CZ308204B6 - Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa - Google Patents

Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa Download PDF

Info

Publication number
CZ308204B6
CZ308204B6 CZ2018-705A CZ2018705A CZ308204B6 CZ 308204 B6 CZ308204 B6 CZ 308204B6 CZ 2018705 A CZ2018705 A CZ 2018705A CZ 308204 B6 CZ308204 B6 CZ 308204B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
shank
frame
spherical
rotary
joints
Prior art date
Application number
CZ2018-705A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2018705A3 (cs
Inventor
Michael VALÁŠEK
Original Assignee
České vysoké učení technické v Praze
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by České vysoké učení technické v Praze filed Critical České vysoké učení technické v Praze
Priority to CZ2018-705A priority Critical patent/CZ2018705A3/cs
Priority to EP19713343.2A priority patent/EP3911477A1/en
Priority to PCT/CZ2019/000011 priority patent/WO2020125821A1/en
Publication of CZ308204B6 publication Critical patent/CZ308204B6/cs
Publication of CZ2018705A3 publication Critical patent/CZ2018705A3/cs

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0045—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a rotary joint at the base
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26—Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/32—Relative movement obtained by co-operating spherical surfaces, e.g. ball-and-socket joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
    • B23Q1/48—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs and rotating pairs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
    • B23Q1/50—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q16/00—Equipment for precise positioning of tool or work into particular locations not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0072—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics of the hybrid type, i.e. having different kinematics chains
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/02—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C11/00—Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04—Pivotal connections
    • F16C11/06—Ball-joints; Other joints having more than one degree of angular freedom, i.e. universal joints
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M11/00—Stands or trestles as supports for apparatus or articles placed thereon ; Stands for scientific apparatus such as gravitational force meters
    • F16M11/02—Heads
    • F16M11/04—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand
    • F16M11/06—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand allowing pivoting
    • F16M11/12—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand allowing pivoting in more than one direction
    • F16M11/14—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand allowing pivoting in more than one direction with ball-joint
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D3/00—Control of position or direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Manipulator (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa (1) spojeného s rámem (5) prostřednictvím sférického kloubu (2) uspořádaného na stopce spojující těleso (1) s rámem (5) a prostřednictvím ramen (3). Stopka je třídílná a sférický kloub (2) s alespoň dvěma rotačními stupni volnosti je uspořádán mezi první částí (7) stopky, která je pevně uchycena k rámu (5), a druhou částí (8) stopky, která je pevně uchycena k tělesu (1). Druhá část (8) je spojena s první částí (7) prostřednictvím vložené části (13) sférickými klouby (2, 12). Části (7, 8, 13) stopek mají nenulovou délku. Počet ovládacích ramen (3) konstantní délky opatřených rotačními klouby (6) spojenými rotačním ramenem (16) se sférickým kloubem (10) a spojených s rámem (5) prostřednictvím rotačních pohonů (15), a/nebo proměnlivé délky opatřených posuvným pohonem (4) nebo teleskopickým výsuvným pohonem (14) a spojených s rámem (5) prostřednictvím rotačních kloubů (6), je tři, přičemž ramena (3) jsou spojena s tělesem (1) sférickými klouby (10).

Description

Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa
Oblast techniky
Vynález se týká zařízení pro sférický pohyb tělesa spojeného s rámem prostřednictvím sférického kloubu uspořádaného na stopce spojující těleso s rámem, přičemž stopka je třídílná a sférický kloub s alespoň dvěma rotačními stupni volnosti je uspořádán mezi první částí stopky, která je pevně uchycena k rámu a druhou částí stopky, která je pevně uchycena k tělesu, a prostřednictvím ovládacích ramen spojených otočně s rámem a s tělesem.
Dosavadní stav techniky
Řízený sférický pohyb tělesa je důležitý v řadě aplikací, například pro naklápěcí hlavy obráběcích strojů nebo nastavování polohy teleskopů a antén. Takovýto pohyb je dnes realizován buď mechanismy se sériovou kinematickou strukturou většinou na bázi Cardanova závěsu nebo mechanismy s paralelní kinematickou strukturou. Mechanismy se sériovou kinematickou strukturou mají velkou pohyblivost, tedy ve dvou rotacích rozsah 180 stupňů, ale jsou hmotné, jejich dynamické schopnosti jsou malé a ne ve všech polohách umožňují souvislý pohyb z jedné polohy do druhé. Naproti tomu mechanismy s paralelní kinematickou strukturou mají omezenou pohyblivost, tedy ve dvou rotacích rozsah obvykle menší než 90 stupňů, ale vykazují podstatně nižší hmotnost, mají větší dynamické schopnosti a ze všech poloh umožňují souvislý pohyb do následných poloh.
Naklápěcí hlavy obráběcích strojů byly pomocí paralelních kinematických struktur úspěšně řešeny ve spisu PCT WO 00/25976 a v EP 1123175 (Bl) pro naklápěcí hlavu Sprint Z3 firmy DS Technologie (nazývané EcoSpeed), kde bylo dosaženo schopnosti souvislého přejezdu mezi všemi polohami se zvýšenou dynamikou. Singulární polohy nedovolují těmto mechanismům větší rozsah úhlů. Zlepšení tohoto stavu je možné dosáhnout použitím redundantního (nadbytečného) počtu ramen s pohony, jejichž počet je větší než počet stupňů volnosti. Takový mechanismus s paralelní kinematickou strukturou pro sférický pohyb je popsán v článku Kurtz, R., Hayward, V.: Multiple-Goal Kinematic Optimization of a Parallel Spherical Mechanism with Actuator Redundancy, IEEE Transactions on Robotics and Automation, 8(1992), 5, pp. 644-651, kde je užito 4 paralelních ramen pro pohyb platformy uchycené vůči rámu sférickým kloubem na stopce vycházející z rámu. Toto řešení umožní značně zvýšit rozsah dosažitelných poloh úhlů, ale neumožňuje dosáhnout rozsah 90 a více stupňů, navíc při zhoršení manipulovatelnosti v okolí krajních poloh. Toto omezení vzniká ze dvou důvodů. Jednak vznikají kolize mezi platformou a stopkou vycházející z rámu při krajních polohách blížících se 90 stupňům a jednak nadbytečný počet 4 paralelních ramen je svým uspořádáním nedostatečný pro dostatečný odstup od singulárních poloh v celém pracovním prostoru. Proto bylo navrženo řešení v patentu CZ 302911, které odstraňuje předchozí nedostatky a dosahuje rozsah pohybu přes 90 stupňů. Toto řešení (nazývané HexaSphere) však potřebuje čtyři a více pohonů, obvykle šest pohonů.
Jiný mechanismus s paralelní kinematickou strukturou, který umožňuje dosáhnout rozsahu úhlů naklopení platformy 90 stupňů je Octapod (Valášek, M., Sika, Z., Bauma, V., Vampola, T.: The Innovative Potential of Redundantly Actuated PKM, In: Neugebauer, R.: Proc, of Parallel Kinematice Seminar 2004, IWU FhG, Chemnitz 2004, pp. 365-384) a Metrom (Schwaar, M., Jaehnert, T., Ihlenfeldt, S.: Mechatronic Design, Experimental Properte Analysis and Machining Strategie for a 5-Strut-PKM, In: Neugebauer, R.: Proc, of Parallel Kinematice Seminar 2002, IWU FhG, Chemnitz 2002, pp. 671-681 ). Nevýhodou Octapodu je, že ramena jsou umístěna kolem platformy ze všech stran. Nevýhodou Metromu je zhoršení manipulovatelnosti v okolí krajních poloh.
Jiný mechanismus je navržený v patentu CZ 305471, který odstraňuje předchozí nedostatky a
- 1 CZ 308204 B6 dosahuje rozsah pohybu přes 90 stupňů a má jen tři pohony. Toto řešení (nazývané EcoSphere) však nedosahuje tak dobré manipulovatelnosti jako HexaSphere.
Dále byl navržen v patentu CZ 306555 mechanismus (nazývaný TetraSphere), který dosahuje rozsah pohybu přes 90 stupňů a má jen čtyři pohony se zvláštním řízením, čímž dosahuje lepší manipulovatelnosti než EcoSphere, ale ne tak dobré jako HexaSphere.
Všechna tato řešení mají buď čtyři a více pohonů nebo nedosahují tak dobré manipulovatelnosti jako HexaSphere.
Konečně byl navržen v patentu CZ 306965 mechanismus (nazývaný DoubleSphere), který dosahuje rozsah pohybu přes 90 stupňů a má jen tři pohony, čímž dosahuje lepší manipulovatelnosti než EcoSphere, ale ne tak dobré jako HexaSphere. Jeho nevýhodou je, že konstrukční prostor tohoto mechanismu je v případě pohonu realizovaného posuvem na rámu větší.
Cílem tohoto vynálezu je zařízení pro řízený sférický pohyb těles na základě mechanismů s paralelní kinematickou strukturou, který by dosahoval pohyblivosti shodné s mechanismy se sériovou kinematickou strukturou, tedy ve dvou rotacích rozsah až 200 stupňů při zachování všech výhod mechanismů s paralelní kinematickou strukturou, přičemž by vyžadoval nižší počet pohonů oproti obdobným mechanismům a dosahoval obdobné manipulovatelnosti a potřeboval menší konstrukční prostor. Dalším cílem tohoto vynálezu je současné docílení vyšší přesnosti nastavení poloh tělesa.
Podstata vynálezu
Podstata zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa spojeného s rámem prostřednictvím sférického kloubu uspořádaného na stopce spojující těleso s rámem, přičemž stopka je třídílná a sférický kloub s alespoň dvěma rotačními stupni volnosti je uspořádán mezi první částí stopky, která je pevně uchycena k rámu, a druhou částí stopky, která je pevně uchycena k tělesu, a druhá část stopky je spojena s první částí stopky prostřednictvím vložené části stopky sférickými klouby, a prostřednictvím ovládacích ramen spojených s rámem a s tělesem spočívá v tom, že části stopek mají nenulovou délku, počet ovládacích ramen konstantní délky opatřených rotačními klouby spojenými rotačním ramenem se sférickým kloubem a spojených s rámem prostřednictvím rotačních pohonů a/nebo proměnlivé délky opatřených posuvným pohonem nebo teleskopickým výsuvným pohonem a spojených s rámem prostřednictvím rotačních kloubů je tři, přičemž ovládací ramena jsou spojena s tělesem prostřednictvím sférických kloubů. Rotační klouby a/nebo rotační pohony, jejichž prostřednictvím jsou tři ovládací ramena spojena s rámem, svírají v průmětu úhel 120° kolem osy stopky. První část stopky má případně proměnnou délku prostřednictvím posuvného pohonu, kterým je první část stopky opatřena.
Objasnění výkresů
Na přiložených obrázcích je schematicky znázorněno zařízení pro sférický pohyb tělesa, kde obr. 1 znázorňuje schematicky jedno z možných provedení obr. 2 znázorňuje svislý průmět zařízení podle obr. 1 obr. 3 znázorňuje další variantu provedení podle obr. 1 obr. 4 znázorňuje další variantu provedení podle obr. 1
-2CZ 308204 B6 obr. 5 znázorňuje rameno zařízení opatřené rotačním kloubem obr. 6 znázorňuje další variantu provedení podle obr. 1 s proměnlivou délkou stopky
Příklady uskutečnění vynálezu
Na obr. 1 je schematicky znázorněna varianta řešení podle vynálezu. Jak je patrné na obr. 1, platforma-těleso 1 je připojeno k rámu 5 prostřednictvím tří částí 7, 8, 13 stopky, přičemž první část 7 stopky je jedním koncem pevně spojena s rámem 5 a druhým koncem je spojena sférickým kloubem 2 s vloženou částí 13 stopky, která je jedním koncem spojena s první částí 7 stopky a druhým koncem je spojena sférickým kloubem 12 s druhou částí 8 stopky, jež je pevně spojena s tělesem L Platforma-těleso 1 nese obráběcí nástroj 120. jehož osa je kolmá na platformu-těleso 1 a prochází jeho středem. Jeden konec první části 7 stopky může případně tvořit jeden díl s rámem a jeden konec druhé části 8 stopky může tvořit jeden díl s tělesem 1. Obě části 7, 8 jsou spolu spojeny přes vloženou část 13 stopky sférickými klouby 2 a 12, což umožňuje pohyb tělesa 1 vzhledem k rámu 5. Všechny tři části 7, 8, 13 stopky mají nenulovou délku. Těleso 1 a rám 5 jsou spolu dále propojeny třemi různými způsoby. Tyto tři způsoby jsou znázorněny na obr. 1, 3 a 4. Varianta na obr. 1 užívá tři paralelní ovládací ramena 3, která jsou připojena k rámu 5 rotačními klouby 6, opatřena teleskopickými výsuvnými pohony 14 pro řízenou změnu délky ovládacích ramen 3 a připojena k platformě-tělesu 1 sférickými klouby 10 na krajních stopkách 9. Změnou délky ramen 3 pomocí pohonů 14 je docilován řízený sférický pohyb tělesa L Teleskopické výsuvné pohony 14 jsou například realizovány jako duté hřídele nebo teleskopické kuličkové šrouby poháněném rotačním nebo lineárním elektrickým pohonem nebo realizovány hydraulickými nebo pneumatickými válci. Sférické klouby 2, 12, IQ jsou tvořeny klouby s alespoň dvěma rotačními stupni volnosti. Počet paralelních ramen 3 s pohony 4 je tři a je redundantní, což znamená, že počet pohonů paralelních ovládacích ramen 3 je tři a je větší než počet stupňů volnosti tělesa 1 dané dvěma natočeními pro nastavení směru tělesa 1 ve dvou stupních volnosti například směru osy nástroje 120. Tím jsou v pracovním prostoru sférického pohybu tělesa 1 vyloučeny singulární polohy.
Na obr. 2 je znázorněn svislý průmět zařízení podle obr. 1 ve směru osy stopky 7. Rotační klouby leží obvykle na ploše válce nebo na kružnici kolem ose stopky 7. V daném příkladu provedení jsou rotační klouby 6 umístěny symetricky po 120 stupních. Je zde znázorněna poloha zařízení, kdy všechny části 7, 8, 13 stopky jsou v jedné ose. Je zde zřejmá podmínka uspořádání podle obr. 1, kdy rotační klouby 6 ramen 3 jsou uspořádány symetricky kolem sférického kloubu 2, což znamená, že průměty rotačních kloubů 6 a ramena 3 svírají vzájemně úhly 120 stupňů a že rotační klouby 6 na obr. 2 leží na kružnici kolem průmětu sférického kloubu 2. Ramena 3 jsou spojena s tělesem j. sférickými klouby 10 na krajních stopkách 9, které jsou rozmístěny na platformě-tělesu 1 s kruhovým tvarem symetricky po 120 stupních.
Osa nástroje 120 prochází středem tohoto kruhu a je kolmá na rovinu tvořenou středy sférických kloubů 10. Krajní stopky 9 příznivě zabraňují kolizi mezi rameny 3 a tělesem 1 při pohybu, ale nejsou pro řešení nutné. Paralelní ovládací ramena 3 jsou spojena s posuvnými pohony 4 rotačními klouby 6. Změnou polohy posuvných pohonů 4 ve vedeních na rámu 5 a tím změnou polohy rotačních kloubů 6 ramen 3 je docilován řízený sférický pohyb tělesa 1 daný nastavením směru tělesa 1.
Sférický pohyb tělesa 1 je tvořen změnou tří natočení tělesa 1, které lze popsat azimutem, elevací a vlastní rotací, nebo nastavení směru tělesa 1 je tvořeno změnou jen dvou natočení tělesa 1 které lze popsat azimutem a elevací. Azimut je rotace tělesa 1 kolem osy nástroje 120, elevace je změna sklonu osy nástroje 120 (obvykle vůči ose první části 7 stopky) a vlastní rotace je otočení tělesa 1 kolem osy nástroje 120 ve výsledné poloze dané předchozím natočením azimutem a elevací. Všechna tato natočení jsou však provedena současně. Pro funkci tohoto zařízení stačí často jen natočení osy nástroje 120 do požadovaného směru, což je dáno použitím jen prvních
-3 CZ 308204 B6 dvou natočení azimutem a elevací.
Obecně však ovládací ramena 3 mohou být uspořádána nesymetricky, což by znamenalo, že na obr. 2 průměty ramen 3 svírají rozdílné úhly od 120 stupňů nebo že rotační klouby 6 neleží na kružnici kolem průmětu sférického kloubu 2 nebo že sférické klouby 10 neleží na kružnici kolem průmětu sférického kloubu 2 nebo že rotační klouby 6 neleží na válcové ploše s osou tvořenou osou první části 7 stopky. Také obráběcí nástroj 120 je upevněn na platformě-tělesu 1 nesymetricky.
Velkou výhodou popisovaného uspořádání je, že je možný pohyb platformy-tělesa 1 ve dvou rotacích s rozsahem až 200 stupňů elevace při zachování všech výhod mechanismů s paralelní kinematickou strukturou pomocí pouhých tří pohonů. Dosažená pohyblivost je velká a je dosaženo dostatečného odstupu od singulárních poloh v celém pracovním prostoru, což vede také k příznivému přenosu sil mezi nástrojem 120 a pohony 4 a ke zvýšení přesnosti polohování nástroje 120. To je velký pokrok oproti předchozím řešením, kdy buď bylo třeba pět až šest pohonů nebo pohyb nebyl možný v takovém velkém rozsahu i při čtyřech pohonech nebo byl velmi omezený při třech pohonech.
Použití dělené stopky složené ze tří částí 7, 8, 13 umožňuje natočení tělesa 1 o více než 90°. Pro docílení takovéhoto natočení je délka první části 7 stopky připevněné k rámu 5 větší než vzdálenost okraje tělesa 1 od místa uchycení druhé části 8 stopky k tělesu L Délkou druhé části 8 stopky lze docílit různého rozsahu úhlu natočení tělesa 1 nad 90° a zabránit kolizím tělesa 1 s částmi 7, 13 stopky. Podobnou funkci pro zabránění kolizí při vzájemném pohybu platformytělesa J. a ramen 3 mají krajní stopky 9. Výhoda nenulovosti délky částí stopky je omezení vychýlení tělesa 1 od osy části stopky 7.
Je možné přidávat pohony, tím zvyšovat redundanci pohonů a současně zlepšovat manipulovatelnost. Výhodou zde popisovaných řešení je, že oproti dřívějším řešením je pro docílení jisté úrovně manipulovatelnosti třeba menšího stupně redundance pohonů, tedy o kolik je více pohonů než stupňů volnosti.
Výhodou popisovaného zařízení oproti patentu CZ 306965 je, že konstrukční prostor je omezen rovinou tvořenou středy rotačních kloubů 6, pod kterou se pohony ramen 3 nepohybují jako v CZ 306965. Konstrukční prostor popisovaného zařízení je omezen jen na válec daný středy rotačních kloubů 6, osou části stopky 7, rovinou rotačních kloubů 6 a rovnoběžnou rovinou jdoucí sférickým kloubem 2.
Na obr. 3 je varianta z obr. 1 upravena tak, že teleskopické výsuvné pohony 14 jsou nahrazeny posuvnými pohony 4 ramen 3. Posuvné pohony 4 mohou být například realizovány jako průchozí pohony maticí s pohybovým šroubem nebo ozubeným hřebenem s rotačním elektrickým pohonem nebo vedením s lineárním elektrickým pohonem.
Ve variantě podle obr. 3 se sice konce ramen 3 budou pohybovat pod rovinou tvořenou rotačními klouby 6, ale vyžadovaný konstrukční prostor bude menší než u řešení podle patentu CZ 306965.
Na obr. 4 je varianta z obr. 1 upravena tak, že ramena 3 s proměnnou délkou realizovanou teleskopickými výsuvnými pohony 14 jsou nahrazena paralelními ovládacími rameny 3, která jsou opatřena rotačními pohony 15 pro rotační pohyb ovládacích ramen 3. Paralelní ovládací ramena 3 jsou přes rotační kloub 6 a rotační rameno 16 připevněna ke sférickým kloubům 10 pro spojení k platformě-tělesu L Tato paralelní ovládací ramena 3 mají konstantní délku a jsou tři a jsou poháněna otáčením rotačními pohony 15. Příkladem rotačních pohonů 15 jsou rotační elektrické pohony.
Možnou alternativou řešení varianty podle obr. 4 je vzájemná záměna rotačních kloubů s pohonem 15. a bez pohonu 6 na jednom nebo více ovládacích ramenech 3.
-4CZ 308204 B6
Toto řešení má oproti patentu CZ 306965 výhodu omezeného konstrukčního prostoru nad rovinou rotačních pohonů 15. při pouhých třech ovládacích ramenech s pohony. Užití jen tří ovládacích ramen je umožněno užitím rotačních kloubů 6 mezi ovládacím ramenem 3 a rotačním ramenem 16 a dvou sférických kloubů 2 a 12 v dělené stopce. Opět výhodou řešení s krajními stopkami 9 je zabránění kolizí při vzájemném pohybu platformy-tělesa 1 a rotačních ramen 16.
Na obr. 5 je znázorněn podrobněji rotační pohon 15 s ovládacím ramenem 3 a rotačním ramenem 16 z obr. 4. Rotační pohon 15 obvykle tvořený rotačním elektrickým motorem s odměřováním úhlové polohy a případně s převodovkou je upevněn na rámu 5. Pohybuje ovládacím ramenem 3, jež je na obr. 5 pevně připevněno ke hřídeli rotačního pohonu 15 a je spojeno s rotačním ramenem 16 rotačním kloubem 6. Rotační ramene 16 je pak podle obr. 4 připojeno sférickým kloubem 10 k platformě-tělesu 1 přes krajní stopku 9.
Na obr. 6 je znázorněna varianta podle obr. 1, kde první část 7 stopky má proměnnou délku prostřednictvím posuvného pohonu 17. kterým je první část 7 stopky opatřena. To umožňuje kromě naklápění i výsun nástroje 120 s tělesem 1.
Základní výhodou popisovaného řešení je potřeba menšího konstrukčního prostoru pro realizaci zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa. Výhoda nenulovosti délky částí stopky je omezení vychýlení tělesa 1 od osy části stopky 7. Uváděné varianty řešení se mohou vzájemně kombinovat. Zvláště lze vzájemně zaměňovat druhy pohonů a druhy ovládacích ramen. Pokud je uvedena rovnoběžnost nebo kolmost nebo úhel os nebo rovin, pak tato podmínka se realizuje výrobou zařízení a tato výrobní realizace přesné podmínky rovnoběžnosti nebo kolmosti je vždy jen splněna v rámci výrobních tolerancí. Pokud je uvedena nenulovost délek, pak jde o nenulovost v rámci možného konstrukčního provedení. Popisované symetrie uspořádání nemusí být provedeny. Počet pohonů lze zvětšovat. Sférické klouby mohou být realizovány různým způsobem, například kulovým kloubem nebo více spojenými rotačními klouby. Mohou být přidány nebo odebrány krajní stopky 9. Poloha pohonů je řízena počítačem.

Claims (3)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa (1) spojeného s rámem (5) prostřednictvím sférického kloubu (2) uspořádaného na stopce spojující těleso (1) s rámem (5), přičemž stopka je třídílná a sférický kloub (2) s alespoň dvěma rotačními stupni volnosti je uspořádán mezi první částí (7) stopky, která je pevně uchycena k rámu (5), a druhou částí (8) stopky, která je pevně uchycena k tělesu (1), a druhá část (8) stopky je spojena s první částí (7) stopky prostřednictvím vložené části (13) stopky sférickými klouby (2) a (12), a prostřednictvím ovládacích ramen (3) spojených s rámem (5) a s tělesem (1), vyznačené tím, že části (7), (8), (13) stopek mají nenulovou délku, počet ovládacích ramen (3) konstantní délky opatřených rotačními klouby (6) spojenými rotačním ramenem (16) se sférickým kloubem (10) a spojených s rámem (5) prostřednictvím rotačních pohonů (15), a/nebo proměnlivé délky opatřených posuvným pohonem (4) nebo teleskopickým výsuvným pohonem (14) a spojených s rámem (5) prostřednictvím rotačních kloubů (6), je tři, přičemž ovládací ramena (3) jsou spojena s tělesem (1) prostřednictvím sférických kloubů (10).
  2. 2. Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa (1) podle nároku 1, vyznačené tím, že rotační klouby (6) a/nebo rotační pohony (15), jejichž prostřednictvím jsou tři ovládací ramena (3) spojena s rámem (5), v průmětu svírají úhel 120° kolem osy stopky (7).
    -5 CZ 308204 B6
  3. 3. Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa (1) podle nároku 1 a 2, vyznačené tím, že první část (7) stopky má proměnnou délku prostřednictvím posuvného pohonu (17), kterým je první část (7) stopky opatřena.
CZ2018-705A 2018-12-17 2018-12-17 Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa CZ2018705A3 (cs)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018-705A CZ2018705A3 (cs) 2018-12-17 2018-12-17 Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa
EP19713343.2A EP3911477A1 (en) 2018-12-17 2019-02-19 A device for control of a spherical motion of a body
PCT/CZ2019/000011 WO2020125821A1 (en) 2018-12-17 2019-02-19 A device for control of a spherical motion of a body

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018-705A CZ2018705A3 (cs) 2018-12-17 2018-12-17 Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ308204B6 true CZ308204B6 (cs) 2020-02-26
CZ2018705A3 CZ2018705A3 (cs) 2020-02-26

Family

ID=69583146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2018-705A CZ2018705A3 (cs) 2018-12-17 2018-12-17 Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3911477A1 (cs)
CZ (1) CZ2018705A3 (cs)
WO (1) WO2020125821A1 (cs)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112427975A (zh) * 2020-11-18 2021-03-02 崔江涛 一种立体多角度一体化多轴加工中心机构
CN112809237A (zh) * 2021-02-09 2021-05-18 杭州国辰机器人科技有限公司 一种大型钢结构姿态矫正自动焊接装置
CN113319827A (zh) * 2021-07-07 2021-08-31 天津大学 一种五自由度完全并联加工机器人

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998025193A1 (de) * 1996-12-04 1998-06-11 Martin Sundin Lagemessvorrichtung zur ermittlung von auslenkungen mit mindestens drei freiheitsgraden
WO1999010137A1 (en) * 1997-08-28 1999-03-04 Microdexterity Systems Parallel mechanism
DE19840886A1 (de) * 1998-09-08 2000-03-23 Juergen Hesselbach Bewegungsvorrichtung mit Parallelstruktur
EP2602068A1 (en) * 2010-08-02 2013-06-12 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Parallel mechanism
CN104175317A (zh) * 2014-07-24 2014-12-03 合肥工业大学 气动人工肌肉液压混合驱动六自由度并联机器人
CZ306965B6 (cs) * 2016-02-24 2017-10-18 ÄŚVUT v Praze, Fakulta strojnĂ­ Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000025976A2 (de) 1998-10-21 2000-05-11 Ds Technologie Werkzeugmaschinenbau Gmbh Gelenkwerkzeugkopf
CZ9901273A3 (cs) * 1999-04-12 2000-11-15 Michael Prof. Ing. Drsc. Valášek Víceramenné zařízení pro obrábění, měření a manipulaci
US6808344B2 (en) * 2002-12-27 2004-10-26 Jeng-Shyong Chen Multi-axis cartesian guided parallel kinematic machine
CZ303752B6 (cs) * 2006-01-04 2013-04-24 CVUT v Praze - fakulta strojní Zpusob a zarízení pro merení a/nebo kalibraci polohy telesa v prostoru
FR2957012A1 (fr) * 2010-03-05 2011-09-09 Francois Nicolas Robot parallele dote de trois a six degres de liberte dont trois degres de liberte en translation
CZ2014550A3 (cs) 2014-08-18 2015-10-14 ÄŚVUT v Praze, Fakulta strojnĂ­ Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa
CZ306555B6 (cs) 2015-06-22 2017-03-08 ÄŚVUT v Praze, Fakulta strojnĂ­ Způsob řízení sférického pohybu tělesa
CZ29702U1 (cs) * 2016-02-24 2016-08-16 ÄŚVUT v Praze, Fakulta strojnĂ­ Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998025193A1 (de) * 1996-12-04 1998-06-11 Martin Sundin Lagemessvorrichtung zur ermittlung von auslenkungen mit mindestens drei freiheitsgraden
WO1999010137A1 (en) * 1997-08-28 1999-03-04 Microdexterity Systems Parallel mechanism
DE19840886A1 (de) * 1998-09-08 2000-03-23 Juergen Hesselbach Bewegungsvorrichtung mit Parallelstruktur
EP2602068A1 (en) * 2010-08-02 2013-06-12 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Parallel mechanism
CN104175317A (zh) * 2014-07-24 2014-12-03 合肥工业大学 气动人工肌肉液压混合驱动六自由度并联机器人
CZ306965B6 (cs) * 2016-02-24 2017-10-18 ÄŚVUT v Praze, Fakulta strojnĂ­ Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa

Also Published As

Publication number Publication date
EP3911477A1 (en) 2021-11-24
CZ2018705A3 (cs) 2020-02-26
WO2020125821A1 (en) 2020-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CZ2007761A3 (cs) Zarízení pro rízení sférického pohybu telesa
CZ306555B6 (cs) Způsob řízení sférického pohybu tělesa
US8099188B2 (en) Parallel kinematic robot and method for controlling this robot
CN110545963B (zh) 多自由度并联机构
EP1684950B1 (en) Parallel kinematics mechanism with a concentric spherical joint
CZ308204B6 (cs) Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa
JP4125960B2 (ja) 産業用ロボット
JP7527020B2 (ja) 運動学的に冗長な作動を伴うパラレルメカニズム
WO2019011020A1 (zh) 具有平面两移动自由度的并联机构
US11731265B2 (en) Parallel-kinematic machine with versatile tool orientation
KR19990087796A (ko) 두 부재의 상대운동용 장치
US5832783A (en) Three-axis machine structure
CZ29702U1 (cs) Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa
CZ305471B6 (cs) Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa
CZ23772U1 (cs) Zařízení pro řízení sférického pohybu tělesa
US12350824B2 (en) Parallel-kinematic machine with versatile tool orientation