шарнирное соединение для манипулятора робота

Формула изобретения

1. Шарнирное соединение для манипулятора робота, содержащее поворотную цилиндрическую втулку, на которой жестко установлена соединительная муфта, причем во втулке и муфте выполнены каналы для подачи воздуха и жидкости, отличающееся тем, что на внутренней стороне муфты выполнена выемка, в которой установлена первая пара концентрических колец с зазором между собой и с муфтой, на одном конце втулки установлен элемент крепления для соединения с манипулятором, а к другому ее концу прикреплена крышка, вокруг которой с зазором между собой и с крышкой расположена вторая пара концентрических колец, установленная смежно первой паре концентрических колец, при этом каналы для подачи воздуха и жидкости выполнены также в крышке и во второй паре колец.

2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что каналы для подачи воздуха и жидкости, выполненные в муфте, имеют аксиальные отводные каналы, расположенные на разных расстояниях от продольной оси муфты, и сообщены с канавками, выполненными на внешней стороне втулки, при этом каждая канавка соединена с каналами для подачи воздуха и жидкости, расположенными радиально в крышке и во второй паре колец.

3. Соединение по п.2, отличающееся тем, что между канавками втулки расположены уплотнения в виде уплотнительных колец, размещенные в дополнительно выполненных выемках.

4. Соединение по пп. 1 3, отличающееся тем, что между кольцами первой пары, а также между ними и муфтой размещены эластичные уплотнительные кольца.

5. Соединение по пп.1 4, отличающееся тем, что один из отводных каналов выходит в выемку муфты.

6. Соединение по пп.1 5, отличающееся тем, что элемент крепления выполнен в виде кольца, имеющего сквозные отверстия для болтов.

7. Соединение по п.6, отличающееся тем, что элемент крепления имеет резьбовые радиальные отверстия для стопорных винтов, соединенные с отверстиями для болтов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к шарнирному соединению, которое предназначено для использования с манипулятором робота для выполнения электросварки клапанов и захватывающих устройств, испытывающих воздействию электрических токов, а также для обеспечения свободной передачи жидкой или газообразной среды. Это шарнирное соединение будет последним звеном манипулятора робота, на котором должен быть установлен зажим машины точечной сварки или какие-то другие приспособления.

Уже на протяжении нескольких десятков лет широко и успешно используют промышленные роботы для выполнения, например, сварочных работ, особенно точечной сварки с зажимными колодками, (см.европейский патент N 0424230 AI, патенты США N 4438309 и 4507534). Эти роботы особенно широко используют на производственных линиях или конвейерах по сборке автомобилей, главным образом, для сваривания различных частей кузова легковых автомашин и т.д. Применяемые в данном случае роботы должны иметь определенные габариты и степень жесткости, чтобы они могли осуществлять точечную сварку в строго обусловленных местах, и в то же время они должны быть достаточно гибкими, чтобы могли "добираться" до различных трудных точек обрабатываемого изделия. Точечная сварка сама по себе осуществляется с помощью токового импульса переменного или постоянного тока с высокой амперной нагрузкой, которая обычно находится в диапазоне от 5 000 до 30 000 ампер. Это означает, что необходимо использовать толстые кабели для соединения зажима машины точечной сварки с трансформатором, который обычно устанавливают в непосредственной близости от основания манипулятора робота. Использование таких толстых силовых кабелей, которые обычно подвешивают с внешней стороны манипулятора, робота, сильно затрудняет свободу движения самого манипулятора робота. Манипулятор робота должен свободно поворачиваться в различных направлениях и даже поворачиваться вокруг оси, что естественно означает, что используемый при этом кабель должен быть относительно длинным, чтобы он мог следовать за манипулятором робота в процессе всех этих движений. Помимо подачи тока через толстый силовой кабель, необходимо также обеспечить подачу охлаждающей воды и сжатого воздуха в процессе выполнения различных операций зажимом машины точечной сварки, что подразумевает обязательное использование какого-то комплекта труб и/или гибких шлангов.

Подобные проблемы возникают даже в случае подачи более слабых электротоков к некоторым другим устройствам, а не только к зажиму машины точечной сварки. Среди таких устройств в первую очередь можно упомянуть испытывающие на себе воздействие электротока клапана, захватывающие средства и т.д.

Практическое использование некоторых устройств и приспособлений, помимо упомянутых выше, срабатывание которых не нуждается в обязательной подаче к ним электротока, но которые должны обязательно охлаждаться и подвергаться воздействию жидкой или газообразной среды, также связано с упомянутыми выше проблемами, например, с проблемой расположения гибких шлангов и некоторыми другими, которые ограничивают способность свободного движения манипулятора робота.

Даже если упомянутые выше роботы хорошо сконструированы и успешно функционируют в течение многих лет, то все равно никуда не деться от серьезного ограничения, связанного с использованием толстых кабелей и шлангов, которые мешают манипулятору робота добраться до всех требуемых точек. Это снижает эффективность производственных линий и вынуждает конструкторов проектировать изделия, например, кузова легковых автомашин, которые будут свариваться с помощью промышленных роботов, с учетом возможностей этих роботов. Именно поэтому с самого начала практического использования промышленных роботов для выполнения, например, точечной сварки, конструкторов не покидала мысль создать робот с дополнительным зажимом машины точечной сварки или каким-то иным приспособлением, которое будет достаточно гибким, чтобы можно было добраться до всех требуемых точек сварки.

Главной целью настоящего изобретения является положительное решение. Это достигается тем, что шарнирное соединение, которое используется с манипулятором робота для выполнения электросварки, для испытывающих воздействие электрических токов клапанов и захватывающих средств и т.д. или для свободной передачи жидкой либо газообразной среды, содержит вращаемую цилиндрическую втулку, на одном конце которой установлен элемент крепления для крепления шарнирного соединения на манипуляторе робота или на другом подобном же устройстве, не вращаемую соединительную муфту вокруг втулки, пару концентрических контактных колец, изолированных в электрическом плане друг от друга и от соединительной муфты вокруг более узкой ее части, крышку, прикрепленную ко второму концу втулки и вокруг которой расположены два, на некотором расстоянии друг от друга и от самой крышки электрически изолированных концентрических кольца, причем они расположены смежно двум также концентрическим кольцам вокруг соединительной муфты, и каналы для подачи воздуха и/или жидкости, которые образованы в соединительной муфте, втулке и крышке.

По настоящему изобретению каналы через соединительную муфту заканчиваются на различных аксиальных уровнях на цилиндрической внутренней стороне муфты и сообщаются с расположенными по периферии канавками на цилиндрической внешней стороне втулки, причем эти канавки, в свою очередь, соединяются с аксиальными канавками во втулке, которые сообщаются с радиальными каналами в крышке и концентрическими кольцами вокруг крышки.

По настоящему изобретению между расположенными по окружности канавками на внешней стороне втулки расположены уплотнения в виде уплотняющих колец или других подобных средств.

По настоящему изобретению два концентрических кольца вокруг соединительной муфты расположены на расстоянии от соединительной муфты и друг от друга с помощью эластичных уплотняющих колец или других подобных средств.

По настоящему изобретению каналы для подачи сжатой среды расположены в соединительной муфте в пространстве между соединительной муфтой и расположенными здесь же концентрическими кольцами, чтобы прижимать эти кольца к соответствующим кольцам вокруг крышки.

По настоящему изобретению элемент крепления содержит кольцо, снабженное сквозными отверстиями для болтов.

По настоящему изобретению отверстия для болтов соединены со снабженными резьбой радиальными отверстиями для ввинчивания стопорных винтов напротив удаляемых крепежных болтов.

По настоящему изобретению отверстия для болтов имеют окружающую канавку в области, где стопорные винты упираются в стык, причем канавка имеет боковые стенки, угол наклона которых относительно оси болта составляет около 45^o.

На фиг. 1 показано шарнирное соединение по изобретению, установленное вместе с трансформатором; на фиг.2 шарнирное соединение вместе с трансформатором, соединенное в зажимом машины точечной сварки и находящиеся в состоянии готовности для установки на конце манипулятора робота; на фиг.3 - частичный вид сбоку в разрезе шарнирного соединения по изобретению; на фиг.4 - вид сверху шарнирного соединения по изобретению; на фиг.5 вид втулки в разрезе вместе с прикрепленным элементом крепления; на фиг.6 вид втулки сверху; на фиг. 7 разрез соединительной муфты; на фиг.8 вид сверху соединительной муфты; на фиг.9 вид в разрезе торцевой крышки; на фиг.10 - вид сверху торцевой крышки; на фиг.11 пара колец; на фиг.12 крепежные болты для крепления шарнирного соединения по изобретению к манипулятору робота.

На фиг.1 показано шарнирное соединение 1 по настоящему изобретению, которое соединено с трансформатором 2 через ножевой проводник 3.

На фиг. 2 показано устройство по фиг.1, но с уже прикрепленным зажимом машины точечной сварки 4. На этой фигуре также показан внешний конец 5 манипулятора робота, на котором установлено и закреплено шарнирное соединение 1. Манипулятор робота 5 и зажим машины точечной сварки 4 является известными устройствами. На чертежах не показана подача электротока к трансформатору 2, которая предусматривает использование высоковольтных проводников и известна специалистам в данной области.

На фиг. 3 показана, частично в разрезе, втулка 6, которая жестко соединена, например, при помощи сварки, с крепежным кольцом 7. В крепежном кольце 7 просверлено несколько предпочтительно 6, отверстий для болтов, в которые вставлены крепежные болты. Вблизи от отверстий для болтов 8 в крепежном кольце 7 просверлено несколько радиальных отверстий 9 для стопорных винтов. Вокруг втулки 6 установлена соединительная муфта 10, в которой образованы каналы 11 для подачи воздуха или жидкости в образованные во втулке 6 канавки. Вокруг соединительной муфты 10 на более узкой ее части расположены два концентрических кольца 12 и 13. С помощью уплотняющих колец 14 концентрические кольца 12 и 13 изолированы друг от друга и от соединительной муфты 10.

На фиг.3 показана крышка 15, которая с помощью винта 16 крепится к втулке 6. На радиальной стороне крышки установлены два концентрических кольца 17, 18. Эти кольца устанавливают с помощью трубок 19. В электрическом плане кольца 17 и 18 изолированы друг от друга и от крышки 15. Как это ясно видно на чертеже, канал 11 проходит от соединительной муфты через втулку 6 в крышку 15 и выходит из нее через трубки 19. Этот канал 11, число которых предпочтительно доходит до шести, предназначен частично для передачи движения зажима машины точечной сварки с помощью давления воздуха и частично для охлаждения всего устройства водой.

Как уже указывалось выше, концентрические кольца 12 и 13, а также 17 и 18 в электрическом плане изолированы друг от друга. Эти кольца, которые предназначены для передачи электротока, рекомендуется изготавливать из меди и их можно покрывать каким-то изолирующим материалом, однако не на той стороне колец, которая обращена в сторону соответствующего кольца идентичного размера. В случае необходимости подачи тока в зажим машины точечной сварки он подается сюда и выходит от этого блока через кольца 12 и 13, которые снабжены соединяющими выступами и которые обеспечивают подачу тока дальше к зажиму машины точечной сварки через кольца 17 и 18, которые также снабжены соединяющими выступами. Чтобы образовать электрическое соединение между кольцами 12, 13 и 17, 18, необходимо с помощью сжатого воздуха прижать кольца 12 и 13 к кольцам 17 и 18, причем сжатый воздух подается сюда через, например, два диаметрально противоположных друг другу канала 20. Кольца 12 и 13 являются по существу уплотнительными кольцами, находящиеся в упругом состоянии и возвращающееся в изолирующую позицию сразу же после прекращения подачи сжатого воздуха в канал 20. Таким образом, подача тока прерывается в тот момент, когда исчезает давление воздуха, которое обеспечивает срабатывание зажима машины точечной сварки. Фактическим именно давление воздуха в сварочном цилиндре зажима машины точечной сварки обеспечивает перемещение сварочных электродов относительно точки сваривания и начинает сварку, после чего прекращается передача тока до тех пор, пока не будет включена подача воздуха и пока кольца не прижмутся друг к другу. Именно это исключает вероятность появления повреждения от сгорания на контактных поверхностях токового устройства.

Те части шарнирного соединения по изобретению, которые соединяются с манипулятором робота, а именно с втулкой, снабженной крепежным кольцом 7, и с крышкой 15, а также с кольцами 17 и 18, будут способны поворачиваться вместе с манипулятором робота, тогда как соединительная муфта 10, снабженная контактными кольцами 12 и 13, будет оставаться неподвижной относительно поворотных перемещений.

На фиг.4 показан вид сверху шарнирного соединения, т.е. положение шарнирного соединения по отношению к крышке. На этом чертеже ясно видно, что здесь расположено шесть каналов 11 и шесть крепежных трубок 19. На этом же чертеже показаны внешний конец соединительной муфты 10 и колец 17 и 18, которые установлены на крышке 15. Здесь также показаны каналы 11, которые доходят до центральной точки втулки.

На фиг.5 показан разрез втулки 6. Как это ясно видно на этом чертеже, на цилиндрической внешней стороне втулки образованы канавки 21. Эти канавки соединены с отдельным каналом 11 в соединительной муфте 10 и они заканчиваются в отдельном аксиальном канале, который является продолжением канала 11 в соединительной муфте 10. Как ясно видно на чертеже, здесь расположено шесть канавок, каждая из которых соответствует отдельному каналу 11. Между канавками 21 расположены меньшие по размеру канавки 22. Эти меньшие по размеру канавки предназначены для размещения в них уплотнительных колец или других уплотнений, которые поворотным образом упираются непосредственно в цилиндрическую внутреннюю сторону соединительной муфты 10 и тем самым разделяют друг от друга канавку 21 и канал 11.

На фиг.6 показан вид сверху втулки 6. Каналы 11, число которых в данном случае равно шести, поднимаются вертикально вверх и заканчиваются вблизи центра втулки. В центре втулки образовано отверстие для болта, который будет ввинчиваться в гайку 16, с помощью чего крышка будет удерживаться. Еще два отверстия 23 во втулке предназначены для направляющих штифтов.

На фиг. 7 показан разрез через соединительную муфту 10. Образованные в этой муфте каналы 11 заканчиваются на цилиндрической внутренней поверхности на различных ее уровнях. Из этого чертежа видно, что каналы 11 имеют отверстие 24, открытое в сторону одной торцевой стороны и закрытое заглушкой. Это отверстие выполняет определенные технологические цели и образовано с учетом того факта, что аксиальная часть канала 11 просверлена с одной стороны. В соответствующих местах образованы канавки 25 для уплотнительных колец, которые гарантируют удерживание на своих местах контактных колец 12 и 13.

На фиг.8 показана сверху соединительная муфта 10 вместе с каналами 11 и двумя диаметрально противоположными отверстиями 20 для прижимания колец 12 и 13 к кольца 17 и 18.

На фиг. 9 показан разрез крышки 15. На этом же чертеже хорошо видны два канала 11 и центральное отверстие 26 для винта 16, с помощью которого крышка 15 соединяется со втулкой 6. Отверстия 27, которые доходят до каналов 11, обычно закрыты заглушкой. В случае необходимости эти отверстия можно использовать для соответствующих целей.

На фиг.10 показан вид на крышку 15 сверху вместе с каналами 11 и отверстием 26.

На фиг.11 показан вид сверху на концентрические кольца 12 и 13, а также 17 и 18. Эти кольца расположены парами и имеют одинаковый диаметр, однако кольца 17 и 18 будут несколько шире по сравнению с кольцами 12 и 13. В остальном все кольца одинаковы, за исключением колец 11 и 13, на которых образованы канавки для уплотнительных колец 14 (см. фиг.3). Изолированные в электрическом плане друг от друга кольца снабжены соединительными выступами 28, к которым можно подсоединять электрические провода.

На фиг.12 показан крепежный болт, с помощью которого шарнирное соединение крепится на конце манипулятора робота. Этот болт состоит из снабженной резьбой части 29, которая ввинчивается в манипулятор робота, и из одной верхней цилиндрической части 30, которая вставляется в отверстие 8 крепежного кольца 7. В срединной части болта образована выемка 31 для приема стопорных винтов, которые вставляют сюда с боковой стороны через отверстия 9, в крепежном кольце 7. Боковые стороны этой выемки 31 образуют угол в 45^o с осью болта.

Если шарнирное соединение будет устанавливаться на манипуляторе робота, тогда прежде всего необходимо будет установить и закрепить в манипуляторе робота крепежные болты, используя для этого снабженную резьбой часть 29, а после затягивания стопорных винтов относительно выемки 31 шарнирное соединение устанавливается на цилиндрической части 30 болта. Затем выемка 31 размещается таким образом, чтобы после полного ввинчивания болта и закрепления шарнирного соединения стопорные винты в момент их затягивания прижимались к той стороне выемки, которая обращена от снабженной резьбой части 29, а это значит, что крепежное кольцо 7 будет прижиматься к торцевой поверхности манипулятора робота.

На чертежах число показанных здесь каналов 11 равно шести. Два из них предназначены для подачи охлаждающей воды, а два других канала предназначены для подачи находящегося под давлением воздуха, который будет частично сжимать кольца вместе (в момент осуществления сварки) и частично подавать сжатый воздух в зажим машины точечной сварки, необходимый для нормального функционирования этой машины. Пятый канал предназначен для подачи сжатого воздуха в зажим машины точечной сварки для принудительного разжатия этого зажима. Шестой канал остается в резерве. Какой канал использовать в качестве резервного решается в зависимости от конкретной ситуации.

Шарнирное соединение по изобретению было описано выше применительно к блоку выполнения различных сварочных работ, однако совершенно очевидно, что его можно с равным успехом использовать и для других целей, например, вместе с регулирующими клапанами, захватывающими приспособлениями и т.д. Единственным различием использования шарнирного соединения по изобретению с другими устройствами, а не с зажимом машины точечной сварки, будет подача в это шарнирное соединение более слабого тока. Существует также возможность полного прекращения подачи тока в соединение и использования этого соединения для подачи только воздуха или жидкости.

Настоящее изобретение не ограничивается описанным выше вариантом. Допускаются многочисленные модификации и изменения в объеме заявленной формулы изобретения. Например, вместо крепежного кольца можно использовать пластину или же крепежный элемент может просто состоять из основания втулки.