RU133045U1

RU133045U1 - SPATIAL MECHANISM WITH STABILIZING KINEMATIC CHAINS

Info

Publication number: RU133045U1
Application number: RU2013115036/02U
Authority: RU
Inventors: Ривнер Фазылович Ганиев; Валерий Павлович Касилов; Виктор Аркадьевич Глазунов; Сергей Владимирович Левин; Константин Андреевич Шалюхин
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2013-04-04
Publication date: 2013-10-10

Abstract

Пространственный механизм, содержащий основание, конечное звено, три закрепленных посредством опор к основанию приводов поступательного перемещения, два из которых установлены горизонтально, а третий - вертикально при взаимно перпендикулярном направлении осей, и три кинематические цепи от приводов до конечного звена, при этом каждый привод поступательного перемещения состоит из вращательного двигателя и пары винт-гайка, а каждая кинематическая цепь содержит три вращательные кинематические пары, оси которых параллельны оси соответствующего двигателя, и два промежуточных звена, расположенных между упомянутыми вращательными кинематическими парами, отличающийся тем, что каждая кинематическая цепь дополнительно снабжена двумя стабилизирующими кинематическими цепями между опорами приводов и гайкой, содержащими по три вращательные кинематические пары с параллельным расположением осей и по два промежуточных соединенных между собой звена, причем первые вращательные пары стабилизирующих кинематических цепей расположены на каждой из трех гаек с взаимно перпендикулярными осями, а третьи вращательные пары вспомогательных цепей закреплены на опорах приводов.A spatial mechanism comprising a base, an end link, three translational drives fixed to the base by bearings, two of which are mounted horizontally and the third vertically with mutually perpendicular axis directions, and three kinematic chains from the drives to the final link, with each translational drive displacement consists of a rotational motor and a screw-nut pair, and each kinematic chain contains three rotational kinematic pairs whose axes are parallel to the axis of the corresponding the engine, and two intermediate links located between the said rotational kinematic pairs, characterized in that each kinematic chain is additionally equipped with two stabilizing kinematic chains between the bearings of the drives and the nut, containing three rotational kinematic pairs with a parallel arrangement of axes and two intermediate connected between links, and the first rotational pairs of stabilizing kinematic chains are located on each of the three nuts with a mutually perpendicular bubbled axes, and the third rotational pair of auxiliary chains are fixed on the drive supports.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам роботов с тремя степенями свободы и кинематической развязкой. Установка позволяет осуществлять перемещение закрепленного на конечном звене объекта вдоль трех взаимно перпендикулярных осей.The utility model relates to mechanical engineering, in particular to robotics, and in particular to the spatial manipulation mechanisms of robots with three degrees of freedom and kinematic decoupling. The installation allows moving the object fixed on the final link along three mutually perpendicular axes.

Известен пространственный механизм, описанный в работе X.Kong, C.Gosselin Type Synthesis of Parallel Mechanisms Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007, P.15, fig.1.7а, включающий основание, выполненное в виде платформы с вертикальной стойкой, конечное звено и три привода поступательного перемещения, расположенные с взаимно перпендикулярными осями, каждый содержит вращательный двигатель, вал которого связан с винтом, а гайка закреплена на каретке, движущейся по направляющей, три кинематические цепи, каждая имеет три вращательные кинематические пары, оси которых параллельны оси соответствующего двигателя и два промежуточных звена, расположенные между вращательными кинематическими парами.The spatial mechanism is known, described in the work of X.Kong, C. Gosselin Type Synthesis of Parallel Mechanisms Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007, P.15, fig.1.7a, including a base made in the form of a platform with a vertical strut, an end link and three translational drive, located with mutually perpendicular axes, each contains a rotational motor, the shaft of which is connected to the screw, and the nut is mounted on a carriage moving along the guide, three kinematic chains, each has three rotational kinematic pairs, the axes of which are parallel to the axis corresponding engine and two intermediate links located between rotational kinematic pairs.

Его недостатком является расположение двух поступательных двигателей на стойке, что снижает жесткость механизма. Кроме того, использование пары направляющая-каретка совместно с приводом винт-гайка усложняет устройство и увеличивает его стоимость.Its disadvantage is the location of two translational engines on the rack, which reduces the rigidity of the mechanism. In addition, the use of a pair of guide-carriage together with a screw-nut drive complicates the device and increases its cost.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленной полезной модели является робототехническая установка (Патент на полезную модель RU №115709 B25J 9/00 от 10.05.2012 г. «Робототехническая технологическая установка») включающая основание, выполненное в виде платформы с вертикальной стойкой, конечное звено и три привода поступательного перемещения, включающие вращательный двигатель и пару винт-гайка, два из которых установлены на платформе основания, а третий - на вертикальной стойке, причем оси двигателей взаимно перпендикулярны, три кинематические цепи, каждая из которых содержит три вращательные кинематические пары, оси которых параллельны оси соответствующего двигателя и два промежуточных звена, расположенных между вращательными кинематическими парами.The closest in technical essence to the claimed utility model is a robotic installation (Patent for utility model RU No. 115709 B25J 9/00 of 05/10/2012, "Robotic technological installation") including a base made in the form of a platform with a vertical rack, the end link and three drives of translational movement, including a rotary engine and a pair of screw-nuts, two of which are mounted on the base platform, and the third on a vertical strut, with the axis of the motors mutually perpendicular, three kinematic chains, each of which contains three rotational kinematic pairs, the axes of which are parallel to the axis of the corresponding engine and two intermediate links located between the rotational kinematic pairs.

Эта установка принята за прототип. К ее недостаткам следует отнести повышенную вибрацию из-за колебаний гайки относительно винта, которая в конечном счете оказывает отрицательное влияние на точность действия инструмента или другого оборудования, установленного на конечном звене.This installation is taken as a prototype. Its disadvantages include increased vibration due to vibrations of the nut relative to the screw, which ultimately negatively affects the accuracy of the tool or other equipment installed on the final link.

Технический результат - устранение отмеченных недостатков.The technical result is the elimination of these shortcomings.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве - пространственном механизме, включающем основание, выполненное в виде платформы с вертикальной стойкой, конечное звено и три привода поступательного перемещения, включающие вращательный двигатель и пару винт-гайка, два из которых установлены на платформе основания, а третий - на вертикальной стойке, причем оси двигателей взаимно перпендикулярны, три кинематические цепи, каждая из которых содержит три вращательные кинематические пары, оси которых параллельны оси соответствующего двигателя и два промежуточных звена, расположенных между вращательными кинематическими парами. Новым является то, что каждая кинематическая цепь дополнительно снабжена двумя стабилизирующими кинематическими цепями, содержащими по три вращательные кинематические пары, имеющие параллельные оси, и по два промежуточных звена, расположенных между ними, причем первые вращательные пары соответствующих кинематических цепей расположены на каждой из трех гаек с взаимно перпендикулярными осями, а третьи вращательные пары вспомогательных цепей закреплены на основании.The technical result is achieved by the fact that in the known device - a spatial mechanism that includes a base made in the form of a platform with a vertical strut, a final link and three translational movement drives, including a rotational motor and a screw-nut pair, two of which are mounted on the base platform, and the third - on a vertical strut, and the axes of the engines are mutually perpendicular, three kinematic chains, each of which contains three rotational kinematic pairs, the axes of which are parallel to the axis respectively engine and two intermediate links located between rotational kinematic pairs. New is that each kinematic chain is additionally equipped with two stabilizing kinematic chains containing three rotational kinematic pairs having parallel axes, and two intermediate links located between them, the first rotational pairs of the corresponding kinematic chains being located on each of the three nuts with mutually perpendicular axes, and the third rotational pairs of auxiliary circuits are fixed on the base.

На Фиг.1 показана схема пространственного механизма, на Фиг.2 - схема одной кинематической цепи.Figure 1 shows a diagram of the spatial mechanism, figure 2 is a diagram of one kinematic chain.

Предлагаемый пространственный механизм состоит из основания 1 (Фиг.1), трех приводов поступательного перемещения, жестко закрепленных на основании 1 посредством опор 2 и состоящих из вращательных двигателей 3 с винтовыми валами 4, на которых установлены подвижные гайки 5, образующие с винтом кинематическую пару «винт-гайка», а также трех кинематических цепей, соединяющих привода поступательного перемещения и конечное звено 6. Два двигателя 3 установлены горизонтально, а третий - вертикально таким образом, что обеспечивается взаимно перпендикулярное направление осей. Каждая кинематическая цепь содержит три вращательные кинематические пары 7, 8, 9 (см. фиг.2), оси которых параллельны оси соответствующего двигателя, и два промежуточных звена 10, 11, соединенные между собой вращательной кинематической парой 8, при этом каждая кинематическая цепь дополнительно снабжена двумя стабилизирующими кинематическими цепями между опорами приводов 2 и гайкой 5, содержащими по три вращательные кинематические пары 12, 13, 14 с параллельным расположением осей и по два промежуточных соединенных между собой звена 15, 16, причем первые вращательные пары 12 стабилизирующих кинематических цепей расположены на каждой из трех гаек 5 с взаимно перпендикулярными осями, а третьи вращательные пары 14 вспомогательных цепей закреплены на опорах 2 приводов.The proposed spatial mechanism consists of a base 1 (Figure 1), three translational drives, rigidly fixed to the base 1 by means of bearings 2 and consisting of rotary motors 3 with screw shafts 4, on which are mounted movable nuts 5, forming a kinematic pair with a screw screw-nut ”, as well as three kinematic chains connecting the translational drive and the final link 6. Two motors 3 are installed horizontally, and the third is vertically so that mutually perpendi is provided the axial direction of the axes. Each kinematic chain contains three rotational kinematic pairs 7, 8, 9 (see FIG. 2), the axes of which are parallel to the axis of the corresponding engine, and two intermediate links 10, 11 connected by a rotational kinematic pair 8, each kinematic chain additionally equipped with two stabilizing kinematic chains between the bearings of the drives 2 and the nut 5, containing three rotational kinematic pairs 12, 13, 14 with a parallel arrangement of axes and two intermediate interconnected links 15, 16, and s 12 turning pairs stabilizing kinematic chains are located on each of the three bolts 5 with mutually perpendicular axes, and the third rotational pair of auxiliary circuits 14 are fixed on supports two drives.

Пространственный механизм работает следующим образом. Закрепленные на основании 1 посредством опор 2 вращательные двигатели 3 вызывают вращение винтовых валов 4 и соответствующее поступательное перемещение гаек 5. В движение приводятся соответствующие кинематические цепи, содержащие три вращательные кинематические пары 7, 8, 9, оси которых параллельны оси соответствующего винтового вала 4 и два промежуточных звена 10 и 11, расположенных между вращательными кинематическими парами, приводят в движение выходное звено 6, на котором может быть закреплено захватное устройство для удержания обрабатываемой детали или инструмента. Для увеличения жесткости механизма, повышения точности и уменьшения колебаний в каждую кинематическую цепь включены стабилизирующие кинематические цепи содержащие по три вращательные кинематические пары 12, 13, 14, имеющие параллельные оси, и расположенных между ними два промежуточных звена 15, 16, причем первые вращательные пары 12 соответствующих кинематических цепей расположены на каждой из трех гаек 5 с взаимно перпендикулярными осями, а третьи вращательные пары 14 вспомогательных цепей закреплены на опорах 2, расположенных на основании 1. Поскольку оси кинематических пар обеих стабилизирующих кинематических цепей перпендикулярны друг другу и соответствующему винту 4, то гайка 5 может двигаться только поступательно, уменьшая колебания гайки 5 и соответственно передачу этих колебаний через кинематическую пару звеньев 10, 11 на конечное звено 6, которое предназначено для крепления какого-либо захватного устройства, либо для удержания обрабатываемой детали или инструмента.The spatial mechanism works as follows. Fixed on the base 1 by means of bearings 2 rotational motors 3 cause the rotation of the screw shafts 4 and the corresponding translational movement of the nuts 5. The corresponding kinematic chains containing three rotational kinematic pairs 7, 8, 9, the axes of which are parallel to the axis of the corresponding helical shaft 4 and two the intermediate links 10 and 11 located between the rotational kinematic pairs, drive the output link 6, on which a gripping device can be fixed to hold the processing part or tool. To increase the rigidity of the mechanism, improve accuracy and reduce vibrations, each kinematic chain includes stabilizing kinematic chains containing three rotational kinematic pairs 12, 13, 14 having parallel axes, and two intermediate links 15, 16 located between them, the first rotational pairs 12 the corresponding kinematic chains are located on each of the three nuts 5 with mutually perpendicular axes, and the third rotational pairs 14 of the auxiliary chains are fixed on the supports 2 located on the base 1. Since the axes of the kinematic pairs of both stabilizing kinematic chains are perpendicular to each other and to the corresponding screw 4, the nut 5 can only move progressively, reducing the vibrations of the nut 5 and, accordingly, the transmission of these vibrations through the kinematic pair of links 10, 11 to the final link 6, which is designed to fix which - either a gripper, or to hold the workpiece or tool.

Использование дополнительных стабилизирующих кинематических цепей позволяет уменьшить колебания гайки относительно винта, повышая тем самым жесткость механизма и увеличивая точность действий оборудования, установленного на конечном звене.The use of additional stabilizing kinematic chains reduces the oscillations of the nut relative to the screw, thereby increasing the rigidity of the mechanism and increasing the accuracy of the equipment installed on the final link.

Claims

A spatial mechanism comprising a base, an end link, three translational drives fixed to the base by bearings, two of which are mounted horizontally and the third vertically with mutually perpendicular axis directions, and three kinematic chains from the drives to the final link, with each translational drive displacement consists of a rotational motor and a screw-nut pair, and each kinematic chain contains three rotational kinematic pairs whose axes are parallel to the axis of the corresponding the engine, and two intermediate links located between the said rotational kinematic pairs, characterized in that each kinematic chain is additionally equipped with two stabilizing kinematic chains between the bearings of the drives and the nut, containing three rotational kinematic pairs with a parallel arrangement of axes and two intermediate connected between links, and the first rotational pairs of stabilizing kinematic chains are located on each of the three nuts with a mutually perpendicular bubbled axes, and the third rotational pair of auxiliary chains are fixed on the drive supports.