ПЛАТФОРМЕННЫЙ СТЫКОВОЧНЫЙ МАНИПУЛЯТОР Российский патент 2021 года по МПК B25J1/02 

Изобретение относится к платформенным манипуляторам параллельной структуры с увеличенным числом степеней свободы и может найти применение в автоматических линиях для сборки узлов и монтаж агрегатов в стыковочных устройствах космических аппаратов, а также в технологиях, где требуется самоустановка рабочего органа.

Известен платформенный манипулятор с тремя степенями свободы движения рабочего органа, содержащий опорное основание, шарнирно соединенное через три многозвенных параллелограммных механизма с подвижной платформой рабочего органа - аналог (Gavel, В. 1990. United States Patent No. 4,975, 582).

Недостатками известного платформенного манипулятора являются:

1. Сложная конструкция манипулятора содержит большое количество кинематических пар для подвижного соединения множества звеньев.

2. Ограниченная рабочая зона из-за всего трех степеней свободы рабочего органа на выходе манипулятора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является платформенный стыковочный манипулятор в виде платформы Стюарта, применяемый в качестве стыковочного устройства космических аппаратов, содержащий опорное основание и подвижную платформу, шарнирно соединенные между собой посредством установленных между ними шести стержневых подвижных опор и 12 сложных сферических шарниров, образующих замкнутую кинематическую цепь с 6 приводными двигателями - прототип (книга Вульфсон И.И. и др. «Механика машин», М: Высшая школа, 1996. С. 28, рис. 1. 20 со схемой «Платформа Стюарта»).

Недостатками указанного платформенного стыковочного манипулятора являются:

1. Сложная конструкция из-за большого количества приводных двигателей, подвижных звеньев и 12 сложных сферических шарниров с высокой трудоемкостью их изготовления и сборки (из-за необходимости пересечения в одной точке всех осей внутренних и внешних сферических поверхностей).

2. Сложная система управления, требующая одновременной зависимой кинематики всех шести приводных двигателей для реализации перемещения рабочего органа в каждом заданном направлении движения.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в упрощении конструкции, снижении трудоемкости изготовления и сборки, а также упрощении системы управления за счет раздельной кинематики приводных двигателей при реализации перемещения рабочего органа в заданном направлении движения.

Получение технического результата достигается за счет того, что в предлагаемом платформенном стыковочном VIP-манипуляторе, содержащем опорное основание, подвижную платформу и установленные между ними стержневые подвижные опоры в составе замкнутой многоконтурной кинематической цепи, опорное основание и подвижная платформа выполнены в виде двух четырехугольников, вершины которых попарно соединены четырьмя приводными стержневыми подвижными опорами посредством крестовин с перпендикулярно расположенными между собой вращательными кинематическими парами, а манипулятор снабжен дополнительным механизмом самоустанавливающейся трехшарнирной платформы, которая кинематически связана с подвижной платформой через три промежуточные стержневые подвижные опоры и шарнирные соединения.

Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5.

На фиг. 1 изображен общий вид платформенного стыковочного VIP-манипулятора, содержащего опорное основание 1 и подвижную платформу 2, выполненных в виде двух четырехзвенников ABCD и EGNM, вершины которых попарно соединены между собой в замкнутую цепь четырьмя приводными стержневыми подвижными опорами 3, 4, 5 и 6 посредством крестовин 7 с перпендикулярно расположенными между собой вращательными кинематическими парами 8 и 9, а манипулятор снабжен дополнительным механизмом самоустанавливающейся трехшарнирной платформой 10, которая кинематически связана с подвижной платформой 2 через три промежуточные стержневые подвижные опоры 11, 12, 13 и шарнирные соединения, например, в виде вращательных кинематических пар с параллельными между собой осями углового поворота. Приводные стержневыми подвижные опоры 3, 4, 5 и 6 снабжены линейными двигателями, выполненными, например, в виде подвижных приводных гидроцилиндров 14, 15, 16 и 17.

На фиг. 2 представлен вариант симметричной сборки звеньев механизма самоустанавливающейся платформы 10 с параллельными осями вращательных кинематических пар.

На фиг. 3 представлен вариант симметричной сборки платформенного стыковочного манипулятора с установкой промежуточных стержневых опор 11, 12 и 13 самоустанавливающейся платформы 10 параллельно друг другу в горизонтальной плоскости при их сборке с подвижной платформой 2.

На фиг. 4 представлен вариант симметричной сборки звеньев механизма самоустанавливающихся платформы 10 с расположением параллельных осей поворота всех шарниров в горизонтальной плоскости.

На фиг. 5 представлен вариант симметричной сборки звеньев механизма самоустанавливающей платформы 10 с применением двухподвижных кинематических соединенный, состоящих из шарниров с взаимно-перпендикулярными осями O₁O₂ и O₃O₄ их углового поворота.

На фиг. 6 представлен вариант симметричной сборки звеньев механизма самоустанавливающейся платформы 10 с выполнением шарнирного соединения между платформами 10 и 2 в виде попарно расположенных на каждой из трех промежуточных стержневых подвижных опор 11, 12, 13 в сочетании сферического шарнира 0₅, установленного на одном конце каждой опоры, и вращательной кинематической пары 0₆, установленной на другом конце каждой опоры.

Работа представленного платформенного стыковочного VIP-манипулятора заключается в следующем.

При раздельной подаче рабочей жидкости в каждый из приводных подвижных гидроцилиндров происходит управляемое изменение длины приводных подвижных стержневых опор 3 или 4 или 5 или 6, что обеспечивает раздельную кинематику движения подвижной платформы по каждой из четырех степеней свободы манипулятора, которая дополняется пятой степенью свободы рабочего органа (например, в виде стыковочного узла) за счет плавающего перемещения самоустанавливающей платформы 10. В результаты этого необходимые пять степеней свободы перемещения рабочего органа манипулятора достигаются простым раздельным управлением только четырьмя линейными двигателями 14, 15, 16 и 17.

Достигаемый в предлагаемом платформенном стыковочном VIP-манипуляторе положительный эффект заключается в следующем:

1. Упрощается конструкция и упрощается система управления манипулятором с пятью степенями свободы за счет раздельной кинематики только четырех приводных двигателей.

2. Повышается точность и надежность стыковки собираемых в единый узел объектов за счет дополнительной плавающей степени свободы механизма самоустанавливающейся платформы, определяемой конфигурацией стыкуемых объектов.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к робототехнике, и может быть использовано в автоматических линиях для сборки деталей узлов и монтажа агрегатов. Платформенный стыковочный манипулятор содержит опорное основание, подвижную платформу и самоустанавливающуюся трехшарнирную платформу. Опорное основание и подвижная платформа выполнены в форме четырехугольников, вершины которых попарно соединены четырьмя приводными стержневыми подвижными опорами посредством крестовин с перпендикулярно расположенными вращательными кинематическими парами. Самоустанавливающаяся трехшарнирная платформа кинематически связана с подвижной платформой посредством трех промежуточных стержневых подвижных опор и шарнирных соединений. В результате обеспечивается упрощение конструкции и управления манипулятором, а также повышение его точности и надежности. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Платформенный стыковочный манипулятор, содержащий опорное основание и подвижную платформу, шарнирно соединенные между собой посредством установленных между ними стержневых подвижных опор, образующих с опорным основанием и подвижной платформой замкнутую многоконтурную кинематическую цепь, отличающийся тем, что он снабжен самоустанавливающейся трехшарнирной платформой, опорное основание и подвижная платформа выполнены в форме четырехугольников, вершины которых попарно соединены четырьмя приводными стержневыми подвижными опорами посредством крестовин с перпендикулярно расположенными вращательными кинематическими парами, а самоустанавливающаяся трехшарнирная платформа кинематически связана с подвижной платформой посредством трех промежуточных стержневых подвижных опор и шарнирных соединений.

2. Манипулятор по п.1, отличающийся тем, что шарнирные соединения выполнены в виде вращательных кинематических пар с параллельными осями углового поворота.

3. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что промежуточные стержневые подвижные опоры самоустанавливающейся платформы выполнены одинаковой длины и установлены параллельно друг другу в одном направлении с образованием с самоустанавливающейся платформой сдвоенного шарнирного параллелограмма.

4. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что промежуточные стержневые подвижные опоры самоустанавливающейся платформы установлены параллельно друг другу в горизонтальной плоскости в сборке с подвижной платформой манипулятора.

5. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что шарнирные соединения выполнены в виде двухподвижных кинематических соединений, состоящих из шарниров с взаимно-перпендикулярными осями их углового поворота.

6. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что шарнирные соединения выполнены в виде сферического шарнира, расположенного на одном конце каждой из промежуточных стержневых подвижных опор, и вращательной кинематической пары, расположенной на другом конце каждой из промежуточных стержневых подвижных опор.

7. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что промежуточные стержневые подвижные опоры выполнены в виде изогнутых гибких пластин, шарнирно соединенных по концам с самоустанавливающейся платформой с одной стороны и с подвижной платформой с другой стороны.

8. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что приводные стержневые подвижные опоры снабжены линейными двигателями, например, в виде подвижных приводных гидроцилиндров.