ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ МИКРОПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ Российский патент 2018 года по МПК B25J1/00 

Описание патента на изобретение RU2674357C1

Изобретение относится к механизмам, применяемым в технике для получения заданного движения выходного звена.

Известен дельта-робот [Clavel R. Device for the movement and positioning of an element in space, US Patent No. 4976582, Dec. 11, 1990], имеющий пространственную параллельную структуру и состоящий из трех рычагов, прикрепленных с помощью вращательных шарниров к стойке. В параллельных цепях механизма используются параллелограммы, позволяющие сохранять пространственную ориентацию выходного звена. Недостатком такого устройства является невозможность воспринимать выходным звеном большие нагрузки ввиду исполнения параллельных цепей в виде параллелограммов, а также ограниченное число степеней свободы выходного звена, равное четырем (линейные смещения вдоль каждой из трех осей координат и поворот вокруг оси, перпендикулярной основанию).

Наиболее близким к предлагаемому устройству является поворотный гексапод с круговой направляющей [Coulombe J., Bonev I.A. A New Rotary Hexapod for Micropositioning. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) Karlsruhe, Germany. 2013, pp. 877-880, Fig. 4], относящийся к механизмам параллельной структуры и включающий стойку, выполненную в виде двойной замкнутой круговой направляющей, выходное звено в виде платформы, шесть кинематических цепей, включающих каждая каретку и промежуточные звенья, обеспечивающих три выхода на платформу. Движение выходного звена контролируется шестью двигателями, которые приводят в движение каретки, выполняющие в механизме роль ведущих звеньев.

Данный механизм принимается за прототип предлагаемого устройства. Недостаток прототипа заключается в невозможности полного контроля движений платформы при использовании менее шести приводов, в частности, одного привода.

Техническая проблема заключается в создании такого механизма параллельной структуры, в котором движение выходного звена могло бы контролироваться единственным приводом.

Сущность заявляемого устройства заключается в том, что предлагается пространственный механизм для микропозиционирования, включающий в себя установленную на основании круговую направляющую, выходное звено, шесть кинематических цепей, соединяющих установленные на круговой направляющей шесть кареток с выходным звеном. Кинематические цепи выполнены в виде жестких стержней, которые соединены с одного конца посредством шарниров с подвижными каретками, а другие концы стержни попарно от смежных кареток сопряжены с выходным звеном с помощью двухсторонних шарниров. Кроме того на основании в центре круговой направляющей установлено вращающееся зубчатое цилиндрическое колесо, на оси которого собраны радиальные соединительные тяги от всех кареток. При этом между центральным зубчатым колесом и каждой кареткой в радиальном направлении смонтирована кинематическая цепь, включающая в себя находящееся в зацеплении с центральным зубчатым колесом ведомое зубчатое колесо, выполненное за одно целое с ним ведущий шкив гибкой ременной передачи. Ременная передача связана с выходным шкивом, на котором установлен кривошип, сопряженный с шатуном, расположенным подвижно на горизонтальной тяге. Кривошип имеет линейный размер больше, чем радиус ведомого шкива и на нем выполнены отверстия с возможностью установки вращательных пар на разном расстоянии от центра вращения ведомых шкивов.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в том, что движение выходного звена контролируется единственным приводом к центральному зубчатому колесу, расположенного внутри круговой направляющей нового одноподвижного механизма, подвижные звенья которого жестко соединены с каретками, установленными на единственной круговой направляющей и на которые устанавливаются шесть кинематических цепей, ориентирующих выходное звено в пространстве.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом,

Где на фиг. 1 показан пространственный механизм для микропозиционирования,

на фиг. 2 показана пространственная кинематическая цепь параллельной структуры,

на фиг. 3 показан одноподвижный плоский механизм,

на фиг. 4 показан ведомый диск с кривошипом.

Пространственный механизм для микропозиционирования, включает в себя установленную на основании 1 круговую направляющую 2, выходное звено 3, шесть кинематических цепей, соединяющих установленные на круговой направляющей 2 шесть кареток 4 и выходное звено 3. Кинематические цепи выполнены в виде жестких стержней 5, соединенные с одного конца посредством шарниров 6 с подвижными каретками 3, а другие концы - попарно от смежных кареток сопряжены с выходным звеном 3 с помощью двухсторонних шарниров 7. На основании 1 в центре круговой направляющей 2 установлено вращающееся зубчатое цилиндрическое колесо 8, на оси которого собраны радиальные соединительные тяги 9 от шести кареток, причем между центральным зубчатым колесом 8 и каждой кареткой 4 в радиальном направлении смонтирована кинематическая цепь, включающая в себя находящееся в зацеплении с центральным зубчатым колесом 8 ведомое зубчатое колесо 10, выполненное за одно целое с ним ведущий шкив 11 гибкой ременной передачи, на ведомом шкиве 12 которой установлен кривошип 13, сопряженный с шатуном 14, подвижным на радиальной тяге 9.

Пространственный механизм работает следующим образом.

Центральный зубчатое колесо 8 образует центральную вращательную кинематическую пару с зубчатыми цилиндрическими колесами 10 всех шести кинематических цепей. Ведущие шкивы 11, жестко установленные на колесах 10, соединены с ведомыми шкивами 12 посредством гибкой связи. Кривошипы 13, жестко установленные на ведомых шкивах 12, с одной стороны являются частью вращательных кинематических пар, а с другой - с соединительными тягами 9 - поступательные кинематические пары. При этом звенья 10 образуют с центральным колесом 8 вращательные кинематические пары. Каретки 3 входят со стойкой 1 и промежуточными звеньями 10 во вращательные кинематические пары. Оси вращательных пар направлены перпендикулярно плоскости движения кареток 4. Звенья, соединяющие каретки 4 с выходным звеном 3 также соединяются между собой вращательными кинематическими парами.

Механизм, изображенный на фиг. 1, образуется путем соединения пространственной кинематической цепи параллельной структуры, приведенной на фиг. 2, и плоского одноподвижного механизма, показанного на фиг. 3, посредством установки промежуточных звеньев на каретки через вращательные кинематические пары. Полученный таким образом пространственный механизм параллельной структуры приводится в движение поворотом центрального диска, который полностью контролирует движение выходного звена.

С учетом того, что на кривошипах 13 выполнены отверстия с возможностью установки вращательных пар на разном расстоянии от центра вращения ведомых шкивов 12 (фиг. 4), появляется возможность получать разные перемещения кареток 4 для каждой кинематической цепи механизма, тем самым изменяя траекторию движения выходного звена 3.

Принцип работы механизма заключается в следующем. При вращении центрального зубчатого колеса 8, движение передается на колеса 10, которые приводят в движение ведущие диски 11 за счет того, что они жестко соединены с колесами 10. Далее через гибкие связи движение передается ведомым дискам 12, а соответственно, и жестко соединенным с ними кривошипам 13, которые вращаясь, приводят в движение шатунам 14, которые смещаясь вдоль радиальных тяг 9, будут отклонять его, перемещая каретки 4 относительно направляющей 1. Движение от кареток 9 передается на промежуточные звенья 5, которые приводят в движение выходное звено 3, ориентируя его на заданные углы и расстояния относительно основания 1.

Применение предлагаемого устройства целесообразно для задания пространственной ориентации объектов и их смещения на малые расстояния, а также для выполнения цикличных операций, требующих движение по заданной траектории. Предлагаемый механизм может быть использован при создании реабилитационного медицинского оборудования.

Похожие патенты RU2674357C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРИЕНТАЦИИ ОБЪЕКТОВ 2017
  • Фомин Алексей Сергеевич
  • Глазунов Виктор Аркадьевич
  • Парамонов Максим Евгеньевич
RU2674370C1
ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ С КРУГОВЫМ РЫЧАЖНЫМ ОСНОВАНИЕМ 2017
  • Фомин Алексей Сергеевич
  • Глазунов Виктор Аркадьевич
  • Парамонов Максим Евгеньевич
RU2667236C1
ОРИЕНТИРУЮЩАЯ ПЛАТФОРМА С ШЕСТЬЮ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ 2019
  • Фомин Алексей Сергеевич
  • Петелин Даниил Викторович
  • Глазунов Виктор Аркадьевич
RU2714147C1
СКЛАДНОЙ МЕХАНИЗМ С ШЕСТЬЮ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ 2019
  • Фомин Алексей Сергеевич
  • Киселев Сергей Валерьевич
RU2720270C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ 2013
  • Гилета Владимир Павлович
  • Чусовитин Николай Анатольевич
  • Ванаг Юлия Валерьевна
RU2548087C1
Устройство для перемешивания 2022
  • Чусовитин Николай Анатольевич
  • Щукин Сергей Геннадьевич
RU2788075C1
ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ РЫЧАЖНЫЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ МЕХАНИЗМ 2002
  • Канлыбаев Оразалы
  • Канлыбаева Марфуга Оразалыевна
RU2207461C1
ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ ОТНОСИТЕЛЬНОГО МАНИПУЛИРОВАНИЯ С ДВУХ- И ЧЕТЫРЕХПОДВИЖНЫМ МОДУЛЯМИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ 2023
  • Фомин Алексей Сергеевич
  • Ларюшкин Павел Андреевич
  • Петелин Даниил Викторович
  • Мухин Кирилл Сергеевич
RU2804502C1
ШЕСТИПОДВИЖНОЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЕ УСТРОЙСТВО ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ОТНОСИТЕЛЬНОГО МАНИПУЛИРОВАНИЯ 2023
  • Фомин Алексей Сергеевич
  • Мухин Кирилл Сергеевич
RU2804666C1
Устройство для шаговой подачи полосового и ленточного материала в зону обработки 1991
  • Владимиров Владимир Ильич
SU1784375A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 674 357 C1

Реферат патента 2018 года ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ МИКРОПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

Изобретение относится к механизмам, применяемым в технике для получения заданного движения выходного звена. Пространственный механизм для микропозиционирования содержит установленную на основании круговую направляющую, выходное звено, шесть кинематических цепей, соединяющих установленные на круговой направляющей шесть кареток и выходное звено. Кинематические цепи выполнены в виде жестких стержней, соединенные с одного конца посредством шарнира с подвижными каретками, а другие концы - попарно от смежных кареток сопряжены с выходным звеном с помощью двухсторонних шарниров. На основании в центре круговой направляющей установлено вращающееся зубчатое цилиндрическое колесо, на оси которого собраны радиальные соединительные тяги с каретками. При этом между центральным зубчатым колесом и каждой кареткой в радиальном направлении смонтирована кинематическая цепь, включающая находящееся в зацеплении с центральным зубчатым колесом ведомое зубчатое колесо, выполненное за одно целое с ним ведущий шкив гибкой ременной передачи. На ведомом шкиве установлен кривошип, сопряженный с шатуном, расположенным подвижно на горизонтальной тяге. Изобретение обеспечивает возможность контролировать движение выходного звена единственным приводом. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения RU 2 674 357 C1

1. Пространственный механизм для микропозиционирования, включающий установленную на основании круговую направляющую, выходное звено, кинематические цепи, соединяющие установленные на круговой направляющей шесть кареток с выходным звеном, отличающийся тем, что кинематические цепи выполнены в виде жестких стержней, которые соединены с одного конца посредством шарниров с подвижными каретками, а с других концов - стержни попарно от смежных кареток сопряжены с выходным звеном с помощью двухсторонних шарниров, при этом на основании в центре круговой направляющей установлено вращающееся зубчатое цилиндрическое колесо, на оси которого собраны радиальные соединительные тяги от кареток, причем между центральным зубчатым колесом и каждой кареткой в радиальном направлении смонтирована кинематическая цепь, включающая находящееся в зацеплении с центральным зубчатым колесом ведомое зубчатое колесо, выполненное за одно целое с ним ведущий шкив гибкой ременной передачи, на ведомом шкиве которой установлен кривошип, сопряженный с шатуном, подвижным на радиальной тяге.

2. Пространственный механизм по п. 1, отличающийся тем, что кривошип имеет линейный размер больше, чем радиус ведомого шкива.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2674357C1

Coulombe J., Bonev I.A
A New Rotary Hexapod for Micropositioning
Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) Karlsruhe, Germany
Многоступенчатая активно-реактивная турбина 1924
  • Ф. Лезель
SU2013A1
Ветряный двигатель с принудительно поворачиваемыми посредством цепных передач лопастями 1924
  • Давыдов Р.И.
SU877A1
Очаг для массовой варки пищи, выпечки хлеба и кипячения воды 1921
  • Богач Б.И.
SU4A1
ОГРАНИЧИВАЮЩАЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МУФТА 0
SU179567A1
US 4976582 A1, 11.12.1990
ДЕФЕКТОСКОП ДЛЯ КОНТРОЛЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХПОКРЫТИЙ 0
SU160612A1

RU 2 674 357 C1

Авторы

Глазунов Виктор Аркадьевич

Фомин Алексей Сергеевич

Парамонов Максим Евгеньевич

Даты

2018-12-07Публикация

2018-05-23Подача