Манипулятор параллельной структуры с шестью степенями свободы
Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам роботов с шестью степенями свободы с рабочей зоной, отделенной от зоны расположения приводов. Технический результат - повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования в пространстве по шести координатам с рабочей зоной, отделенной от зоны расположения приводов. Это достигается тем, что в манипуляторе параллельной структуры с шестью степенями свободы, содержащем основание, конечное звено на котором может быть закреплен объект манипулирования или инструмент, три кинематические цепи, каждая из которых содержит стержень, сопряженный с выходным звеном посредством сферического шарнира и связанный с основанием сферическим шарниром с отверстием, обеспечивающее возможность поступательного перемещения стержня относительно основания, два линейных привода, неподвижные части которых установлены на основании, причем приводы и выходное звено расположены по разные стороны от основания, каждая кинематическая цепь снабжена двумя промежуточными звеньями, одноименные концы которых соединены посредством сферических шарниров с подвижными частями линейных приводов, а другие шарнирно связаны с соответствующими стержнями, новым является то, что каждое промежуточное звено связано со стержнем посредством карданного шарнира, выполненного в виде имеющих ось и втулки входной и выходной вращательных кинематических пар с пересекающимися под прямым углом осями, где осью выходной втулки является сам стержень, а промежуточное звено соединено со втулками входной вращательной пары.
Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам роботов с шестью степенями свободы с рабочей зоной, отделенной от зоны расположения приводов.
Известен пространственный механизм с шестью степеням свободы (патент SU 1661528 A1), содержащий основание с установленными на нем по крайней мере тремя сферическими шарнирами, имеющими отверстиями, конечное звено, на котором может быть закреплен объект манипулирования или инструмент, три кинематические цепи, каждая из которых включает стержень, проходящий с возможностью поступательного перемещения через отверстие в соответствующем сферическом шарнире, один конец стержня шарнирно связан с выходным звеном, а другой- с двумя линейными приводами, причем приводы и выходное звено расположены по разные стороны от основания механизма.
Недостатком данного устройства является то, что в каждой из трех кинематических цепей один из двух пневматических приводов поступательного перемещения жестко присоединен к соответствующему стержню, а второй также является звеном, шарнирно закрепленным между основанием и первым приводом. Это, с одной стороны, налагает ограничения на возможные геометрические размеры механизма, с другой стороны, использование звена-привода увеличивает массу подвижных элементов кинематической цепи, что приводит к дополнительным затратам мощности, уменьшению точности и надежности.
За прототип принято наиболее близкий по технической сущности пространственный механизм с шестью степенями свободы, (Заявка на изобретение 2012140211/11 от 20.09.2012 «Пространственный механизм», по которой вынесено положительное решение) содержащий основание, конечное звено, на котором может быть закреплен объект манипулирования или инструмент, три кинематические цепи, каждая из которых содержит стержень, сопряженный с выходным звеном посредством сферического шарнира и связанный с основанием сферическим шарниром с отверстием, выполненным для обеспечения поступательного перемещения стержня относительно основания, два линейных привода, неподвижные части которых закреплены на основании, причем приводы и выходное звено расположены по разные стороны от основания, каждая кинематическая цепь имеет промежуточное звено, один конец которого соединен посредством сферического шарнира с подвижной частью линейного привода, а другой шарнирно связан с соответствующим стержнем.
К недостаткам такого механизма можно отнести ограниченный угол поворота промежуточного звена в сферических шарнирах, что уменьшает объем рабочей зоны конечного звена.
Цель полезной модели - устранение отмеченного недостатка и повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования в пространстве по шести координатам с рабочей зоной, отделенной от зоны расположения приводов.
Поставленная цель достигается тем, что манипулятор параллельной структуры представляет собой пространственный механизм с шестью степенями свободы, содержащий основание, конечное звено, три кинематические цепи, каждая из которых содержит стержень, сопряженный с выходным звеном посредством сферического шарнира и связанный с основанием сферическим шарниром с отверстием, обеспечивающее возможность поступательного перемещения стержня относительно основания, два линейных привода, неподвижные части которых закреплены на основании, причем приводы и выходное звено расположены по разные стороны от основания, а каждая кинематическая цепь снабжена двумя промежуточными звеньями, одноименные концы которых соединены посредством сферических шарниров с подвижными частями линейных приводов, а другие шарнирно связаны с соответствующим стержнем. Причем соединение промежуточных звеньев с соответствующими стержнями, выполнены в виде карданных шарниров, имеющих ось и втулки входной и выходной вращательных кинематических пар с пересекающимися под прямым углом осями, где осью выходной втулки является сам стержень, а промежуточное звено соединено со втулками входной вращательной пары.
Устройство - манипулятор параллельной структуры с шестью степенями свободы представлен на Фиг. 1.
Манипулятор параллельной структуры с шестью степенями свободы состоит из основания 1, конечного звена 2, трех кинематических цепей, каждая из которых включает стержень 3, связанный с конечным звеном 2 посредством сферического шарнира 4 и сопряженный с основанием 1 посредством сферического шарнира 5 с отверстием, обеспечивающее возможность поступательного перемещения в шарнире стержня 3 относительно основания 1. К каждому стержню относятся два линейных привода, неподвижные части 6 которых закреплены на основании 1, а подвижные части 7 связаны посредством сферического шарнира 8 с одноименными концами промежуточных звеньев 9. Другие концы промежуточных звенев 9 связаны с соответствующими стержнями 3 посредством карданных шарниров, выполненных в виде имеющих оси 10 и втулки 11 входных и выходных вращательных кинематических пар с пересекающимися под прямым углом осями, где осями выходных втулок являются стержни 3, а промежуточные звенья 9 соединены со втулками 11 входных вращательных пар.
Манипулятор параллельной структуры с шестью степенями свободы работает следующим образом. Перемещение конечного звена 2 относительно основания 1, осуществляется посредством трех кинематических цепей, при этом каждый линейный привод передает движение со своего подвижного звена 7 через сферический шарнир 8 на соответствующее промежуточное звено 9 и затем через карданный шарнир на стержень 3, передающим движение на конечное звено 2 через сферический шарнир 4. Поскольку приводы 6 расположены на основании 1 по другую сторону относительно конечного звена 2, то каждый стержень 3 перемещается через сферический шарнир с отверстием 5. Механизм обеспечивает конечному звену 2 шесть степеней свободы.
Манипулятор параллельной структуры с шестью степенями свободы, содержащий основание, конечное звено, три кинематические цепи, каждая из которых содержит стержень, связанный с выходным звеном посредством сферического шарнира и сопряженный с основанием сферическим шарниром с отверстием, обеспечивающее возможность поступательного перемещения стержня относительно основания, два линейных привода, неподвижные части которых закреплены на основании, причем приводы и выходное звено расположены по разные стороны от основания, при этом каждая кинематическая цепь снабжена двумя промежуточными звеньями, одноименные концы которых соединены посредством сферических шарниров с подвижными частями линейных приводов, а другие шарнирно связаны с соответствующими стержнями, отличающийся тем, что промежуточные звенья связаны с соответствующими стержнями посредством карданных шарниров, выполненных в виде имеющих оси и втулки входных и выходных вращательных кинематических пар с пересекающимися под прямым углом осями, где осями выходных втулок являются стержни, а промежуточные звенья соединены со втулками входных вращательных пар.
РИСУНКИ
