ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ ОТНОСИТЕЛЬНОГО МАНИПУЛИРОВАНИЯ С ДВУХ- И ЧЕТЫРЕХПОДВИЖНЫМ МОДУЛЯМИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ Российский патент 2023 года по МПК F16H21/46 B25J1/00 

Изобретение относится к механическим системам относительного манипулирования, применяемым при проведении технологических и исследовательских процедур.

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

Наиболее близким к предлагаемому механизму является другой тип трехподвижного «Дельта-робота» [Bouri М., Clavel R. The linear Delta: developments and applications. ISR 2010 (41st International Symposium on Robotics) and ROBOTIK 2010 (6th German Conference on Robotics), pp.1-8, 2010, Figs. 20, 23]. Он имеет параллельную структуру и состоит из стойки (неподвижного звена) и платформы (выходного звена), между которыми установлены три кинематические цепи, каждая из которых включает линейную 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 отсутствии вращательных степеней свободы выходного звена. Данный недостаток ограничивает возможности применения прототипа, в том числе в технологиях по обработке элементов деталей машин.

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

Данная проблема решается тем, что в предлагаемом пространственном механизме относительного манипулирования с двух- и четырехподвижным модулями параллельной структуры, включающем стойку и платформу, между которыми установлены кинематические цепи, состоящие из направляющих, жестко зафиксированных на стойке, трехпарных ползунов и штанг, согласно изобретению, механизм снабжен двухпарными ползунами, при этом между каждым двухпарным ползуном и платформой установлено по одной штанге, а число кинематических цепей равно четырем, кроме этого механизм снабжен подвижной плитой, сопряженной тремя кинематическими цепями с круговой направляющей с нарезанными на ней зубьями, жестко установленной на стойке, где две кинематические цепи расположены по периметру и включают каретки с зубчатыми колесами, нижний и верхний рычаги и шатуны, а одна цепь расположена по центру и включает неподвижный стержень и вилку, причем геометрические оси вращательных шарниров между подвижной плитой и шатунами пересекаются в центре вращательного шарнира между вилкой и подвижной плитой.

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

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 показана модель пространственного механизма относительного манипулирования с двух- и четырехподвижным модулями параллельной структуры. Механизм включает в свой состав стойку (неподвижное звено) 1 с жестко зафиксированной на ней круговой направляющей 2, по периметру которой нарезаны зубья, и подвижную плиту 10, между которыми установлены две кинематические цепи, состоящие из кареток 4 с зубчатыми колесами 3, нижних 5 и верхних 6 рычагов и шатунов 7, а также одна кинематическая цепь, состоящая из неподвижного стержня 8 и вилки 9. Данные звенья образуют двухподвижный модуль параллельной структуры. Над этим модулем на стойке 1 посредством четырех кинематических цепей установлена платформа 15. Указанные цепи выполнены двух типов. Первые состоят из направляющих 11, жестко установленных на стойке 1, трехпарных (образующих с сопрягаемыми звеньями три кинематические пары) ползунов 12 и штанг 14. Вторые состоят из направляющих 11, двухпарных (образующих с сопрягаемыми звеньями две кинематические пары) ползунов 13 и штанг 14. Данные звенья образуют четырехподвижный модуль параллельной структуры.

Зубчатые колеса 3, ползуны 12 и 13 являются приводными звеньями, которым задаются входные движения. Круговая направляющая 2 и зубчатые колеса 3 образуют зубчатое зацепление. Круговая направляющая 2 и каретки 4; каретки 4 и нижние рычаги 5; нижние рычаги 5 и верхние рычаги 6; верхние рычаги 6 и шатуны 7; шатуны 7 и подвижная плита 10; неподвижный стержень 8 и вилка 9; вилка 9 и подвижная плита 10 образуют вращательные шарниры. Ползуны 12 и штанги 14; ползуны 13 и штанги 14; штанги 14 и платформа 15 образуют сферические шарниры. Направляющие 11 и ползуны 12; направляющие 11 и ползуны 13 образуют поступательные шарниры. Геометрические оси вращательных шарниров между шатунами 7 и подвижной плитой 10 пересекаются в центре вращательного шарнира между вилкой 9 и подвижной плитой 10.

Принцип работы предлагаемого механизма заключается в следующем. При задании движения зубчатым колесам 3, каретки 4 смещаются относительно круговой направляющей 2, жестко установленной на стойке 1. Движение от кареток 4 передается нижним 5 и верхним 6 рычагам и далее шатунам 7, ориентирующим подвижную плиту 10. При этом ограничения на движение подвижной плиты 10 накладываются центральной кинематической цепью, которая оставляет ей две вращательных степени свободы: наклон относительно вилки 9 за счет шарнира 9-10 и неограниченный поворот относительно продольной оси неподвижного стержня 8 за счет шарнира 8-9.

При смещении трехпарных и двухпарных ползунов 12 и 13 относительно направляющих 11, жестко установленных на стойке 1, движение передается на штанги 14 и далее на платформу 15. Так обеспечиваются четыре степени свободы платформе 15 (три линейных смещения и одно угловое).

Таким образом, в относительном манипулировании данный механизм имеет шесть степеней свободы.

Предлагаемый механизм может быть применен в процессах по обработке элементов деталей машин, в аддитивных технологиях, а также применениях, требующих шесть степеней свободы с относительным манипулированием, значительное линейное смещение в вертикальном направлении и неограниченный поворот вокруг вертикальной оси.

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно к механическим системам относительного манипулирования. Пространственный механизм относительного манипулирования с двух- и четырехподвижным модулями параллельной структуры включает стойку и платформу, между которыми установлены кинематические цепи, состоящие из направляющих, жестко зафиксированных на стойке, трехпарных ползунов и штанг. Механизм снабжен двухпарными ползунами, при этом между каждым двухпарным ползуном и платформой установлено по одной штанге, а число кинематических цепей равно четырем. Кроме этого механизм снабжен подвижной плитой, сопряженной тремя кинематическими цепями с круговой направляющей с нарезанными на ней зубьями, жестко установленной на стойке, где две кинематические цепи расположены по периметру. Указанные цепи включают каретки с зубчатыми колесами, верхний и нижний рычаги и шатуны. Третья цепь расположена по центру и включает неподвижный стержень и вилку, причем геометрические оси вращательных шарниров между подвижной плитой и шатунами пересекаются в центре вращательного шарнира между вилкой и подвижной плитой. Достигается расширение области применения. 1 ил.

Пространственный механизм относительного манипулирования с двух- и четырехподвижным модулями параллельной структуры, включающий стойку и платформу, между которыми установлены кинематические цепи, состоящие из направляющих, жестко зафиксированных на стойке, трехпарных ползунов и штанг, отличающийся тем, что механизм снабжен двухпарными ползунами, при этом между каждым двухпарным ползуном и платформой установлено по одной штанге, а число кинематических цепей равно четырем, кроме этого механизм снабжен подвижной плитой, сопряженной тремя кинематическими цепями с круговой направляющей с нарезанными на ней зубьями, жестко установленной на стойке, где две кинематические цепи расположены по периметру и включают каретки с зубчатыми колесами, нижний и верхний рычаги и шатуны, а одна цепь расположена по центру и включает неподвижный стержень и вилку, причем геометрические оси вращательных шарниров между подвижной плитой и шатунами пересекаются в центре вращательного шарнира между вилкой и подвижной плитой.