Пространственный механизм с четырьмя степенями свободы

Авторы патента:

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам роботов с четырьмя степенями свободы с кинематической развязкой вертикального движения и плоских движений.

Целью полезной модели является повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования в пространстве по четырем координатам на базе кинематической развязки вертикального движения и плоских движений. При этом привод поступательного перемещения должен обеспечивать вертикальные перемещения выходного звена, а приводы вращательного движения должны обеспечивать движение выходного звена в плоскости.

Технический результат - повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования в пространстве по четырем координатам на базе кинематической развязки вертикальных и плоских движений.

Известно устройство (R. Clavel, 1990, "Device for movement and displacing of an element in space," US Patent No. 4,976,582, December 11) пространственный механизм, включающий основание, конечное звено, связанное с установленными на основании двигателями вращательного перемещения посредством вращательных кинематических пар и промежуточных звеньев. Недостатком данного устройства является отсутствие кинематической развязки между вертикальным перемещением и перемещениями в плоскости.

За прототип взято устройство - пространственный механизм (Arakelyan V., Maurine P., Briot S., Pion E., 2005, "Parallel robot comprising means for setting in motion a mobile element split in two separate subassemblies," Patent No. WO 2006/021629 Al, 02.03.2006), включающий основание, конечное звено, вертикально установленный на основании двигатель поступательного перемещения, три жестко сопряженных с ним и горизонтально расположенных штанги, к концу каждой из которых посредством вращательного шарнира присоединено вертикально расположенное прямолинейное звено, сопряженное с возможностью вертикального перемещения с выходным звеном цилиндрической передачи, связанной с вертикально установленным на основании двигателем вращательного перемещения, а также сопряженное с первым промежуточным звеном, связанным посредством вращательной кинематической пары со вторым промежуточным звеном, сопряженным посредством вертикально установленной вращательной кинематической пары с конечным звеном механизма.

Недостатком данного устройства является то, что в нем передача движения со стороны вращательных двигателей осуществляется через поступательные кинематические пары, выполненные в виде пантографного механизма. Это снижает надежность устройства.

Технический результат - устранение отмеченных недостатков и повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования в пространстве по четырем координатам на базе кинематической развязки вертикальных и плоских движений.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве - пространственном механизме, включающем основание, конечное звено, вертикально установленный на основании двигатель поступательного перемещения, три жестко сопряженных с ним горизонтально расположенных штанги, к концу каждой из которых посредством вращательной кинематической пары присоединено вертикально расположенное прямолинейное звено, сопряженное с возможностью вертикального перемещения с выходным звеном цилиндрической передачи, связанной с вертикально установленным на основании двигателем вращательного перемещения, а также сопряженное с первым промежуточным звеном, связанным посредством вращательной кинематической пары со вторым промежуточным звеном, сопряженным посредством вертикально установленной вращательной кинематической пары с конечным звеном механизма новым является то, что каждое вертикально расположенное прямолинейное звено сопряжено с выходным звеном цилиндрической передачи посредством вертикально расположенной поступательной кинематической пары, вертикально расположенное прямолинейное звено жестко сопряжено с первым промежуточным звеном, установленным горизонтально, вращательная кинематическая пара, сопрягающая первое промежуточное звено со вторым, установлена вертикально, второе промежуточное звено установлено горизонтально.

Описание устройства - пространственного механизма представлено на рисунке 1.

Устройство - пространственный механизм включает основание 1, конечное звено 2, вертикально установленный на основании двигатель поступательного перемещения 3, три жестко сопряженных с ним и горизонтально расположенных штанги 4, 4' и 4, к концу каждой из которых посредством вращательной кинематической пары 5 (5', 5") присоединено вертикально расположенное прямолинейное звено 6 (6', 6"), которое сопряжено с выходным звеном 7 (7', 7") цилиндрической передачи, связанной с вертикально установленным на основании двигателем вращательного перемещения 8 (8', 8"), посредством вертикально расположенной поступательной кинематической пары 13 (13', 13"), каждое вертикально расположенное прямолинейное звено 6 (6', 6") жестко сопряжено с первым промежуточным звеном 9 (9', 9"), установленным горизонтально, вращательная кинематическая пара 10 (10', 10"), сопрягающая первое промежуточное звено 9 (9', 9") со вторым 11 (11', 11"), установлена вертикально, второе промежуточное звено 11 (11', 11"), установлено горизонтально и сопряжено с конечным звеном 2 посредством вертикально установленной вращательной кинематической пары 12 (12', 12").

Устройство - пространственный механизм работает следующим образом. Относительно основания 1 конечное звено 2 перемещается по четырем координатам посредством трех соединительных кинематических цепей. Вертикально установленный на основании двигатель поступательного перемещения 3 позволяет перемещать конечное звено по вертикали, три двигателя вращательного перемещения 8 (8', 8"), установленных на основании и сопряженных с вертикально расположенными прямолинейными звеньями 6 (6', 6") посредством зубчатой передачи, перемещают конечное звено в горизонтальной плоскости. Вертикально расположенные прямолинейные звенья передают движение от двигателей вращательного перемещения ко второму промежуточному звену 11 (11', 11"), соединяющему первое промежуточное звено 9 (9', 9"), жестко сопряженное с вертикальным прямолинейным звеном, и конечное звено посредством двух вертикально расположенных вращательных кинематических пар 10 (10', 10") и 12 (12', 12").

Пространственный механизм, включающий основание, конечное звено, вертикально установленный на основании двигатель поступательного перемещения, три жестко сопряженных с ним и горизонтально расположенных штанги, к концу каждой из которых посредством вращательной кинематической пары присоединено вертикально расположенное прямолинейное звено, сопряженное с возможностью вертикального перемещения с выходным звеном цилиндрической передачи, связанной с вертикально установленным на основании двигателем вращательного перемещения, а также сопряженное с первым промежуточным звеном, связанным посредством вращательной кинематической пары со вторым промежуточным звеном, сопряженным посредством вертикально установленной вращательной кинематической пары с конечным звеном механизма, отличающийся тем, что вертикально расположенное прямолинейное звено сопряжено с выходным звеном цилиндрической передачи посредством вертикально расположенной поступательной кинематической пары, вертикально расположенное прямолинейное звено жестко сопряжено с первым промежуточным звеном, установленным горизонтально, вращательная кинематическая пара, сопрягающая первое промежуточное звено со вторым, установлена вертикально, второе промежуточное звено установлено горизонтально.