RU2706904C1

RU2706904C1 - Manipulator grip

Info

Publication number: RU2706904C1
Application number: RU2018125574A
Authority: RU
Inventors: Александр Андреевич Никитин
Original assignee: Александр Андреевич Никитин
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2019-11-21

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, in particular to structures of working members of industrial robots and manipulators operating in sealed volume, and can be used in all industries of the national economy, including in the technological process of manufacturing electronic devices for processing radioactive, toxic and explosive substances, carried out in high vacuum, as well as for a number of remote works carried out in open space and in medicine. Grip of manipulator operating in sealed volume includes housing connected with hingedly installed jaws by means of hinges. Hinges comprise resilient elements made in the form of springs installed perpendicular to each other, the ends of which are rigidly fixed in series in places of hinged junction of jaws with housing. Springs are made from nitinol.

EFFECT: result is improved quality of manufactured products due to higher reliability of grip structure and stability of quality characteristics of working medium.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к конструкциям рабочих органов промышленных роботов и манипуляторов, работающих в герметизированном объеме, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, в том числе в технологическом процессе изготовления электронных приборов для обработки радиоактивных, токсичных и взрывчатых веществ, осуществляемой в высоком вакууме, а также для проведения ряда дистанционных работ, проводимых в открытом космосе и в медицине.The invention relates to mechanical engineering, in particular, to the designs of the working bodies of industrial robots and manipulators working in a sealed volume, and can be used in all sectors of the economy, including in the manufacturing process for the manufacture of electronic devices for the treatment of radioactive, toxic and explosive substances, carried out in high vacuum, as well as for a number of remote work carried out in outer space and in medicine.

Известные конструкции захватов (см, А.Т. Александрова «Новые способы передачи и формирования движения в вакууме», М. Высшая школа, 1979 г., с. 25-45), принцип действия которых основан на использовании для перемещения ведомого элемента сил статического трения или упругого деформирования одного или нескольких последовательно соединенных и определенным образом ориентированных друг относительно друга элементов, представляющих собой гибкие трубки «Бурдона». В конструкциях этих захватов полностью исключены люфты, зазоры и кинематические пары трения движения. Они не требуют смазки и хорошо работают в условиях сухого трения в высоком вакууме, при этом сохраняют стерильность вакуумированного объема и стабильность параметров качественных характеристик рабочей среды, определяющей себестоимость, объемы и качество выпускаемой продукции.Famous gripper designs (see, A.T. Aleksandrov, “New Methods of Transfer and Formation of Motion in a Vacuum,” M. Higher School, 1979, pp. 25-45), the principle of which is based on the use of static forces to move the driven element friction or elastic deformation of one or more elements connected in series and in a certain way oriented relative to each other, which are flexible Bourdon tubes. In the designs of these grips, backlash, gaps and kinematic pairs of friction of movement are completely excluded. They do not require lubrication and work well in dry friction in high vacuum, while maintaining the sterility of the evacuated volume and the stability of the parameters of the qualitative characteristics of the working environment, which determines the cost, volumes and quality of products.

Недостатком известных захватов является то, что они требуют применения для их обслуживания сложного оборудования: гидравлических и пневматических систем, контрольно-измерительной аппаратуры, что сказывается на массогабаритных показателях всего манипулятора в целом и на себестоимости выпускаемой продукции. Кроме того, они громоздки и обладают небольшой зоной обслуживания захватом.A disadvantage of the known grips is that they require the use of complex equipment for their maintenance: hydraulic and pneumatic systems, instrumentation, which affects the overall dimensions of the entire manipulator as a whole and the cost of production. In addition, they are bulky and have a small grip service area.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению (прототипом) является захват манипулятора (а.с. СССР №963849, М. кл. 4 В25j 15/00), содержащий корпус и шарнирно установленные на нем губки. Губки связаны с корпусом посредством разнообразных кинематических пар и соединений, имеющих зазоры, люфты и кинематические пары трения движения.The closest in technical essence to the alleged invention (prototype) is the capture of the manipulator (AS USSR No. 963849, M. class 4 B25j 15/00), containing the housing and sponges pivotally mounted on it. The sponges are connected to the body through a variety of kinematic pairs and joints having gaps, backlashes and kinematic pairs of friction of motion.

Недостатком такого захвата является низкая надежность конструкции захвата и невысокая стабильность качественных характеристик рабочей среды, в которой он работает, что приводит к низкому качеству выпускаемой продукции.The disadvantage of this capture is the low reliability of the capture design and the low stability of the qualitative characteristics of the working environment in which it operates, which leads to low quality products.

Технология изготовления электронных приборов во многих случаях основана на сложных комплексных процессах, выполняемых в высоком вакууме в едином технологическом цикле на автоматических и поточных линиях, а также многопозиционных установках камерного типа. Конструкцией вакуумного автоматического оборудования предусмотрена межоперационная транспортировка изделий и полуфабрикатов в герметичных условиях. Осуществление автоматического цикла работы такого оборудования [ох ни чес к и сложная задача. В тех случаях, когда технологический процесс обработки изделий построен не только на выполнении определенного комплекса физико-химических процессов, но и требует некоторых механических или силовых воздействий на обрабатываемые изделия, а также их относительного перемещения внутри герметизированных технологических объемов, оборудование должно быть оснащено исполнительными механизмами и их рабочими органами, работающими в герметизированном объеме. Однако, при работе введенных в вакуум исполнительных механизмов вместе с их рабочими органами из-за создания дополнительного газового потока и выделения продуктов износа самими же исполнительными механизмами, может быть нарушен состав остаточных газов технологической вакуумной среды в рабочем объеме оборудования, что неблагоприятно воздействует на протекание основного процесса обработки. Нарушается стерильность вакуумной камеры, а вместе с тем и качество параметров стабилизации характеристик рабочей среды технологического процесса.The manufacturing technology of electronic devices in many cases is based on complex complex processes carried out in high vacuum in a single technological cycle on automatic and production lines, as well as multi-position chamber-type installations. The design of the vacuum automatic equipment provides for interoperational transportation of products and semi-finished products in sealed conditions. The implementation of the automatic cycle of such equipment [oh no problem and a difficult task. In those cases when the technological process of processing products is built not only on the implementation of a specific set of physico-chemical processes, but also requires some mechanical or force impacts on the processed products, as well as their relative movement inside the sealed technological volumes, the equipment should be equipped with actuators and their working bodies working in a sealed volume. However, during operation of actuators introduced into vacuum together with their working bodies due to the creation of an additional gas stream and the release of wear products by the actuators themselves, the composition of the residual gases of the process vacuum medium in the working volume of the equipment may be affected, which adversely affects the flow of the main processing process. The sterility of the vacuum chamber is violated, and at the same time, the quality of the parameters of stabilization of the characteristics of the working environment of the technological process.

Кроме того, преобразование движения в рабочем объеме связано с введением в схемы исполнительных механизмов вместе с рабочими органами и их кинематических пар и соединений, работающих в условиях сухого трения. Работа таких кинематических пар в вакууме характеризуется низкой надежностью, снижением точности, потерей числа кинематических подвижностей, появлением добавочных напряжений и деформаций, которые являются следствием сложных процессов разрушения, возникающих в зонах контакта поверхностей трения. Известно также, что высокий вакуум оказывает влияние на материалы. Так, металлы, помещенные в вакуум, испаряются; в вакууме повышается адгезия (сцепление), увеличиваются коэффициенты трения контактирующих поверхностей, ухудшаются условия теплопередачи, изменяются механические (пластичность, усталостная прочность и др.), а также электрические свойства материалов. Такие механизмы захватов манипуляторов, работающих в вакууме, ухудшают качественные характеристики рабочей среды, определяющей объемы, себестоимость и качество выпускаемой продукции. Они не стерильны и выделяют продукты износа из трущихся поверхностей, которые нуждаются в смазке, что в вышеперечисленных технологических процессах категорически запрещено. Например, создается дополнительный газовый поток, в котором могут оказаться продукты износа, выделяемые в виде микрочастиц, присутствие которых в составе остаточных газов вакуумированного объема нежелательно, а иногда недопустимо. Поэтому механизмы рабочих органов манипуляторов, предназначенных для работы в вакууме, должны быть выполнены по схемам, отличающимся от принятых в общем машиностроении.In addition, the conversion of movement in the working volume is associated with the introduction of actuators into the circuit together with the working bodies and their kinematic pairs and joints working in dry friction. The operation of such kinematic pairs in a vacuum is characterized by low reliability, reduced accuracy, loss of the number of kinematic mobilities, the appearance of additional stresses and strains, which are the result of complex fracture processes that occur in the contact zones of friction surfaces. It is also known that high vacuum affects materials. So, metals placed in a vacuum evaporate; In a vacuum, adhesion (adhesion) increases, friction coefficients of contacting surfaces increase, heat transfer conditions deteriorate, mechanical (plasticity, fatigue strength, etc.) and electrical properties of materials change. Such mechanisms of grippers of manipulators operating in a vacuum impair the quality characteristics of the working environment, which determines the volume, cost and quality of products. They are not sterile and emit wear products from rubbing surfaces that need lubrication, which is strictly prohibited in the above processes. For example, an additional gas stream is created in which there may be wear products emitted in the form of microparticles, the presence of which in the composition of the residual gases of the evacuated volume is undesirable, and sometimes unacceptable. Therefore, the mechanisms of the working bodies of manipulators designed to work in a vacuum must be performed according to schemes that differ from those adopted in general engineering.

Цель предполагаемого изобретения - повышение качества выпускаемой продукции за счет повышения надежности конструкции захвата и стабильности качественных характеристик рабочей среды.The purpose of the proposed invention is to improve the quality of products by improving the reliability of the capture design and the stability of the qualitative characteristics of the working environment.

Поставленная цель достигается тем, что в захвате манипулятора, содержащем корпус с шарнирно установленными на нем губками, упругие элементы шарниров выполнены в виде пружин, установленных перпендикулярно друг другу, концы которых жестко закреплены последовательно в местах шарнирного соединения губок с корпусом.This goal is achieved by the fact that in the grip of the manipulator containing the housing with pivotally mounted jaws, the elastic elements of the hinges are made in the form of springs mounted perpendicular to each other, the ends of which are rigidly fixed in series at the joints of the jaws with the body.

Выполнение упругих элементов шарниров в виде пружин, установленных перпендикулярно друг другу и закрепленных жестко в местах шарнирного соединения губок с корпусом, позволит повысить надежность конструкции захвата, так как подобный шарнир не имеет люфтов, зазоров и кинематических пар трения движения, как в прототипе, и позволяет удерживать и перемещать предметы за счет сил статического трения и упругого деформирования (нет сухого трения). Предлагаемый захват, работающий в герметичном вакуумном объеме, не ухудшает качественных характеристик рабочей среды, поскольку нет трущихся поверхностей, нуждающихся в смазке, нет и продуктов износа, образующихся при сухом трении и загрязняющих рабочую среду - вакуум, то есть позволяет стабилизировать качественные характеристики рабочей среды, улучшая качество выпускаемой продукции.The implementation of the elastic elements of the hinges in the form of springs mounted perpendicular to each other and fixed rigidly at the joints of the jaws with the housing will improve the reliability of the grip design, since such a hinge does not have backlash, gaps and kinematic pairs of friction of movement, as in the prototype, and allows to hold and move objects due to the forces of static friction and elastic deformation (no dry friction). The proposed grip, working in a sealed vacuum volume, does not impair the quality characteristics of the working environment, since there are no rubbing surfaces that need lubrication, there are no wear products formed during dry friction and polluting the working environment - vacuum, that is, it allows to stabilize the quality characteristics of the working environment, improving the quality of products.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенные отличия».Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field did not allow us to identify in them the features that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 изображен общий вид захвата манипулятора. На фиг. 2 изображен вариант выполнения захвата. На фиг. 3 и 4 (фотографии) изображено натуральное исполнение опытных образцов захватов и общий вид образцов безлюфтовых шарниров соответственно.In FIG. 1 shows a General view of the capture of the manipulator. In FIG. 2 shows an embodiment of the capture. In FIG. Figures 3 and 4 (photographs) show the natural version of the prototype grips and the general view of the models of backlash-free joints, respectively.

Захват манипулятора содержит корпус 1 с шарнирно установленными на нем губками 2, безлюфтовые шарниры 3, упругие элементы 4 которых выполнены в виде пружин (плоских или круглых), установленных перпендикулярно друг другу, концы 5 которых жестко закреплены последовательно в местах 6 и 7 шарнирного соединения губок 2 захвата с его корпусом 1.The grip of the manipulator comprises a housing 1 with jaws pivotally mounted on it 2, backlash-free hinges 3, the elastic elements 4 of which are made in the form of springs (flat or round) mounted perpendicular to each other, the ends 5 of which are rigidly fixed sequentially in places 6 and 7 of the jaw joint 2 captures with its body 1.

Захват манипулятора работает следующим образом.The capture of the manipulator works as follows.

При совершении схвата предмета осуществляется прямолинейное перемещение захвата манипулятора вдоль горизонтальной оси. При этом его шарнирно установленные губки 2, связанные с корпусом 1 посредством безлюфтовых шарниров 3, производят захват предмета и его удержание за счет сил статического трения и упругого деформирования пружин гибких элементов 4 упругих безлюфтовых шарниров 3. Жесткое закрепление концов 5 упругих элементов 4 (пружин) в местах 6 и 7 шарнирного соединения губок 2 с корпусом 1 захвата позволяет ему концентрировать силы статического взаимного расположения.When an object is gripped, the manipulator grips are linearly moved along the horizontal axis. At the same time, its pivotally mounted jaws 2, connected to the housing 1 by means of backlash-free hinges 3, capture the object and hold it due to the forces of static friction and elastic deformation of the springs of the flexible elements 4 of the elastic backlash-free joints 3. Rigid fastening of the ends 5 of the elastic elements 4 (springs) in places 6 and 7 of the articulation of the jaws 2 with the housing 1 capture allows him to concentrate the forces of static relative positioning.

В качестве упругих элементов 4 используются пружины, выполненные из нитинола, что позволяет работать захвату от температурных, искусственных перепадов памяти, поскольку нитинол обладает температурной памятью.As the elastic elements 4 are used springs made of nitinol, which allows the capture from temperature, artificial changes in memory, since nitinol has a temperature memory.

Технико-экономическое обоснованиеFeasibility Study

Технические преимущества заявляемого объекта по сравнению с прототипом заключаются в повышении надежности конструкции захвата и стабильности качественных характеристик рабочей среды, в которой работает захват, что улучшает качество выпускаемой продукции.The technical advantages of the claimed object compared to the prototype are to increase the reliability of the capture design and the stability of the qualitative characteristics of the working environment in which the capture works, which improves the quality of the products.

Claims

The capture of the manipulator, operating in a sealed volume, comprising a housing connected to the pivotally mounted jaws through hinges, characterized in that the hinges contain elastic elements made in the form of springs mounted perpendicular to each other, the ends of which are rigidly fixed sequentially at the joints of the jaws with a housing, while the springs are made of nitinol.