесом, установленным на оси вращения плеча манипулятора. При этом манипулятор выполнен с возможностью соединения с блоком питания и блоком управления, а для управления упомянутыми шаговыми двигателями манипулятор выполнен с возможностью электрического соединения с соответствующими драйверами, связанными по линиям связи с блоком управления драйверами, который связан с блоком управления манипулятора, причем указанные блоки и драйверы электрически соединены с блоком питания.

Для пояснения полезной модели приведены чертежи, поясняющие пример выполнения мобильного трехосевого манипулятора для плазменной резки.

На фиг. 1 схематично показан мобильный трехосевой манипулятор для плазменной резки, общий вид в изометрической проекции; на фиг. 2 приведена электрическая схема управления приводами манипулятора.

Описание мобильного трехосевого манипулятора для плазменной резки и принцип его работы заключаются в следующем.

Мобильный трехосевой манипулятор для плазменной резки представляет собой опорную конструкцию в виде стойки, с которой шарнирно сопряжена роботизированная рука манипулятора (фиг. 1). Стойка содержит основание 1 и крышку 2 манипулятора, между которыми установлены три вертикальные цилиндрические оси 3, соединяющие основание и крышку в процессе сборки манипулятора и образующие стойку треугольной конфигурации с равными сторонами, в которой на осях 3, являющихся направляющими, установлен подвижный блок 4 манипулятора с возможностью перемещения по направляющим 3. Для этого в центре основания установлен шаговый электродвигатель 5, вал которого соединен с резьбовой штангой 6, пропущенной сквозь подвижный блок 4 через закрепленную на нем гайку 7. При этом резьбовая штанга 6 вертикально установлена между основанием 1 и крышкой 2 с возможностью приведения в движение подвижного блока 4 манипулятора вверх или вниз в зависимости от направления вращения резьбовой штанги 6, передаваемого от соединенного с ней шагового электродвигателя 5. К подвижному блоку 4 манипулятора шарнирно прикреплено плечо 8 манипулятора, являющееся частью роботизированной руки манипулятора. Для этого на одной из направляющих осей 3 стойки установлено зубчатое колесо 9, закрепленное на плече 8 манипулятора, а также соединенное посредством зубчатого ремня 10 с валом шагового электродвигателя плеча 11, установленного на подвижном блоке 4 манипулятора и обеспечивающего поворот плеча 8 манипулятора вокруг оси 3 стойки, являющейся осью вращения плеча манипулятора за счет того, что шаговый двигатель 11 крутит ремень и, тем самым, вращает плечо 8 манипулятора. На оси 3 стойки, являющейся осью вращения плеча манипулятора, также установлены не соединенные с плечом 8, но соединенные между собой два зубчатых колеса 12 и 13 с возможностью свободного вращения вокруг оси вращения плеча манипулятора. Причем одно зубчатое колесо 12 соединено посредством зубчатого ремня с валом шагового двигателя 14, установленного на подвижном блоке 4 манипулятора и обеспечивающего перемещение предплечья 15 относительно шарнирной оси 16 в узле сопряжения плеча 8 и предплечья 15. При этом на шарнирной оси 16 установлено зубчатое колесо 17, закрепленное на предплечье 15 и соединенное посредством другого зубчатого ремня со вторым зубчатым колесом 13, установленным на оси вращения 3 плеча манипулятора. При этом шаговый двигатель 14 крутит зубчатый ремень и, тем самым, вращает два зубчатых колеса 12 и 13 на оси 3 вращения плеча, которые посредством зубчатого ремня передают вращение на зубчатое колесо 17 шарнирной оси 16 и соответственно приводят в движение предплечье 15 манипулятора. К предплечью 15 прикреплен рабочий инструмент 18, например лазерный маркер, а плечо 8 и шарнирно сопряженное с ним предплечье 15 образуют роботизированную руку манипулятора, шарнирно сопряженную со стойкой.

Кроме того, согласно приведенной на фиг. 2 электрической схеме управления приводами, манипулятор содержит блок питания 19, блок управления 20, а для управления упомянутыми шаговыми двигателями 5, 11 и 14 манипулятор снабжен соответствующими электрически соединенными с ними драйверами 21, 22 и 23, установленными на стойке и связанными по линиям связи с блоком управления драйверами 24, который связан с блоком управления 20 манипулятора, например микрокомпьютером, причем указанные блоки и драйверы электрически соединены с блоком питания 19.

Для снижения веса манипулятора основание 1, крышка 2 и подвижный блок 4 могут быть выполнены с технологическими отверстиями, а для большей устойчивости в основании и в крышке стойки могут быть выполнены выступы с опорными элементами.

Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в расширении арсенала роботизированных мобильных манипуляторов для плазменной резки, востребованных на труднодоступных строительных площадках.

Claims (1)

1. Мобильный трехосевой манипулятор для плазменной резки, содержащий опорную конструкцию в виде стойки, с которой шарнирно сопряжена роботизированная рука манипулятора, имеющая плечо и шарнирно сопряженное с ним предплечье с установленным на нем рабочим органом, и управляемые приводы перемещения, отличающийся тем, что стойка содержит основание и крышку манипулятора, между которыми установлены три вертикальные цилиндрические оси, соединяющие их и образующие стойку треугольной конфигурации с равными сторонами, в которой на упомянутых осях, являющихся направляющими, установлен подвижный блок манипулятора с возможностью перемещения по упомянутым направляющим, при этом в центре основания установлен шаговый электродвигатель, вал которого соединен с резьбовой штангой, пропущенной сквозь подвижный блок через закрепленную на нем гайку и вертикально установленной между основанием и крышкой с возможностью приведения в движение подвижного блока манипулятора вверх или вниз в зависимости от направления вращения резьбовой штанги, передаваемого от соединенного с ней шагового электродвигателя, к подвижному блоку манипулятора шарнирно прикреплено плечо манипулятора, при этом на одной из направляющих осей стойки установлено зубчатое колесо, закрепленное на плече манипулятора, а также соединенное посредством зубчатого ремня с валом шагового электродвигателя плеча, установленного на подвижном блоке манипулятора и обеспечивающего поворот плеча манипулятора вокруг оси стойки, являющейся осью вращения плеча манипулятора, на которой также установлены соединенные между собой два зубчатых колеса с возможностью свободного вращения вокруг оси вращения плеча манипулятора, при этом одно из зубчатых колес соединено посредством зубчатого ремня с валом шагового двигателя предплечья, установленного на подвижном блоке манипулятора и обеспечивающего перемещение предплечья относительно шарнирной оси в узле сопряжения плеча и предплечья, на которой установлено зубчатое колесо, закрепленное на предплечье и соединенное посредством другого зубчатого ремня со вторым зубчатым колесом, установленным на оси вращения плеча манипулятора, при этом манипулятор выполнен с возможностью соединения с блоком питания и блоком управления, а для управления упомянутыми шаговыми двигателями манипулятор выполнен с возможностью электрического соединения с соответствующими драйверами, связанными по линиям связи с блоком управления драйверами, который связан с блоком управления манипулятора, причем указанные блоки и драйверы электрически соединены с блоком питания.