Устройство позиционирования

Предложено устройство позиционирования полезной нагрузки в требуемом положении, содержащее гибкий суппорт, установленный на несущей конструкции и образованный рядом последовательно расположенных элементов, взаимодействующих друг с другом своими наружными поверхностями и соединенных между собой, по крайней мере, одной гибкой связью, снабженной механизмом натяжения, в котором элементы выполнены с выпукло-вогнутыми сферическими торцами, причем выпуклый торец одного элемента взаимодействует с вогнутым торцем соседнего элемента, в центре каждого элемента выполнено отверстие для центральной гибкой связи в виде двух расходящихся наружу конусов, допускающее взаимное поперечное смещение соседних элементов без нарушения контакта взаимодействующих поверхностей, натяжной механизм снабжен пружинным устройством предварительного натяжения.

Натяжной механизм выполнен в виде электромеханического устройства или с ручным приводом.

Полезная модель относится к устройствам, подобным рукам манипуляторов и предназначено для позиционирования полезной нагрузки, например, инструмента, телевизионной камеры, экрана и т.п. в требуемом положении после перевода ее из предыдущего положения.

Известно изобретение [1], представляющее собой гибкий суппорт, установленный на несущей конструкции. При этом гибкий суппорт выполнен в виде полнотелых сегментов, взаимодействующими между собой торцевыми выпуклыми поверхностями, образуя сочлененную структуру. Силовая пружина создает необходимое усилие взаимодействия сегментов. Конструкция позволяет устанавливать полезную нагрузку, закрепленную на свободном конце, в любом из трех измерений.

Недостаток устройства в сложности обеспечения стабильности положения полезной нагрузки при больших нагрузках.

Известен гибкий манипулятор [2], состоящий из последовательно расположенных, обкатывающихся друг по другу рабочих элементов, связанных по краям гибкой связью, отличающийся тем, что рабочие элементы выполнены в виде усеченных сегментов цилиндра или эллипса. Данное изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании промышленных роботов повышенной гибкости и, кроме того, для гибкого крепления наводящихся систем, антенн, различных излучателей и телекамер. Сущность изобретения заключается в том, что рабочие элементы манипулятора выполнены в виде усеченных сегментов цилиндра. Кроме того, рабочие элементы имеют рабочую поверхность с поперечными зубьями, ограничители бокового смещения и крепежный паз. Гибкие элементы расположены между направляющими роликами, установленными в пазах, на торцах рабочих элементов, а рабочая поверхность элементов имеет переменный радиус кривизны. Технический результат изобретения состоит в улучшении технических и эксплуатационных характеристик, повышении надежности, а также снижении массы и удешевлении манипулятора.

Известна гибкая рука робота-манипулятора [3], состоящая из множества последовательно расположенных двояковыпуклых элементов, взаимодействующих друг с другом выпуклыми поверхностями, соединенных между собой гибкими связями, одна из которых центральная, а четыре других проходят по периферии элементов. Прикладывая различные усилия к периферийным тягам создают изгиб всей конструкции в требуемом направлении, устанавливая свободный конец гибкой руки в нужном положении.

Недостаток конструкции во взаимном высоком удельном давлении элементов, что создает большие контактные напряжения, однако по своей технической сущности последнее изобретение наиболее близко заявляемому устройству и может служить прототипом.

Задачей, решаемой предложенным устройством является повышение надежности фиксации полезной нагрузки в требуемом положении.

Поставленная задача решается следующим образом. В предложенном устройстве позиционирования полезной нагрузки, содержащем гибкий суппорт, установленный на несущей конструкции и образованный рядом последовательно расположенных элементов, взаимодействующих друг с другом своими наружными поверхностями и соединенных между собой, по крайней мере, одной гибкой связью, снабженной механизмом натяжения, элементы выполнены с выпукло-вогнутыми сферическими торцами, причем выпуклый торец одного элемента взаимодействует с вогнутым торцем соседнего элемента, в центре каждого элемента выполнено отверстие для центральной гибкой связи в виде двух расходящихся наружу конусов, допускающее взаимное поперечное смещение соседних элементов, натяжной механизм снабжен пружинным устройством предварительного натяжения.

При этом натяжной механизм выполнен в виде электромеханического устройства. Натяжной механизм также может быть выполнен с ручным приводом. Для повышения устойчивости конструкции радиус вогнутой сферы может быть выполнен меньшего радиуса и составлять 0,950,97 радиуса наружной сферы каждого элемента. С этой же целью по краю вогнутой сферы может быть выполнен круговой поясок, контактирующий со сферической рабочей поверхностью соседнего элемента.

На фиг.1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 и 3 представлена конструкция гибкого суппорта в разрезе, на фиг.4, 5. 6, 7 и 8 показана схема взаимодействия элементов устройства.

Устройство позиционирования состоит из несущей конструкции 1, на которой установлен гибкий суппорт 2, образованный рядом последовательно расположенных элементов 3, взаимодействующих друг с другом своими наружными поверхностями и соединенных между собой, по крайней мере, одной гибкой связью - тросом 4, и снабженный механизмом 5 натяжения гибкой связи, а элементы 3 выполнены с выпукло-вогнутыми сферическими торцами, причем выпуклый торец одного элемента взаимодействует с вогнутым торцом соседнего элемента, и в центре каждого элемента выполнено отверстие для центральной гибкой связи 4 в виде двух расходящихся наружу конусов, допускающее взаимное поперечное смещение соседних элементов 3 без нарушения контакта взаимодействующих поверхностей. Устройство снабжено механизмом предварительного натяжения 6.

Натяжной механизм 5 выполнен в виде электромеханического устройства или снабжен ручным приводом. Радиус вогнутой сферы составляет 0,950,97 радиуса наружной сферы каждого элемента 3.

По краю вогнутой сферы элемента 3 может быть выполнен круговой поясок 7 с частью вогнутой сферической поверхности, радиус которой равен радиусу кривизны сопрягаемой с ним выпуклой сферы соседнего элемента.

Механизм 6 предварительного натяжения установлен на свободном конце гибкого суппорта 2 и выполнен в виде гребенчатого зажима 8 троса 4, опертого на регулировочный винт 9, ввернутый в конечный элемент 10. Снаружи эти детали закрыты крышкой-корпусом 11.

С противоположного конца суппорта 2(трос 4 заделан во втулку 12, размещенную в стакане 13 с возможностью продольного упругого перемещения. Между втулкой 12 и стаканом 13 установлена пружина 14. Стакан 13 опирается на корпус 15 натяжного механизма 5 и взаимодействует своим буртиком с захватом 16, связанным через гайку 17 с тягой 18 механизма натяжения 5. На корпусе 15 закреплен первый элемент 19 гибкого суппорта 2.

Полезные нагрузки закрепляются на крышку-корпус 11.

Устройство работает следующим образом. При настройке устройства, механизмом предварительного натяжения 6 выставляют усилие на пружине 14 с помощью регулировочного винта 9, натягивая трос 4 до состояния, обеспечивающего удержание собственного веса гибкого суппорта 2 с прикрепленной к нему полезной нагрузкой.

При эксплуатации свободный конец суппорта 2 с закрепленной на нем полезной нагрузкой вручную переводят в необходимое положение. Натягивая трос 4 натяжным механизмом 5 фиксируют суппорт 2 с полезной нагрузкой. При необходимости, ослабляя натяжение троса 4 механизмом 5, вручную изменяют требуемое положение полезной нагрузки и снова, натягивая трос механизмом 5, обеспечивают надежную фиксацию суппорта 2.

Заявителем изготовлено опытное устройство позиционирования, которое продемонстрировало простоту управления им и высокую надежность крепления полезной нагрузки.

Список использованных источников информации

1. Патент США 4625936,1986, Гибкий суппорт и несущая конструкция,

2. Заявка РФ на изобретение 2003103649/02, 06.02.2003, Гибкий манипулятор,

3. Патент США 4393728,1983 г., Гибкая рука, преимущественно робота, (прототип).

1. Устройство позиционирования полезной нагрузки в требуемом положении, содержащее гибкий суппорт, установленный на несущей конструкции и образованный рядом последовательно расположенных элементов, взаимодействующих друг с другом своими наружными поверхностями и соединенных между собой, по крайней мере, одной гибкой связью, снабженной механизмом натяжения, отличающееся тем, что элементы выполнены с выпукло-вогнутыми сферическими торцами, причем выпуклый торец одного элемента взаимодействует с вогнутым торцом соседнего элемента, в центре каждого элемента выполнено отверстие для центральной гибкой связи в виде двух расходящихся наружу конусов, допускающее взаимное поперечное смещение соседних элементов, натяжной механизм снабжен пружинным устройством предварительного натяжения.

2. Устройство позиционирования по п.1, отличающееся тем, что натяжной механизм выполнен в виде электромеханического устройства.

3. Устройство позиционирования по п.1, отличающееся тем, что натяжной механизм выполнен с ручным приводом.

4. Устройство позиционирования по п.1, отличающееся тем, что радиус вогнутой сферы составляет 0,950,97 радиуса наружной сферы каждого элемента.

5. Устройство позиционирования по п.1, отличающееся тем, что по краю вогнутой сферы выполнен круговой поясок с частью сферической рабочей поверхности с радиусом кривизны сопрягаемой с ним выпуклой сферы элемента.