ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ПЛАТФОРМЕННЫЙ СКЛАДЫВАЮЩИЙСЯ МАНИПУЛЯТОР Российский патент 2021 года по МПК B25J9/00 

Описание патента на изобретение RU2759552C1

Изобретение относится к машиностроению, в частности к пространственным манипуляционным механизмам с установленным на платформу рабочим органом и может найти применение в обрабатывающих центрах, сборочных конвейерах и автоматических линиях.

Известен пространственный платформенный механизм, содержащий опорное основание и привод платформы с рабочим органом, содержащий 12 сложных сферических шарниров и 6 подвижных стержневых опор, одновременно управляемых шестью приводными двигателями (книга Вульфсон И.И. и др. «Механика машин», Москва: Высшая школа, 1996, с. 28, рис. 1.20 со схемой платформы Стюарта) - аналог.

Недостатками известного пространственного платформенного механизма являются сложность конструкции, большие пространственные габариты, трудоемкость изготовления и сборки, а также сложная система управления связанной кинематикой платформы.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению, является пространственный платформенный манипулятор, содержащий опорной основание, подвижную платформу с рабочим органом и устройство ее привода, которые кинематически связаны между собой посредством 6 подвижных стержневых опор, содержащих 12 сложных сферических шарниров, 25 многошарнирных звеньев и 6 взаимосвязанных двигателей (книга Смелягин А.И. «Структура машин, механизмов и конструкций» / Учебное пособие. - Москва, ИНФА-М, 2019, с. 154, рис. 2.74 со схемой манипулятора с шестью степенями свободы) - прототип.

Недостатками указанного пространственного манипулятора являются сложность конструкции, большие пространственные габариты, ограниченное углами поворота сферических шарниров рабочее пространство, сложная система управления и ограниченная 6 степенями свободы маневренность подвижность платформы с рабочим органом.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в упрощении конструкции пространственного манипулятора, обеспечении ее компактности в нерабочем положении без разборки и сборки манипулятора, увеличении рабочего пространства и упрощении системы управления.

Получение технического результата достигается за счет того, что пространственный платформенный манипулятор, включающий опорное основание, подвижную платформу с рабочим органом и устройством ее привода, кинематически связанные между собой посредством установленных вокруг подвижной платформы трех подвижных стержневых опор, каждая из которых выполнена в виде складывающейся замкнутой многозвенной кинематической цепи с вращательными кинематическими парами, состоящей из попарно скрещивающихся двухшарнирных соединительных рычагов, кинематически связанных между собой посредством цилиндрических шарниров с параллельными осями вращения соединяемых звеньев.

Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5 и фиг.6.

На фиг.1 изображен общий вид пространственного платформенного манипулятора, содержащего опорного основание 1 и подвижную платформу 2 с рабочим органом 3. Складывающаяся замкнутая кинематическая цепь манипулятора выполнена в виде десятизвенной пространственной структурной группы (которая на фиг.1 выделена пунктирной линией), составленной из треугольной подвижной платформы 2 и шарнирно присоединяемых к каждой из трех ее вершин промежуточных звеньев 4 с установленными на их концах двумя скрещивающимися между собой одинаковыми двухшарнирными соединительными рычагами 5 и 6, кинематически связанных с подвижной платформой 2 и с опорным основанием 1 посредством цилиндрических шарниров А, В, С и D с параллельными осями вращения соединяемых звеньев. Устройство привода подвижной платформы 1 выполнено в виде попарно установленных поворотных двигателей 7 и 8, образующих приводные вращательные кинематические пары O1 и O2 в составе каждой из трех подвижных стержневых опор для образования пространственного манипулятора с шестью степенями свободы.

На фиг.2 представлен вариант выполнения пространственного платформенного манипулятора, в котором складывающаяся замкнутая кинематическая цепь составлена из четырех попарно скрещивающихся и последовательно расположенных между собой одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов 9, 10, 11 и 12, кинематически связанных посредством цилиндрических шарниров A, B, C, D, E и N с параллельными осями вращения.

Устройство привода подвижной платформы 2 выполнено в виде (сблокированных с каждой из установленных подвижных стержневых опор) одного установленного на опорном основании 1 поворотного двигателя 13 и одного установленного внутри кинематической цепи между скрещивающимися звеньями линейного двигателя 14, выполнено в виде подвижного гидроцилиндра для образования пространственного манипулятора с шестью степенями свободы.

На фиг.3 представлен вариант выполнения пространственного платформенного манипулятора, в котором складывающаяся замкнутая кинематическая цепь составлена из четырех попарно скрещивающихся и последовательно расположенных между собой одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов 15, 16, 17 и 18, кинематически связанных посредством цилиндрических шарниров A, B, C, D, E и N с параллельными осями вращения. Устройство привода подвижной платформы 2 выполнено в виде (сблокированных с каждой из установленных подвижных стержневых опор) одного установленного на опорном основании 1 поворотного двигателя 19 и одного установленного внутри кинематической цепи между скрещивающимися звеньями линейного двигателя 20 в виде приводной винтовой кинематической пары для образования пространственного манипулятора с шестью степенями свободы.

На фиг.4 представлен вариант выполнения пространственного платформенного манипулятора, в котором складывающаяся замкнутая кинематическая цепь составлена из шести попарно скрещивающихся и последовательно расположенных между собой одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов 21, 22, 23, 24, 25 и 26, кинематически связанных посредством цилиндрических шарниров А, В, C, D, E, N, M и G. Устройство привода подвижной платформы 2 выполнено в виде трех приводных двигателей, один из которых выполнен в виде трех приводных двигателей, один из которых выполнен в виде установленного на опорном 1 поворотного двигателя 27 и двух других линейных двигателей в виде подвижных гидроцилиндров 28 и 29, установленных внутри кинематической цепи между скрещивающимися рычагами для образования пространственного манипулятора с девятью степенями свободы.

На фиг.5 представлен вариант выполнения платформенного манипулятора, в котором складывающаяся замкнутая кинематическая цепь составлена из восьми попарно скрещивающихся одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 и 37, а устройство привода подвижной платформы 2 выполнено в виде установленного на опорном основании одного поворотного двигателя 38 и трех установленных внутри кинематической цепи между разными парами скрещивающихся рычагов линейных двигателей, например, в виде одного гидроцилиндра 39 и двух приводных винтовых кинематических пар 40 и 41 для образования пространственного манипулятора с двенадцатью степенями свободы.

На фиг.6 представлен вариант выполнения платформенного манипулятора, в котором складывающаяся замкнутая кинематическая цепь составлена из четырех попарно скрещивающихся одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов 4, 5, 6 и 7, а устройство привода каждой из трех установленных подвижных стержневых опор выполнена в виде расположенных на опорном сновании 1 двух поворотных двигателей 8 и 9, образующих приводные вращательные кинематические пары O1 и O2, а также двух других линейных двигателей 10 и 11 (например, в виде приводных винтовых кинематических пар), установленных снаружи кинематической цепи между скрещивающимися соединительными рычагами 6 и 7 для образования пространственного манипулятора с двенадцатью степенями свободы.

Работа представленного манипулятора заключается в следующем.

Задаваемое движение каждого из приводных двигателей приводит к пространственному (поступательному или вращательному) движению подвижной платформы с рабочим органом в расширенном (за счет увеличения до W=12 числа степеней свободы манипулятора) рабочем пространстве, а возможность складывания между собой скрещивающихся рычагов обеспечивает компактность кинематической цепи (без ее разборки и сборки в нерабочем положении) с уменьшением высоты манипулятора в (Hmax/Hmin)=5 раз (фиг.1).

Различные структурные схемы манипулятора (представленные на фиг.1 - фиг.6) можно разделить на 2 типа:

1) Для схем пространственных манипуляторов I типа (это однотипные схемы на фиг.1 и фиг.6, содержащие в каждой из трех опор по 2 поворотных приводных двигателей) число степеней свободы манипулятора (W1) можно рассчитать по следующей предложенной автором простой формуле (1)

где pх - количество подвижных стержневых опор манипулятора,

nх - число скрещивающихся соединительных двухшарнирных рычагов в каждой из подвижных стержневых опор.

Пример 1. Для манипулятора (фиг.1) по формуле (1): W1 = pх * nх = 3 * 2 = 6.

Пример 2. Для манипулятора (фиг.6) по формуле (1): W1 = pх * nх = 3 * 4 = 12.

2) Для схем пространственных манипулятор II типа (это однотипные схемы на фиг.2, 3. 4 и 5 с одним приводным поворотным двигателем в каждой из pх=3 подвижных стержневых опор) число степеней свободы манипулятора (W2) можно рассчитывать по следующей другой предложенной автором простой формуле (2)

Пример 1. Для манипулятора (фиг.2 и 3) по формуле (2) .

Пример 2. Для манипулятора (фиг.4) по формуле (2) .

Пример 3. Для манипулятора (фиг.5) по формуле (2) .

Примечание

Все рассчитанные значения W (W=6, W=9, W=12), а также работоспособность, управляемость и многократная складываемость различных конструктивных схем манипулятором (представленных на фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5 и фиг.6) подтвержден экспериментально на их изготовленных действующих моделях.

Достигаемый в предлагаемом пространственном платформенном манипулятора положительный эффект заключается в следующем:

1. Упрощение конструкции за счет применения простых цилиндрических шарниров с параллельными осями вращения.

2. Расширение рабочего пространства и маневренности рабочего органа манипулятора за счет увеличения до W=12 числа степеней свободы.

3. Снижение габаритов манипулятора по высоте в (Hmax/Hmin)=5 раз в его нерабочем положении при транспортировке и хранении на складе (без разборки и сборки всей конструкции).

4. Упрощение системы управления пространственным платформенным манипулятором за счет его раздельной кинематики движений платформы с рабочим органом.

5. Увеличение до W=12 числа степеней свободы и маневренности подвижной платформы манипулятора без увеличения количества его подвижных стержневых опор, т.е. при использовании минимального числа опорных ног манипулятора, равного трем.

Похожие патенты RU2759552C1

название год авторы номер документа
ПЛАТФОРМЕННЫЙ РОБОТ 2020
  • Пожбелко Владимир Иванович
RU2751778C1
ПЛАТФОРМЕННЫЙ МЕХАНИЗМ ОТНОСИТЕЛЬНОГО МАНИПУЛИРОВАНИЯ 2021
  • Пожбелко Владимир Иванович
RU2758391C1
ПЛОСКО-ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ПЛАТФОРМЕННЫЙ МАНИПУЛЯТОР С ИЗБЫТОЧНЫМ ПРИВОДОМ 2021
  • Пожбелко Владимир Иванович
RU2782460C1
ШАРНИРНЫЙ МЕХАНИЗМ 2021
  • Пожбелко Владимир Иванович
RU2753064C1
СИММЕТРИЧНЫЙ ПЛАТФОРМЕННЫЙ МАНИПУЛЯТОР С ТРЕМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ 2021
  • Пожбелко Владимир Иванович
RU2776578C1
ПЛАТФОРМЕННЫЙ МАНИПУЛЯТОР 2020
  • Пожбелко Владимир Иванович
RU2758607C1
ПЛОСКО-ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ТРЕХПЛАТФОРМЕННЫЙ МАНИПУЛЯТОР 2021
  • Пожбелко Владимир Иванович
RU2774279C1
ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МАНИПУЛЯТОР ОТНОСИТЕЛЬНОГО МАНИПУЛИРОВАНИЯ 2021
  • Пожбелко Владимир Иванович
RU2758374C1
ПРОСТРАНСТВЕННО-ПЛОСКИЙ ПЛАТФОРМЕННЫЙ СФЕРИЧЕСКИЙ МАНИПУЛЯТОР 2021
  • Пожбелко Владимир Иванович
RU2781602C1
ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МАНИПУЛЯТОР 2021
  • Пожбелко Владимир Иванович
RU2758377C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 759 552 C1

Реферат патента 2021 года ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ПЛАТФОРМЕННЫЙ СКЛАДЫВАЮЩИЙСЯ МАНИПУЛЯТОР

Изобретение относится к машиностроению, в частности к пространственным манипуляционным механизмам с установленным на платформу рабочим органом, и может быть использовано в обрабатывающих центрах, сборочных конвейерах и автоматических линиях. Манипулятор содержит опорное основание и подвижную платформу с рабочим органом и устройством ее привода. Платформа кинематически связана с опорным основанием посредством трех подвижных стержневых опор, установленных вокруг платформы. Каждая из стержневых опор выполнена в виде имеющей возможность складывания замкнутой многозвенной кинематической цепи с попарно скрещивающимися двухшарнирными соединительными рычагами. Рычаги кинематически связаны с опорным основанием и с подвижной платформой посредством цилиндрических шарниров с параллельными осями вращения. В результате обеспечивается упрощение конструкции манипулятора, его компактность в нерабочем положении без разборки и сборки и увеличение рабочего пространства. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула изобретения RU 2 759 552 C1

1. Пространственный платформенный манипулятор, содержащий опорное основание и подвижную платформу с рабочим органом и устройством ее привода, кинематически связанную с опорным основанием посредством подвижных стержневых опор, отличающийся тем, что он содержит три подвижные стержневые опоры, установленные вокруг подвижной платформы, при этом каждая из упомянутых подвижных стержневых опор выполнена в виде имеющей возможность складывания замкнутой многозвенной кинематической цепи с попарно скрещивающимися двухшарнирными соединительными рычагами, кинематически связанными с опорным основанием и с подвижной платформой посредством цилиндрических шарниров с параллельными осями вращения.

2. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что подвижная платформа выполнена треугольной, замкнутая кинематическая цепь состоит из шарнирно присоединенных к одной из вершин подвижной платформы промежуточных звеньев с установленными на их концах двумя скрещивающимися между собой одинаковыми двухшарнирными соединительными рычагами, а устройство привода подвижной платформы выполнено в виде попарно установленных поворотных двигателей, образующих приводные вращательные кинематические пары в каждой подвижной стержневой опоре с обеспечением шести степеней свободы пространственного манипулятора.

3. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что замкнутая кинематическая цепь состоит из четырех попарно скрещивающихся и последовательно расположенных одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов, а устройство привода подвижной платформы выполнено в виде сблокированных с каждой из трех подвижных стержневых опор поворотного двигателя, установленного на опорном основании, и расположенного внутри замкнутой кинематической цепи между скрещивающимися звеньями линейного двигателя в виде подвижного гидроцилиндра с обеспечением шести степеней свободы манипулятора.

4. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что замкнутая кинематическая цепь состоит из четырех попарно скрещивающихся и последовательно расположенных одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов, а устройство привода подвижной платформы выполнено в виде сблокированных с каждой из трех подвижных стержневых опор поворотного двигателя, установленного на опорном основании, и расположенного внутри замкнутой кинематической цепи между скрещивающимися соединительными рычагами линейного двигателя в виде приводной винтовой кинематической пары с обеспечением шести степеней свободы манипулятора.

5. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что замкнутая кинематическая цепь состоит из шести попарно скрещивающихся и последовательно расположенных одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов, а устройство привода подвижной платформы выполнено в виде одного поворотного приводного двигателя и двух линейных приводных двигателей для каждой из трех подвижных стержневых опор, при этом поворотный приводной двигатель установлен на опорном основании, а линейные двигатели выполнены в виде подвижных гидроцилиндров, установленных внутри кинематической цепи между парами скрещивающихся соединительных рычагов с обеспечением девяти степеней свободы манипулятора.

6. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что замкнутая кинематическая цепь состоит из восьми попарно скрещивающихся и последовательно расположенных одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов, а устройство привода подвижной платформы выполнено в виде одного поворотного двигателя и трех линейных двигателей для каждой из трех подвижных стержневых опор, при этом поворотный двигатель установлен на опорном основании, а три линейных двигателя установлены внутри кинематической цепи между разными парами скрещивающихся соединительных рычагов с обеспечением двенадцати степеней свободы манипулятора.

7. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что замкнутая кинематическая цепь состоит из четырех попарно скрещивающихся одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов, а устройство привода подвижной платформы выполнено в виде двух поворотных двигателей и двух линейных двигателей для каждой из трех подвижных стержневых опор, при этом поворотные двигатели расположены на опорном основании, а линейные двигатели установлены снаружи кинематической цепи между попарно скрещивающимися двухшарнирными соединительными рычагами с обеспечением двенадцати степеней свободы манипулятора.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2021 года RU2759552C1

ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ПЛАТФОРМЕННЫЙ VIP-МАНИПУЛЯТОР 2019
  • Пожбелко Владимир Иванович
RU2722165C1
ПНЕВМОМЕХАНИЧРХКИЙ ЗАЖИМ 0
SU164757A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ гуминовых кислот 0
SU198352A1
US 7367772 B2, 06.05.2008
US 4976582 A1, 11.12.1990.

RU 2 759 552 C1

Авторы

Пожбелко Владимир Иванович

Даты

2021-11-15Публикация

2021-02-25Подача