ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ПЯТИПОДВИЖНЫЙ МАНИПУЛЯТОР ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ Российский патент 2023 года по МПК F16H21/00 

Изобретение относится к механическим системам параллельной структуры, применяемым в технике для получения заданного движения выходного звена.

Известен трехподвижный манипулятор параллельной структуры «Дельта-робот» [Vischer P., Clavel R. Kinematic calibration of the parallel Delta robot. Robotica, 16(2), pp.207-218, 1998; Fig. 1]. Манипулятор включает в свой состав неподвижное звено (стойку) и выходное звено (платформу), между которыми установлено три кинематические цепи, каждая из которых снабжена приводом. Недостатком данного манипулятора является отсутствие вращательных степеней свободы выходного звена.

Наиболее близким к предлагаемому манипулятору является четырехподвижное устройство для перемещения и позиционирования элементов в пространстве [Clavel, R. Device for displacing and positioning an element in space, WIPO Patent, WO 87/03528, Date de depot: 10.12.86, Date de publication internationale: 18.06.87]. Устройство имеет параллельную структуру и включает неподвижное звено (стойку) и платформу, между которыми установлены кинематические цепи, состоящие из ведущих звеньев (рычагов) и штанг и расположенные по периметру, а также центральная кинематическая цепь, состоящая из вилки, кулисы, камня и выходного элемента. Все шарниры устройства выполнены вращательными, кроме шарниров вилка-кулиса и камень-выходной элемент, выполненных карданными, а также шарнира кулиса-камень, выполненного поступательным. При этом между каждым рычагом и платформой установлено по две штанги, а число кинематических цепей, расположенных по периметру, равно трем. Штанги образуют с сопрягаемыми звеньями двухподвижные шарниры. Таким образом, цепи, расположенные по периметру, обеспечивают выходному элементу три поступательные степени свободы, а центральная - одну вращательную относительно оси, перпендикулярной плоскости платформы.

Данное устройство принимается за прототип предлагаемого манипулятора. Недостаток прототипа заключается в отсутствии вращательных степеней свободы выходного элемента относительно осей, расположенных в плоскости платформы. Данный недостаток ограничивает возможности применения прототипа в технике.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в усовершенствовании конструкции прототипа путем обеспечения выходному элементу дополнительной вращательной степени свободы относительно оси, расположенной в плоскости платформы.

Данная проблема решается тем, что в предлагаемом пространственном пятиподвижном манипуляторе параллельной структуры, включающем стойку, платформу и кинематические цепи, состоящие из ведущих звеньев и штанг и расположенные по периметру, а также кинематическую цепь, расположенную по центру, в состав которой входит кулиса, камень и выходной элемент, согласно изобретению, в кинематических цепях, расположенных по периметру, ведущие звенья выполнены в виде трехпарных и двухпарных ползунов, сопряженных со штангами сферическими шарнирами, при этом между каждым двухпарным ползуном и платформой установлено по одной штанге, а число кинематических цепей, расположенных по периметру, равно четырем, при этом центральная кинематическая цепь снабжена крестовиной, образующей с платформой вращательные шарниры, а с камнем сферический шарнир, причем крестовина жестко соединена с выходным элементом, а стойка выполнена в виде верхней и нижней неподвижных плит, между которыми установлены направляющие, сопряженные с ползунами.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении выходному элементу дополнительной вращательной степени свободы относительно оси, расположенной в плоскости платформы. Данное преимущество способствует расширению возможностей практического применения предлагаемого манипулятора.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана кинематическая схема пространственного пятиподвижного манипулятора параллельной структуры. Манипулятор включает нижнюю неподвижную плиту 1 и верхнюю неподвижную плиту 1', между которыми установлены платформа 10 и пять кинематических цепей, из которых четыре расположены по периметру и одна по центру. Цепи, расположенные по периметру, выполнены двух типов. Первые состоят из направляющих 2, жестко установленных между нижней неподвижной плитой 1 и верхней неподвижной плитой 1', трехпарных (образующих с сопрягаемыми звеньями три кинематические пары) ползунов 3 и штанг 4. Вторые также состоят из направляющих 2, жестко установленных между нижней неподвижной плитой 1 и верхней неподвижной плитой 1', двухпарных (образующих с сопрягаемыми звеньями две кинематические пары) ползунов 5 и штанг 6. Центральная цепь включает кулису 7, камень 8 и крестовину 9 с жестко установленным на ней выходным элементом 11. Ползуны 3 и 5, а также камень 8 являются приводными, которым задаются входные движения. Звенья 2 и 3; 2 и 5; 7 и 8 образуют поступательные шарниры. Звенья 3 и 4; 4 и 10; 5 и 6; 6 и 10; 1' и 7; 8 и 9 образуют сферические шарниры. Звенья 9 и 10 образуют вращательные шарниры.

Принцип работы предлагаемого манипулятора заключается в следующем.

При смещении трехпарных и двухпарных ползунов 3 и 5 относительно направляющих 2, жестко установленных между нижней неподвижной плитой 1 и верхней неподвижной плитой 1', движение передается на штанги 4 и 6 и далее на платформу 10. Так обеспечиваются четыре степени свободы платформе 10 (три линейных смещения и поворот относительно оси, параллельной оси между сферическими шарнирами 4-10). Пятая степень свободы (поворот вокруг оси шарниров 9-10) обеспечивается за счет центральной цепи. В ней при смещении камня 8 относительно кулисы 7 движение передается на крестовину 9 и далее на выходной элемент 11.

Предлагаемый манипулятор может быть применен при проведении сборочных и манипуляционных операций, а также применениях, требующих пяти степеней свободы.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к механическим системам параллельной структуры. Пространственный манипулятор параллельной структуры с пятью степенями свободы включает стойку, платформу и кинематические цепи, состоящие из ведущих звеньев и штанг и расположенные по периметру. Также включает кинематическую цепь, расположенную по центру, в состав которой входит кулиса, камень и выходной элемент. В данном манипуляторе в кинематических цепях, расположенных по периметру, ведущие звенья выполнены в виде трехпарных и двухпарных ползунов, сопряженных со штангами сферическими шарнирами. Между каждым двухпарным ползуном и платформой установлено по одной штанге, а число кинематических цепей, расположенных по периметру, равно четырем. При этом центральная кинематическая цепь снабжена крестовиной, образующей с платформой вращательные шарниры, а с камнем сферический шарнир, причем крестовина жестко соединена с выходным элементом. Стойка выполнена в виде верхней и нижней неподвижных плит, между которыми установлены направляющие, сопряженные с ползунами. Достигается расширение области применения. 1 ил.

Пространственный пятиподвижный манипулятор параллельной структуры, включающий стойку, платформу и кинематические цепи, состоящие из ведущих звеньев и штанг и расположенные по периметру, а также кинематическую цепь, расположенную по центру, в состав которой входит кулиса, камень и выходной элемент, отличающийся тем, что в кинематических цепях, расположенных по периметру, ведущие звенья выполнены в виде трехпарных и двухпарных ползунов, сопряженных со штангами сферическими шарнирами, при этом между каждым двухпарным ползуном и платформой установлено по одной штанге, а число кинематических цепей, расположенных по периметру, равно четырем, при этом центральная кинематическая цепь снабжена крестовиной, образующей с платформой вращательные шарниры, а с камнем сферический шарнир, причем крестовина жестко соединена с выходным элементом, а стойка выполнена в виде верхней и нижней неподвижных плит, между которыми установлены направляющие, сопряженные с ползунами.