Пространственный механизм Советский патент 1992 года по МПК B25J1/00 B25J9/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к робототехнике, и может быть использовано при автоматизации различных работ, выполняемых в технологически чистых средах, например в глубоком вакууме.

Известен пространственный механизм с шестью степенями свободы, содержащий основание и выходное звено, соединенные между собой посредством системы стержней и шести приводов, установленных между основанием и выходным звеном,

Недостатком известного устройства является невозможность использования его в технологически чистых средах, например в вакууме, т.к. приводы и шесть стержней с шарнирами размещены в рабочей зоне механизма и являются источником ее загрязнения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному устройству является пространственный механизм, содержащий шесть приводов, основание и выходное звено, связанные тремя кинематическими цепями, каждая из которых снабжена соответственно одним, двумя и тремя приводами, сопряженным с основанием сферическим шарниром со сквозным отверстием, в котором установлен с возможностью поступательного перемещения стержень, сопряженный посредством сферического шарнира с выходным звеном.

Недостатком устройства-прототипа является низкая надежность его работы в условиях глубокого вакуума вследствие наличия поступательной пары в каждой кинематической цепи из-за адгезии трущихся поверхностей, а также возможностей перекосов (люфтов) в этой паре, что может привести к заклиниванию кинематической цепи.

Цель изобретения - повышение надежности в работе механизма в условиях глубокого

вакуума путем устранения возможности перекоса и заклинивания.

На фиг.1 изображен предлагаемый механизм; на фиг.2 - вариант исполнения кинематической цепи с кинематическими парами,

выполненными в виде упругих изгибных элементов; на фиг.З - вариант исполнения сферического шарнира, сопряженного с основанием и снабженного дополнительными дуговыми элементами.

Механизм содержит основание 1. выходное звено 2, первый основной сферический шарнир 3 со сквозным отверстием, сопряженный с основанием, стержень 4, второй основной сферический шарнир 5,

сопряженный с выходным звеном, промежуточное звено 6, вращательную однопод- вижную пару 7, внутренний дуговой элемент 8 сферического шарнира со сквозным отверстием, внешний дуговой элемент 9 сферического шарнира со сквозным отверстием, вращательную одноподвижную пару 10, дополнительный стержень 11, дог полнительный сферический шарнир 12, вращательную одноподвижную пару 13. привод

14. дополнительный дуговой элемент 15,

дополнительный дуговой элемент 1 б, дополнительную одноподвижную вращательную пару 17. дополнительную одноподвижную вращательную пару 18, сильфон 19.

Пространственный механизм содержит шесть приводов 14, основание 1, выходное звено 2, связанные тремя кинематическими цепями, каждая из которых снабжена соответственно одним, двумя и тремя приводами, сопряженным с основанием сферическим шарниром 3 со сквозным отверстием, в котором установлен с возможностью поступательного перемещения стержень 4, сопряженный посредством сферического шарнира 5 с выходным звеном 2, а также двумя промежуточными звеньями равной длины 6 и четырьмя вращательными одно- подвижными парами С параллельными осями 7. Сопряженный с основанием сферический шарнир 3 выполнен в виде внутреннего 8 и внешнего 9 дуговых элементов, связанных с основанием 1 и между собой посредством одноподвижных вращательных пар 10 и 13. Стержень 4 во внутреннем дуговом элементе 8 установ- ленных с возможностью поперечного перемещения. Каждая кинематическая цепь снабжена дополнительным стержнем 11, жестко связанным с внутренним дуговым элементом 8 и посредством двух промежу- точных звеньев равной длины б и четырех вращательных одноподвижных пар 7 с параллельными осями связана со стержнем 4. В кинематической цепи с тремя приводами два из них сопряжены посредством сфери- ческих шарниров 12 с основанием 1 и соответственно с внутренним 8 и внешним 9 дуговыми элементами, а третий сопряжен с дополнительным стержнем 11 и промежуточным звеном 6. В кинематической цепи с двумя приводами один из них сопряжен посредством сферических шарниров 12с основанием 1 и с одним из дуговых элементов, а другой сопряжен посредством сферических шарниров 12 с дополнительным стерж- нем 11 и промежуточным звеном 6. В кинематической цепи с одним приводом последний сопряжен посредством сферических шарниров 12 с дополнительным стержнем 11 и промежуточным звеном 6.

Одноподвижные вращательные кинематические пары 7, 10 и 13 выполнены в виде упругих изгибных элементов прямоугольного поперечного сечения. Сферический шарнир 5, сопрягающий стержень 4 с выходным звеном 2, выполнен в виде упругого изгибного элемента кругового поперечного сечения, а каждая кинематическая цепь снабжена сильфоном 19, сопряженным с основанием 1 и стержнем 4.

Сопряженный с основанием сферический шарнир снабжен дополнительными дуговыми элементами 15 и 16, расположенными между внутренним и внешним дуговыми элементами и связанными между собой внешним 9 и внутренним 8 дуговыми эле Рентами посредством дополнительных одноподвижных вращательных пар 17 и 18, оси которых совпадают с осями одноподвижных вращательных пар 10 и 13, связывающих внутренний 8 и внешний 10 дуговые элементы.

Механизм работает следующим образом.

Относительно основания 1 выходное звено 2 перемещается под действием приводов 14. в кинематической цепи, содержащей три привода, привод 14, сопряженный с дополнительным стержнем 11 и промежуточным звеном 6, через сферические шарниры 12 воздействует на промежуточное звено 6, которое через вращательные пары 7 и другое промежуточное звено 6 воздействует на стержень 6. Стержень 4 через сферический шарнир 5 перемещает выходное звено 2 по одной независимой координате. Привод 14 этой кинематической цепи, сопряженный с основанием 1 и внутренним дуговым элементом 8, черэз сферические шарниры 12 воздействует на дополнительный стержень 11, который перемещает внутренний дуговой элемент 8 сферического шарнира 3. Дуговой элемент 8 вращается относительно оси одноподвижной вращательной пары 13. При этом через од- ноподвижные вращательные пары 7 и промежуточные звенья 6,передается вращение на стержень 4, который вращается вместе с дополнительным стержнем 11. Это вращение через сферический шарнир 5 передается выходному звену 2, которое совершает перемещение по другой независимой координате. Привод 14 этой кинематической цепи, сопряженный с основанием 1 и внешним дуговым элементов 9 сферического шарнира 3, через сферический шарнир 12 воздействует на внешний дуговой элемент 9, который вращается относительно оси одно- подвижных вращательных пар 10 и через одноподвижные вращательные пары 13, внутренний дуговой элемент 8, дополнительный стержень 11, одноподвижные вращательные пары 7, промежуточные звенья 6 воздействует на стержень 4. Этот стержень передает вращение через сферический шарнир 5 на выходное звено 2, которое совершает перемещение по третьей независимой координате.

Работа приводов двух других кинематических цепей аналогична рассмотренной

выше. Сильфом 19 изолирует приводы от выходного звена, чем обеспечивается чистота в рабочей зоне при выполнении технологических операций.

В случае исполнения сферического шарнира 3 в виде, показанном на фиг.З, работа осуществляется аналогично рассмотренной с той разницей, что при повороте дугового элемента 9 относительно оси одноподвижной вращательной пары 10 поворот осуществляется также дополнительным дуговым элементом 16 относительно оси дополнительной одноподвижной вращательной пары 18, совпадающей с осью одноподвижной вращательной пары 10, а при повороте дугового элемента 8 относительно оси одноподвижной вращательной пары 13 поворот осуществляется также дополнительным дуговым элементом 15 относительно оси одноподвижной вращательной пары 17, совпадающей с осью одноподвижной вращательной пары 13. При работе устройства ввиду отсутствия поступательных пар не имеет места заклинивание кинематических цепей, чем повышается надежность механизма.

Использование заявленного устройства позволяет обеспечить достижение следующих технико-экономических преимуществ. Заявленный механизм содержит кинематические пары, выполненные в виде упругих изгибных элементов, обусловливающих взаимный относительный поворот соответствующих звеньев. При этом отсутствует от- носительное перемещение каких-либо соприкасающихся, поверхностей. Указанное обстоятельство влечет отсутствие адгезии, а также возможности люфтов, перекосов и заклиниваний. Перечисленные обстоятельства обусловливают повышение надежности данного механизма по сравнению с прототипом. При работе заявленного устройства и устройства-прототипа в одинаковой среде (в вакууме одного и того же порядка) заявленное устройство обеспечит бесперебойную работу, а устройство-прототип может не обеспечить.

С другой стороны, устройство-прототип, содержащее кинематические пары с взаимно перемещающимися поверхностями, требующими соответствующей смазки, имеет тот недостаток, что указанные трущиеся поверхности излучают частицы составляющего их материала, что ухудшает параметры технологической среды (вакуума). Заявленное устройство не обладает означенным недостатком, сохраняет чистоту технологической среды и имеет повышенные технологические возможности. Таким образом, заявленное устройство при работе

в адекватной технологической среде в сравнении с прототипом имеет более высокую надежность, т.е. меньшую вероятность отказов и повышенные функциональные возможности. Кроме того, заявленное устройство по сравнению с прототипом, обеспечивает более высокую чистоту технологической среды, что обусловливает более высокие технологические возможности.

0 Ф о рмул а и зобрете н ия

1. Пространственный механизм , содержащий шесть приводов, основание и выходное звено, связанные тремя кинематическими цепями, каждая из которых снаб5 жена соответственно одним, двумя и тремя приводами, сопряженным с основанием первым основным сферическим шарниром, имеющим сквозное отверстие, в котором установлен с возможностью поступательного

0 перемещения основной стержень, сопряженный посредством второго основного сферического шарнира с выходным звеном, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы в условиях

5 глубокого вакуума путем устранения, возможное и перекоса и заклинивания элементов кинематических цепей, каждая кинематическая цепь снабжена двумя промежуточными звеньями, имеющими равную

0 длину, и четырьмя основными вращательными одноподвижными парами с параллельными осями, а первый основной сферический шарнир выполнен в виде внутреннего и внешнего дуговых элементов, свя5 занных с основанием и между собой посредством этих основных вращательных одноподвижных пар, основной стержень установлен во внутреннем дуговом элементе с возможностью поперечного перемеще0 ния, при этом каждая кинематическая цепь снабжена дополнительным стержнем, жестко связанным с внутренним дуговым элементом первого основного шарнира, и посредством указанных промежуточных

5 звеньев и основных вращательных одно- подвижных пар эта кинематическая цепь связана с основным стержнем, кроме того, в кинематической цепи, имеющей три привода, два привода сопряжены посредством

0 первой группы дополнительных сферических шарниров с основанием и соответственно с внутренним и с внешним дуговыми элементами, а третий сопряжен с дополнительным стержнем и с промежуточным эве5 ном, в кинематической цепи, имеющей два привода, один привод сопряжен посредством второй группы дополнительных сферических шарниров с основанием и с одним из дуговых элементов, а второй сопряжен посредством третьей группы дополнительных сферических шарниров с дополнительным стержнем и с промежуточным звеном, а .в кинематической цепи, имеющей один привод, последний сопряжен посредством чет вертой группы дополнительных сферических шарниров с дополнительным стержнем и с промежуточным звеном.

2. Механизм по п.1,отличающийся тем, что, с целью устранения возможности образования люфтов и адгезии элементов в кинематических цепях, основные вращательные одноподвижные пары выполнены в виде упругих изгибных элементов прямоугольного поперечного сечения, второй основной сферический шарнир выполнен в виде упругого изгибного элемента кругового поперечного сечения, а каждая кинемати0

5

ческая цепь снабжена сильфоном, сопряженным с основанием и с основным стержнем.

3. Механизм по пп.1 и2,отличаю- щ и и с я тем, что, с целью расширения зоны обслуживания, первый основной сферический шарнир снабжен дополнительными дуговыми элементами, размещенными между внутренним и внешним дуговыми элементами и связанными между собой, а также с внешним и с внутренним дуговыми элементами посредством дополнительных вращательных одноподвижных пар, оси которых пересекаются в одной точке, при этом одна из осей совмещена с осью основной вращательной одноподвижной пары, а две другие оси совмещены друг с другом.

Использование: в машиностроении, в частности в робототехнике при автоматизации различных работ, выполняемых в технологически чистых средах, например в глубоком вакууме. Пространственный механизм имеет шесть приводов 14, основание 1 и выходное звено 2, связанные тремя кинематическими цепями, каждая из которых снабжена соответственно одним, двумя и тремя приводами. На основании имеется первый сферический шарнир со сквозным отверстием, в котором установлен с возможность поступательного перемещения основной стержень 4, сопряженный посред ством второго сферического шарнира с выходным звеном 2. В каждой кинематичес,кой цепи имеются два промежуточных звена

4

Фиг.2

Л