RU147057U1

RU147057U1 - SPATIAL MECHANISM WITH SIX DEGREES OF FREEDOM

Info

Publication number: RU147057U1
Application number: RU2014125459/11U
Authority: RU
Inventors: Виктор Аркадьевич Глазунов; Алексей Борисович Ласточкин; Сергей Владимирович Левин; Гагик Володяевич Рашоян; Константин Андреевич Шалюхин
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2014-10-27

Abstract

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 кинA spatial mechanism with six degrees of freedom, containing a base, an output link, three kinematic chains, each of which contains a rod connected to the output link by means of a spherical hinge and mated to the base by means of a spherical hinge with a hole, which allows the translational movement of the rod relative to the base, two drives translational motion, the fixed parts of which are fixed on the base, and the drives and the output link are located on opposite sides of the bases each drive is equipped with an intermediate link, one end of which is pivotally connected to the moving part of the drive, and the other to the corresponding rod, characterized in that the drives contain a fixed screw fixed to the base and a moving part-motor with a drive nut, and the moving part is connected with intermediate link through a cardan joint containing the input and output rotational kinematic pairs having perpendicular axes and bushings, where the axis and sleeve of the input rotational pair are stationary the th linear drive screw and the drive nut, the axis of the output rotary pair is fixed to the movable part of the drive, one end of the intermediate link is connected to the sleeves of the output rotary pair, the second end of the intermediate link is connected to the rod by three rotational pairs installed in series, where the axis of the first pair is the intermediate link , and the axis of the third pair is the rod, and the axes of the second kinematic pairs and intermediate links belonging to the same rod intersect at one point, and the axes of the second kin

Description

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.The utility model relates to mechanical engineering, in particular to robotics, and in particular to the spatial handling mechanisms of robots with six degrees of freedom with a working area separated from the drive location zone.

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.A spatial mechanism with six degrees of freedom is known (patent SU 1661528 A1), comprising a base with pneumatic translational drives mounted on it, an output link on which a manipulation object or tool can be fixed, three kinematic chains connecting the drives to the final link, and each which includes a rod passing with the possibility of translational movement through the hole of the ball joint integrated into the base, one end of the rod is pivotally connected to the output link, and right - with two linear drives, and the drives and the output link are located on different sides from the base of the mechanism.

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.The disadvantage of this device is that in each of the three kinematic chains one of the two pneumatic translational translation drives is rigidly attached to the corresponding rod, and the second is also a link pivotally mounted between the base and the first drive. This, on the one hand, imposes restrictions on the possible geometric dimensions of the mechanism, on the other hand, the use of a drive link increases the mass of the moving elements of the kinematic chain, which leads to additional power costs, a decrease in accuracy and reliability.

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.The prototype is the spatial mechanism closest in technical essence with six degrees of freedom (Application for invention 2012140211/11 of 09/20/2012, which issued a positive decision), containing a base with drives installed on it, an output link, three kinematic chains, each of which contains a rod connected to the output link by means of a spherical hinge and mating with the base by means of a spherical hinge with a hole made with the possibility of translational movement of the rod the base, two linear drives, the fixed parts of which are mounted on the base, and the drives and the output link are located on opposite sides of the base, each linear drive is equipped with an intermediate link, one end of which is pivotally connected to the moving part of the drive and the other to the corresponding rod.

К недостаткам такого механизма можно отнести ограниченный угол поворота промежуточного звена в сферических шарнирах, что уменьшает объем рабочей зоны выходного звена.The disadvantages of this mechanism include the limited angle of rotation of the intermediate link in spherical joints, which reduces the volume of the working area of the output link.

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.The purpose of the utility model is to eliminate the noted drawbacks and increase the technical and operational efficiency of manipulation devices in space along six coordinates with the working area of the output link, separated from the area of the drives.

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 основанияThis goal is achieved by the fact that in a spatial mechanism with six degrees of freedom, containing a base with translational drives installed on it, an output link on which a manipulation object or tool can be fixed, as well as three kinematic chains connecting the drive to the output link, which include rods and intermediate links connected to the output link. The rods are pivotally connected to the intermediate and output links, and are also coupled to the base by means of built-in spherical hinges with holes, providing translational movement of the rods relative to the base

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.The connection of the rods with the intermediate links is made by means of cardan joints. Each kinematic chain has two linear drives. The drives and the output link are located on opposite sides of the base, each linear drive is equipped with an intermediate link, one end of which is pivotally connected to the movable part of the drive and the other to the corresponding rod. The drives comprise a fixed screw fixed to the base and a movable part — an engine with a drive nut, the movable part being connected to the intermediate link by a cardan joint containing input and output rotational kinematic pairs having perpendicular axes and bushings, where the axis and sleeve of the input rotational pair are fixed linear drive screw and drive nut, the axis of the output rotary pair is fixed to the movable part of the drive, one end of the intermediate link is connected to the output bushes rotational pair, the second end of the intermediate link is connected to the rod by means of three rotational pairs in series, where the axis of the first pair is the intermediate link, and the axis of the third pair is the rod, and the axes of the second kinematic pairs and intermediate links belonging to the same rod intersect at one point and the axes of the second kinematic pairs are perpendicular to the rod.

Устройство - пространственный механизм с шестью степенями свободы представлен на Фиг. 1.The device — a spatial mechanism with six degrees of freedom — is shown in FIG. one.

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.The spatial mechanism with six degrees of freedom consists of a base 1, an output link 2, three kinematic chains, each of which includes a rod 3 connected to the final link 2 by means of a spherical hinge 4 and mated to the base 1 by means of a spherical hinge 5 with an opening that allows translational the movement of the rod 3 relative to the base 1. Two linear drives, the fixed parts of which are made in the form of screws 6, are fixed on the base 1, and the moving parts 7, including the engine and the water nut 8 is connected to one end of the intermediate link 9 by means of a universal joint made in the form of input and output rotational kinematic pairs having axes and bushings with axes intersecting at right angles, where screw 6 plays the role of the axis, and drive nut 8 - bushings of the input rotational pair . The axis 10 of the output rotary pair is fixed on the movable part 7 of the drive, one end of the intermediate link 9 is connected to the output sleeves of the rotary pair, the second end of the intermediate link is connected to the rod by three rotational pairs 11, 12, 13 connected in series, the axis of the first pair 11 is the intermediate link 9, and the axis of the third pair 13 is rod 3, the axes of the second kinematic pairs 12 and the intermediate links 9 belonging to the same rod 3 intersect at one point, and the axes of the second kinematic pairs 12 are perpendicular yarny rod 3. Such a sequence of kinematic pairs similar to the universal joint.

Пространственный механизм с шестью степенями свободы работает следующим образом.The spatial mechanism with six degrees of freedom works as follows.

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.The movement of the final link 2 relative to the base 1 is carried out by means of three kinematic chains, with each translational drive transmitting movement from its movable part 7 containing the engine through the drive nut 8 and cardan joint made in the form of input and output rotational kinematic pairs having an axis and bushings with axes intersecting at right angles, where the axis and sleeve of the input rotary pair are the fixed screw of the linear actuator 6 and the drive nut 8, coupled to the movable part of the actuator 7. Then, through the axis 10 of the output rotary pair, which is fixed on the movable part 7 of the drive, to the corresponding intermediate link 9 and then through three rotational pairs 11, 12, 13 successively installed on the rod 3, which transfers the movement to the final link 2 by means of a spherical hinge 4 Since the actuators are located on the base 1 on the other side relative to the final link 2, each rod 3 is moved relative to the base 1 through a spherical hinge 5, made with the possibility of translational movement of the rod I 3. The mechanism provides the final link 2 six degrees of freedom.

Claims

Spatial mechanism with six degrees of freedom, containing a base, an output link, three kinematic chains, each of which contains a rod connected to the output link by means of a spherical hinge and mated to the base by means of a spherical hinge with a hole, which enables translational movement of the rod relative to the base, two drives translational motion, the fixed parts of which are fixed on the base, and the drives and the output link are located on opposite sides of the bases each drive is equipped with an intermediate link, one end of which is pivotally connected to the moving part of the drive, and the other to the corresponding rod, characterized in that the drives contain a fixed screw fixed to the base and a moving part-motor with a drive nut, and the moving part is connected with intermediate link through a cardan joint containing the input and output rotational kinematic pairs having perpendicular axes and bushings, where the axis and sleeve of the input rotational pair are stationary the th linear drive screw and the drive nut, the axis of the output rotary pair is fixed to the movable part of the drive, one end of the intermediate link is connected to the sleeves of the output rotary pair, the second end of the intermediate link is connected to the rod by three rotational pairs installed in series, where the axis of the first pair is the intermediate link , and the axis of the third pair is the rod, and the axes of the second kinematic pairs and intermediate links belonging to the same rod intersect at one point, and the axes of the second kin The pairs are perpendicular to the rod.