RU202578U1

RU202578U1 - MECHANICAL MANIPULATOR OF THE WORKING BODY WITH FOUR DEGREES OF FREEDOM

Info

Publication number: RU202578U1
Application number: RU2020119897U
Authority: RU
Inventors: Виктор Аркадьевич Глазунов; Сергей Александрович Скворцов; Роберт Александрович Чернецов; Любовь Васильевна Гаврилина; Елена Сергеевна Гебель; Василий Николаевич Пащенко
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2021-02-25

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к манипуляторам для работы через отверстие в перегородке.Поставленная задача полезной модели - повышение эксплуатационной эффективности устройств манипулирования достигается тем, что в предлагаемом устройстве манипулятора установлен управляющий привод комплексного поступательно-вращательного движения, связанный посредством механической кинематической передачи движения с выходным звеном, на котором закреплен рабочий орган. Кинематическая передача состоит из трех шарнирно соединенных между собой силовых рычагов, первый из которых установлен на валу привода и имеет хвостовик в виде вилки с закрепленным на ней вращательным двигателем, на валу которого жестко установлен второй рычаг, шарнирно соединенный соответственно с третьим рычагом, который в свою очередь сопряжен с выходным звеном. Выходное звено выполнено в виде трапециевидной рамки, которая с одной стороны шарнирно соединена с хвостовиком третьего рычага, причем на всех шарнирных соединениях трех рычагов и выходного звена дополнительно установлены зубчатые конические передачи, промежуточные колеса которых соединены между собой вертикальной и горизонтальной вращающимися штангами, закрепленными на плоскостях второго и третьего рычагов посредством вращательных шарниров. На одной из сторон рамки выходного звена установлена рабочая площадка с возможностью ее перемещения относительно рамки с помощью малогабаритного двигателя, а на площадке размещен отдельный вращательный привод с захватом рабочего органа. Управление рабочим органом осуществляется двумя приводами, один из которых позволяет перемещать и поворачивать рабочий орган относительно горизонтальной оси, а второй посредством вращательного двигателя и силовых рычагов перемещать его в пределах вертикальной плоскости, кроме того, установленные на выходном звене малогабаритные двигатели позволяют перемещать рабочий орган относительно рамки и вращать его вокруг своей оси, что в конечном счете обеспечивают рабочему органу четыре степени манипулирования в пространстве.The utility model relates to mechanical engineering, in particular to robotics, namely to manipulators for working through a hole in a partition. The stated objective of the utility model is to increase the operational efficiency of manipulation devices by the fact that a control drive of a complex translational-rotational motion is installed in the proposed manipulator device. by means of a mechanical kinematic transmission of motion with an output link on which the working body is fixed. The kinematic transmission consists of three power levers pivotally connected to each other, the first of which is mounted on the drive shaft and has a shank in the form of a fork with a rotary motor fixed on it, on the shaft of which the second lever is rigidly mounted, pivotally connected, respectively, to the third lever, which in its the queue is associated with the output link. The output link is made in the form of a trapezoidal frame, which on one side is pivotally connected to the shank of the third lever, and on all the articulated joints of the three levers and the output link, bevel gears are additionally installed, the intermediate wheels of which are interconnected by vertical and horizontal rotating rods fixed on the planes the second and third levers by means of rotary joints. On one side of the frame of the output link, a working platform is installed with the possibility of moving it relative to the frame using a small-sized motor, and a separate rotary drive with a grip of the working body is located on the platform. The working body is controlled by two drives, one of which allows you to move and rotate the working body relative to the horizontal axis, and the second, by means of a rotary motor and power levers, move it within the vertical plane, in addition, small-sized motors installed on the output link allow you to move the working body relative to the frame and rotate it around its axis, which ultimately provide the working body with four degrees of manipulation in space.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к манипуляторам для работы через отверстие в перегородке.The utility model relates to mechanical engineering, in particular to robotics, namely to manipulators for working through a hole in a partition.

В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности механизм манипулятора, описанного в RU 170656 U1, пространственный механизм включающий основание, выходное звено с расположенном на нем рабочим органом, начальную вращательную кинематическую пару, снабженную двигателем, начальное звено, промежуточную вращательную кинематическую пару, снабженную двигателем, промежуточное звено, вторую промежуточную вращательную кинематическую пару, второе промежуточное звено и, конечную вращательную кинематическую пару, сопряженную со вторым промежуточным звеном и с выходным звеном причем оси промежуточных и конечной вращательных кинематических пар расположены параллельно друг другу перпендикулярно оси начальной вращательной кинематической пары.As a prototype, the most similar in technical essence of the manipulator mechanism described in RU 170656 U1, a spatial mechanism including a base, an output link with a working body located on it, an initial rotary kinematic pair equipped with a motor, an initial link, an intermediate rotary kinematic pair equipped with a motor , an intermediate link, a second intermediate rotary kinematic pair, a second intermediate link and, a final rotational kinematic pair coupled with the second intermediate link and with an output link, wherein the axes of the intermediate and final rotational kinematic pairs are located parallel to each other perpendicular to the axis of the initial rotational kinematic pair.

Недостатками данного манипулятора являются наличие ремней, которые не обеспечивают достаточную жесткость, ограниченная рабочая область параллелограмного передаточного механизма. Помимо этого, механизм имеет значительную массу, т.к. образован несколькими массивными звеньями. Также целесообразно обеспечить вращение рабочего инструмента вокруг своей оси.The disadvantages of this manipulator are the presence of belts that do not provide sufficient rigidity, the limited working area of the parallelogram transmission mechanism. In addition, the mechanism has a significant mass, because formed by several massive links. It is also advisable to ensure the rotation of the working tool around its axis.

Цель полезной модели - устранение отмеченных недостатков и повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования.The purpose of the utility model is to eliminate the noted shortcomings and increase the technical and operational efficiency of manipulation devices.

Технический результат - повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования - достигается тем, что в манипуляторе, содержащем основание, на котором установлен управляющий привод комплексного поступательно-вращательного движения, связанный посредством механической кинематической передачи движения с выходным звеном, на котором закреплен рабочий орган. Кинематическая передача состоит из трех шарнирно соединенных между собой силовых рычагов, первый из которых установлен на валу привода и имеет хвостовик в виде вилки с закрепленной на ней вращательным двигателем, на валу которого жестко установлен второй рычаг, шарнирно соединенный соответственно с третьим рычагом, который в свою очередь сопряжен с выходным звеном. Выходное звено выполнено в виде трапециевидной рамки, которая с одной стороны шарнирно соединена с хвостовиком третьего рычага, причем на всех шарнирных соединениях трех рычагов и выходного звена дополнительно установлены зубчатые конические передачи, промежуточные колеса которых соединены между собой вертикальной и горизонтальной вращающимися штангами, закрепленными на плоскостях второго и третьего рычагов посредством вращательных шарниров. Кроме того, на одной из сторон рамки выходного звена установлена рабочая площадка с возможностью ее перемещения относительно рамки с помощью малогабаритного двигателя, а на площадке размещен отдельный вращательный привод с захватом рабочего органа.The technical result - an increase in the technical and operational efficiency of manipulation devices - is achieved by the fact that in a manipulator containing a base on which a control drive of a complex translational-rotational motion is installed, connected by means of a mechanical kinematic transmission of motion with an output link on which the working body is fixed. The kinematic transmission consists of three power levers pivotally connected to each other, the first of which is installed on the drive shaft and has a shank in the form of a fork with a rotary motor fixed on it, on the shaft of which the second lever is rigidly mounted, pivotally connected, respectively, to the third lever, which in its the queue is associated with the output link. The output link is made in the form of a trapezoidal frame, which on one side is pivotally connected to the shank of the third lever, and on all the articulated joints of the three levers and the output link, bevel gears are additionally installed, the intermediate wheels of which are interconnected by vertical and horizontal rotating rods fixed on the planes the second and third levers by means of rotary joints. In addition, on one side of the frame of the output link, a working platform is installed with the possibility of moving it relative to the frame using a small-sized motor, and a separate rotary drive with a grip of the working body is located on the platform.

Устройство манипулятора представлено на Фиг. 1.The manipulator device is shown in FIG. one.

Механический манипулятор рабочего органа с четырьмя степенями свободы включает основание 1, выходное звено 2 с расположенном на нем рабочим органом 3, кинематическую передачу, которая состоит из трех шарнирно соединенных между собой силовых рычагов, первый 4 из которых установлен на валу привода 5 и имеет хвостовик в виде вилки с закрепленной на ней вращательным двигателем 6, на валу которого жестко установлен второй рычаг 7, шарнирно соединенный соответственно с третьим рычагом 8, который в свою очередь сопряжен с выходным звеном 2, выполненным в виде трапециевидной рамки, которая одной стороной шарнирно соединена с хвостовиком третьего рычага 8, причем на всех шарнирных соединениях трех рычагов и выходного звена дополнительно установлены зубчатые конические передачи, промежуточные колеса 9 которых соединены между собой вертикальной 10 и горизонтальной 11 вращающимися штангами, закрепленными на плоскостях второго 7 и третьего 8 рычагов посредством вращательных шарниров 12. Рабочая площадка 13 установлена на одной из сторон рамки выходного звена 2 с возможностью ее перемещения относительно рамки с помощью малогабаритного двигателя 14, а на самой площадке 13 размещен отдельный двигатель 15 для вращения инструмента рабочего органа 3.The mechanical manipulator of the working body with four degrees of freedom includes a base 1, an output link 2 with a working body 3 located on it, a kinematic transmission, which consists of three power levers pivotally connected to each other, the first 4 of which is installed on the drive shaft 5 and has a shank in the form of a fork with a rotary motor 6 fixed on it, on the shaft of which the second lever 7 is rigidly mounted, pivotally connected, respectively, with the third lever 8, which in turn is mated with the output link 2, made in the form of a trapezoidal frame, which is pivotally connected to the shank on one side of the third lever 8, and on all the articulated joints of the three levers and the output link, gear bevel gears are additionally installed, the intermediate wheels 9 of which are interconnected by vertical 10 and horizontal 11 rotating rods, fixed on the planes of the second 7 and third 8 levers by means of rotary hinges 12. Working flat The jaw 13 is installed on one of the sides of the frame of the output link 2 with the possibility of its movement relative to the frame using a small-sized motor 14, and on the platform 13 itself there is a separate motor 15 for rotating the tool of the working member 3.

Механический манипулятор (Фиг. 1) работает следующим образом.Mechanical manipulator (Fig. 1) works as follows.

Сложное перемещение рабочего органа в пространстве и управление этим движением осуществляется путем управления приводом 5 и вращательными двигателями 6, 14 15, установленными как на самом основании 1, так и на силовых рычагах 4, 7, 8 и выходном звене 2, выполненном по форме трапециевидной рамки, оснащенной дополнительными приспособлениями в виде подвижной площадки 13 с малогабаритными двигателями 14, 15 для перемещения площадки относительно рамки и вращения инструмента рабочего органа 3. Кинематическая связь между приводом 5, установленным на основании, и выходным звеном 2 обеспечивается посредством трех шарнирно соединенных между собой силовых рычагов 4, 7, 8, первый из которых установлен на валу привода 5 и имеет хвостовик в виде вилки с закрепленной на ней вращательным двигателем 6, на валу которого жестко установлен второй рычаг 7, шарнирно соединенный соответственно с третьим рычагом 8, последний в свою очередь сопряжен с выходным звеном 2, выполненным в виде трапециевидной рамки, причем на всех шарнирных соединениях трех рычагов 4, 7, 8 и выходного звена 2 дополнительно установлены зубчатые конические передачи, промежуточные колеса 9 которых соединены между собой вертикальной 10 и горизонтальной 11 вращающимися штангами, закрепленными на плоскостях второго 7 и третьего 8 рычагов посредством вращательных шарниров 13. Оснащение цепи шарнирно связанных между собой силовых рычагов дополнительной кинематической линией связи в виде зубчатых конических передач придает всей кинематической передаче заданную направленность движений рычагов относительно друг друга в пределах допустимых углов поворачивания и исключает возможность их произвольного перемещения.The complex movement of the working body in space and the control of this movement is carried out by controlling the drive 5 and rotary motors 6, 14 15, installed both on the base 1 itself, and on the power levers 4, 7, 8 and the output link 2, made in the form of a trapezoidal frame equipped with additional devices in the form of a movable platform 13 with small-sized motors 14, 15 for moving the platform relative to the frame and rotating the tool of the working body 3. The kinematic connection between the drive 5 installed on the base and the output link 2 is provided by means of three pivotally connected power levers 4, 7, 8, the first of which is mounted on the drive shaft 5 and has a fork-shaped shank with a rotary motor 6 fixed on it, on the shaft of which the second lever 7 is rigidly mounted, pivotally connected, respectively, to the third lever 8, the latter in turn is mated with an output link 2, made in the form of a trapezoidal frame, moreover, on all the hinged joints of the three levers 4, 7, 8 and the output link 2, gear bevel gears are additionally installed, the intermediate wheels 9 of which are interconnected by vertical 10 and horizontal 11 rotating rods, fixed on the planes of the second 7 and third 8 levers by means of rotary hinges 13 Equipping the chain of pivotally connected power levers with an additional kinematic link in the form of bevel gears gives the entire kinematic transmission a given direction of movement of the levers relative to each other within the permissible angles of rotation and excludes the possibility of their arbitrary movement.

Таким образом, управление приводом 5 позволяет перемещать и поворачивать рабочий орган относительно горизонтальной оси, а управление вращательным двигателем 6 с помощью силовых рычагов 7 и 8 перемещать его в пределах вертикальной плоскости, кроме того, установленные на выходном звене малогабаритные двигатели 14 и 15 позволяют перемещать рабочий орган 3 относительно рамки и вращать его вокруг своей оси, что в конечном счете обеспечивают рабочему органу четыре степени манипулирования в пространстве.Thus, the control of the drive 5 allows you to move and rotate the working body about the horizontal axis, and the control of the rotary motor 6 using the power levers 7 and 8 to move it within the vertical plane, in addition, the small-sized motors 14 and 15 installed on the output link allow the worker to move body 3 relative to the frame and rotate it around its axis, which ultimately provide the working body with four degrees of manipulation in space.

Claims

A mechanical manipulator of the working body with four degrees of freedom, containing a base with a controlled drive of the complex translational-rotational motion installed on it, connected by means of a mechanical kinematic transmission of motion with an output link, on which the working body is fixed, characterized in that the kinematic transmission consists of three articulated between themselves power levers, the first of which is installed on the drive shaft and has a shank in the form of a fork with a rotary motor fixed on it, on the shaft of which the second lever is rigidly mounted, pivotally connected, respectively, to the third lever, the latter in turn is conjugated with the output link made in the form of a trapezoidal frame, one side of the frame is pivotally connected to the shank of the third lever, and on all the hinge joints of the three levers and the output link, bevel gears are additionally installed, the intermediate wheels of which are connected to each other by a vertical horizontal and horizontal rotating rods, fixed on the planes of the second and third levers by means of rotary hinges, in addition, on one of the sides of the frame of the output link, a working platform is installed with the possibility of moving it relative to the frame using a small-sized motor, and a separate rotary drive with a grip working body.