Пространственный механизм с шестью степенями свободы

Авторы патента:


 

Изобретение 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. Поставленная цель достигается тем, механизм содержит основание, выходное звено, на котором может быть закреплен объект манипулирования или инструмент, три кинематические цепи, каждая из которых содержит стержень, связанный с выходным звеном посредством сферического шарнира и сопряженный с основанием посредством сферического шарнира с отверстием, обеспечивающим поступательное перемещение стержня относительно основания, два линейных привода, неподвижные части которых установлены на основании, причем приводы и выходное звено расположены по разные стороны от основания, каждый линейный привод снабжен промежуточным звеном один конец которого шарнирно соединен с подвижной частью привода а другой - с соответствующим стержнем. Новым является то, что все линейные приводы содержат закрепленный на основании неподвижный винт и подвижную часть - двигатель с приводной гайкой, причем подвижная часть связана с промежуточным звеном посредством карданного шарнира, содержащего входную и выходную вращательные кинематические пары, имеющие перпендикулярные оси и втулки, где осью и втулкой входной вращательной пары являются неподвижный винт линейного привода и приводная гайка, ось выходной вращательной пары закреплена на подвижной части привода, один конец промежуточного звена соединен со втулками выходной вращательной пары, второй конец промежуточного звена связан со стержнем посредством трех последовательно установленных вращательных пар, где осью первой пары является промежуточное звено, а осью третьей пары является стержень, причем оси вторых кинематических пар и промежуточных звеньев, относящихся к одному стержню, пересекаются в одной точке, а оси вторых кинематических пар перпендикулярны стержню.

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 пневматическими приводами поступательного перемещения, выходное звено, на котором может быть закреплен объект манипулирования или инструмент, три соединяющие привода с конечным звеном кинематические цепи, и каждая из которых включает стержень, проходящий с возможностью поступательного перемещения через отверстие встроенного в основание шарового шарнира, 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 принят наиболее близкий по технической сущности пространственный механизм с шестью степенями свободы (Заявка на изобретение 2012140211/11 от 20.09.2012, по которой вынесено положительное решение), содержащий основание с установленными на нем приводами, выходное звено, три кинематические цепи, каждая из которых содержит стержень, связанный с выходным звеном посредством сферического шарнира и сопряженный с основанием посредством сферического шарнира с отверстием, выполненным с возможностью 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, каждый линейный привод снабжен промежуточным звеном один конец которого шарнирно соединен с подвижной частью привода а другой - с соответствующим стержнем.

К недостаткам такого механизма можно отнести ограниченный угол поворота промежуточного звена в сферических шарнирах, что уменьшает объем рабочей зоны выходного звена.

Цель полезной модели - устранение отмеченных недостатков и повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования в пространстве по шести координатам с рабочей зоной выходного звена, отделенной от зоны расположения приводов.

Поставленная цель достигается тем, что в пространственном механизме с шестью степеням свободы, содержащий основание с установленными на нем приводами поступательного перемещения, выходное звено, на котором может быть закреплен объект манипулирования или инструмент, а также три кинематические цепи, соединяющие привода с выходным звеном, которые включают в себя соединенные с выходным звеном стержни и промежуточные звенья. Стержни шарнирно соединены с промежуточными и выходным звеньями, а также сопряжены с основанием посредством встроенных шаровых шарниров с отверстиями, обеспечивающие поступательное перемещение стержней относительно основания

Соединение стержней с промежуточными звеньями выполнено посредством карданных шарниров. В каждой кинематической цепи имеются два линейных привода. Приводы и выходное звено расположены по разные стороны от основания, каждый линейный привод снабжен промежуточным звеном один конец которого шарнирно соединен с подвижной частью привода а другой - с соответствующим стержнем. Приводы содержат закрепленный на основании неподвижный винт и подвижную часть - двигатель с приводной гайкой, причем подвижная часть связана с промежуточным звеном посредством карданного шарнира, содержащего входную и выходную вращательные кинематические пары, имеющие перпендикулярные оси и втулки, где осью и втулкой входной вращательной пары являются неподвижный винт линейного привода и приводная гайка, ось выходной вращательной пары закреплена на подвижной части привода, один конец промежуточного звена соединен с втулками выходной вращательной пары, второй конец промежуточного звена связан со стержнем посредством трех последовательно установленных вращательных пар, где осью первой пары является промежуточное звено, а осью третьей пары является стержень, причем оси вторых кинематических пар и промежуточных звеньев, относящихся к одному стержню, пересекаются в одной точке, а оси вторых кинематических пар перпендикулярны стержню.

Устройство - пространственный механизм с шестью степенями свободы представлен на Фиг. 1.

Пространственный механизм с шестью степенями свободы состоит из основания 1, выходного 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, обеспечивающим возможность поступательного перемещения стержня 3 относительно основания 1. Два линейных привода, неподвижные части которых, выполненные в виде винтов 6, закреплены на основании 1, а подвижные части 7, включающие двигатель и приводную гайку 8 связаны с одним концом промежуточного звена 9 посредством карданного шарнира, выполненного в виде имеющих ось и втулки входной и выходной вращательных кинематических пар с пересекающимися под прямым углом осями, где винт 6 играет роль оси, а приводная гайка 8 - втулки входной вращательной пары. Ось 10 выходной вращательной пары закреплена на подвижной части 7 привода, один конец промежуточного звена 9 соединен с выходными втулками вращательной пары, второй конец промежуточного звена связан со стержнем посредством трех последовательно установленных вращательных пар 11, 12, 13, осью первой пары 11 является промежуточное звено 9, а осью третьей пары 13 является стержень 3, причем оси вторых кинематических пар 12 и промежуточных звеньев 9, относящихся к одному стержню 3, пересекаются в одной точке, а оси вторых кинематических пар 12 перпендикулярны стержню 3. Такая последовательность кинематических пар аналогична карданному шарниру.

Пространственный механизм с шестью степенями свободы работает следующим образом.

Перемещение конечного звена 2 относительно основания 1, осуществляется посредством трех кинематических цепей, при этом каждый поступательный привод передает движение со своей подвижной части 7, содержащей двигатель, через приводную гайку 8 и карданный шарнир выполненный в виде имеющих ось и втулки входной и выходной вращательных кинематических пар с пересекающимися под прямым углом осями, где осью и втулкой входной вращательной пары являются неподвижный винт линейного привода 6 и приводная гайка 8, сопряженная с подвижной частью привода 7. Затем через ось 10 выходной вращательной пары, которая закреплена на подвижной части 7 привода - на соответствующее промежуточное звено 9 и затем через три последовательно установленных вращательные пары 11, 12, 13 на стержень 3, передающий движение на конечное звено 2 посредством сферического шарнира 4. Поскольку приводы расположены на основании 1 по другую сторону относительно конечного звена 2, то каждый стержень 3 перемещается относительно основания 1 через сферический шарнир 5, выполненный с возможностью поступательного перемещения стержня 3. Механизм обеспечивает конечному звену 2 шесть степеней свободы.

Пространственный механизм с шестью степенями свободы, содержащий основание, выходное звено, три кинематические цепи, каждая из которых содержит стержень, связанный с выходным звеном посредством сферического шарнира и сопряженный с основанием посредством сферического шарнира с отверстием, обеспечивающий возможность поступательного перемещения стержня относительно основания, два привода поступательного движения, неподвижные части которых закреплены на основании, причем приводы и выходное звено расположены по разные стороны от основания и каждый привод снабжен промежуточным звеном, один конец которого шарнирно соединен с подвижной частью привода, а другой - с соответствующим стержнем, отличающийся тем, что приводы содержат закрепленный на основании неподвижный винт и подвижную часть-двигатель с приводной гайкой, причем подвижная часть связана с промежуточным звеном посредством карданного шарнира, содержащего входную и выходную вращательные кинематические пары, имеющие перпендикулярные оси и втулки, где осью и втулкой входной вращательной пары являются неподвижный винт линейного привода и приводная гайка, ось выходной вращательной пары закреплена на подвижной части привода, один конец промежуточного звена соединен со втулками выходной вращательной пары, второй конец промежуточного звена связан со стержнем посредством трех последовательно установленных вращательных пар, где осью первой пары является промежуточное звено, а осью третьей пары является стержень, причем оси вторых кинематических пар и промежуточных звеньев, относящихся к одному стержню, пересекаются в одной точке, а оси вторых кинематических пар перпендикулярны стержню.



 

Похожие патенты:
Наверх