УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО МАНИПУЛИРОВАНИЯ С ПЯТЬЮ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ Российский патент 2023 года по МПК B25J11/00 F16H21/00 

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

Известен манипулятор параллельной структуры «Дельта-робот» [Azad F.A., Rahimi S., Hairi Yazdi M.R., Masouleh M.T. Design and evaluation of adaptive and sliding mode control for a 3-DOF Delta parallel robot. Proceedings of the 28th Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE), 2020, pp.1-7; Fig. 1]. Манипулятор состоит из неподвижного звена (стойки) и выходного звена (платформы), между которыми установлено три кинематических цепи, каждая из которых снабжена приводом. Недостатком такого манипулятора является отсутствие вращательных степеней свободы выходного звена.

Наиболее близким к заявляемому манипулятору является «Дельта-робот» с линейными приводами [Carabin G., Scalera L., Wongratanaphisan Т., Vidoni R. An energy-efficient approach for 3D printing with a Linear Delta Robot equipped with optimal springs. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2021, 67, 102045; Fig. 1]. Он имеет параллельную структуру и состоит из неподвижного звена (стойки) и выходного звена (платформы), между которыми установлены три кинематические цепи, каждая из которых включает направляющую, жестко установленную на стойке, трехпарный (образующий с сопрягаемыми звеньями три кинематические пары) ползун и пару штанг. Каждая кинематическая цепь снабжена линейным приводом, а выходному звену обеспечиваются три поступательные степени свободы.

Данная модель «Дельта-робота» принимается за прототип предлагаемого изобретения. Недостаток прототипа заключается в полном отсутствии вращательных степеней свободы выходного звена. Данный недостаток ограничивает возможности практического применения прототипа.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании такого устройства, в котором кроме поступательных степеней свободы выходного звена, обеспечивались бы также и вращательные.

Данная проблема решается тем, что в предлагаемом устройстве для пространственного манипулирования с пятью степенями свободы, включающем стойку и платформу, между которыми установлены кинематические цепи, состоящие из направляющих, жестко зафиксированных на стойке, трехпарных ползунов и штанг, согласно изобретению, устройство снабжено двухпарными ползунами, при этом между каждым двухпарным ползуном и платформой установлено по одной штанге, причем устройство снабжено дополнительной кинематической цепью, установленной между трехпарным ползуном и платформой посредством вращательных шарниров и состоящей из верхней вилки, верхней крестовины, стержня, нижней крестовины и нижней вилки, на которой жестко установлен выходной элемент.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении дополнительных вращательных степеней свободы выходного звена. Данное преимущество способствует расширению возможностей практического применения предлагаемого устройства.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана кинематическая схема устройства для пространственного манипулирования с пятью степенями свободы. Устройство включает неподвижное звено (стойку) 1 и платформу 12, между которыми установлено пять кинематических цепей. Цепи выполнены трех типов. Цепь первого типа состоит из направляющей 2, жестко установленной на стойке 1, трехпарного (образующего с сопрягаемыми звеньями три кинематические пары) ползуна 3 и штанг 4. Цепи второго типа состоят из направляющих 2, жестко установленных на стойке 1, двухпарных (образующих с сопрягаемыми звеньями две кинематические пары) ползунов 5, а также штанг 6. Цепь третьего типа состоит из верхней вилки 7, верхней крестовины 8, стержня 9, нижней крестовины 10 и нижней вилки 11, на которой жестко установлен выходной элемент 13. Данная кинематическая цепь установлена между трехпарным ползуном 3 и платформой 12 посредством вращательных шарниров 3-7 и 11-12.

Трехпарные и двухпарные ползуны 3 и 5, а также вилка 7 являются приводными звеньями, которым задаются входные движения. Звенья 2 и 3; 2 и 5 образуют поступательные шарниры. Звенья 3 и 4; 4 и 12; 5 и 6; 6 и 12 образуют сферические шарниры. Звенья 7 и 8; 8 и 9; 9 и 10; 10 и 11; 11 и 12 образуют вращательные шарниры.

Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем. При смещении трехпарных и двухпарных ползунов 3 и 5 относительно направляющих 2, жестко установленных на стойке 1, движение передается на штанги 4 и 6, а также на кинематическую цепь, состоящую из верхней вилки 7, верхней крестовины 8, стержня 9, нижней крестовины 10 и нижней вилки 11 с жестко установленным выходным элементом 13, а далее на платформу 12. Так обеспечиваются четыре степени свободы платформе 12 (три линейных смещения и поворот относительно оси, параллельной оси между сферическими шарнирами 4-12). Пятая степень свободы (поворот вокруг оси, перпендикулярной плоскости платформы 12) обеспечивается за счет кинематической цепи, образованной верхней вилкой 7, верхней крестовиной 8, стержнем 9, нижней крестовиной 10 и нижней вилкой 11 с жестко установленным выходным элементом 13. В данной цепи при повороте верхней вилки 7, движение через верхнюю крестовину 8 передается на стержень 9 и далее через нижнюю крестовину 10 на нижнюю вилку 11 с жестко установленным на ней выходным элементом 13.

Предлагаемое устройство может быть применено в технологиях по обработке промышленных материалов, а также в операциях перемещению и повороту различных объектов.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к устройствам для манипулирования. Устройство для пространственного манипулирования с пятью степенями свободы включает стойку и платформу, между которыми установлены кинематические цепи, состоящие из направляющих, жестко зафиксированных на стойке, трехпарных ползунов и штанг. Устройство снабжено двухпарными ползунами, при этом между каждым двухпарным ползуном и платформой установлено по одной штанге. Устройство снабжено дополнительной кинематической цепью, установленной между трехпарным ползуном и платформой посредством вращательных шарниров и состоящей из верхней вилки, верхней крестовины, стержня, нижней крестовины и нижней вилки, на которой жестко установлен выходной элемент. Достигается обеспечение поступательного и вращательного движения выходного звена. 1 ил.

Устройство для пространственного манипулирования с пятью степенями свободы, включающее стойку и платформу, между которыми установлены кинематические цепи, состоящие из направляющих, жестко зафиксированных на стойке, трехпарных ползунов и штанг, отличающееся тем, что устройство снабжено двухпарными ползунами, при этом между каждым двухпарным ползуном и платформой установлено по одной штанге, причем устройство снабжено дополнительной кинематической цепью, установленной между трехпарным ползуном и платформой посредством вращательных шарниров и состоящей из верхней вилки, верхней крестовины, стержня, нижней крестовины и нижней вилки, на которой жестко установлен выходной элемент.