RU205104U1

RU205104U1 - Manipulation spatial mechanism

Info

Publication number: RU205104U1
Application number: RU2021103994U
Authority: RU
Inventors: Сергей Валерьевич Хейло; Виктор Аркадьевич Глазунов; Рена Мамедовна Гулиева; Егор Олегович Гарин; Михаил Александрович Шолохов
Priority date: 2021-02-17
Filing date: 2021-02-17
Publication date: 2021-06-28

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в конструкциях пространственных манипуляционных механизмов. Механизм содержит основание, выходное звено, выполненное в виде установленного на основании посредством сферической опоры стержня с рабочим органом на его свободном конце, при этом стержень размещен в диаметральном отверстии сферической головки упомянутой сферической опоры с возможностью поступательного и вращательного движения, и установленные на основании приводы поступательного перемещения, связанные с упомянутым стержнем соответствующими кинематическими цепями, каждая из которых состоит из двух промежуточных звеньев, соединенных между собой вращательной кинематической парой, при этом первое промежуточное звено каждой кинематической цепи связано с соответствующим приводом поступательного перемещения посредством сферического шарнира, второе промежуточное звено одной из кинематических цепей соединено со стержнем непосредственно, а вторые промежуточные звенья каждой из двух других кинематических цепей соединены со стержнем посредством двухподвижной вращательной кинематической пары, обеспечивающей вращательно-поступательное движение. Использование полезной модели позволяет расширить технологические возможности механизма. 1 ил.The utility model relates to the field of mechanical engineering and can be used in the construction of spatial manipulation mechanisms. The mechanism contains a base, an output link made in the form of a rod installed on the base by means of a spherical support with a working member at its free end, while the rod is placed in the diametrical hole of the spherical head of the said spherical support with the possibility of translational and rotational movement, and translational drives installed on the base displacements associated with the said rod by corresponding kinematic chains, each of which consists of two intermediate links connected by a rotary kinematic pair, while the first intermediate link of each kinematic chain is connected to the corresponding translational drive by means of a spherical hinge, the second intermediate link of one of the kinematic chains is connected to the rod directly, and the second intermediate links of each of the other two kinematic chains are connected to the rod by means of a two-movable rotational kinematic pair, both sintering rotational-translational motion. The use of the utility model makes it possible to expand the technological capabilities of the mechanism. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам, роботов, выполняющих вращательные движения.The utility model relates to mechanical engineering, in particular to robotics, namely to spatial manipulation mechanisms, robots performing rotational movements.

Известен пространственный механизм, принятый в качестве прототипа (Крайнев А.Ф. Идеология конструирования. - М.: Машиностроение, 2003 - с. 83, схема 7.5), содержащий основание, выходное звено, в виде стержня, соединенное тремя кинематическими цепями, каждая из которых содержит приводы поступательного перемещения в виде гидроцилиндров, соединенные шарнирно с основанием и выходным звеном, свободный конец которого связан с выходным звеном рабочего органа. Выходное звено механизма также сопряжено с основанием посредством сферической опоры и проходит через отверстие в сферической головке опоры. Под действием приводов поступательного перемещения выходное звено поворачивается относительно двух осей и перемещается в отверстии сферической головки, совершая пространственное движение и определяя зону перемещения свободного конца выходного звена механизма.Known spatial mechanism, adopted as a prototype (Krainev A.F. Ideology of design. - M .: Mashinostroenie, 2003 - p. 83, Scheme 7.5), containing a base, an output link, in the form of a rod, connected by three kinematic chains, each of which contains drives of translational movement in the form of hydraulic cylinders, pivotally connected to the base and the output link, the free end of which is connected to the output link of the working body. The output link of the mechanism is also connected to the base by means of a spherical support and passes through a hole in the spherical head of the support. Under the action of the drives of translational movement, the output link rotates about two axes and moves in the hole of the spherical head, performing spatial motion and defining the zone of movement of the free end of the output link of the mechanism.

Недостатком данного пространственного механизма является ограниченная зона перемещения выходного звена механизма, что снижает функциональные возможности робототехнических систем, приводимых в движение выходным звеном механизма.The disadvantage of this spatial mechanism is the limited area of movement of the output link of the mechanism, which reduces the functionality of robotic systems driven by the output link of the mechanism.

Задачей и техническим результатом полезной модели является расширение функциональных и эксплуатационных возможностей устройства за счет расширения рабочей зоны перемещения выходного звена пространственного механизма, и обеспечивается шарнирно-стержневой структурой механизма с линейными приводами в качестве приводов поступательного перемещения.The task and technical result of the utility model is to expand the functional and operational capabilities of the device by expanding the working area of movement of the output link of the spatial mechanism, and is provided by the hinge-rod structure of the mechanism with linear drives as translational drives.

Технический результат достигается тем, что манипуляционный пространственный механизм, содержит основание, выходное звено, выполненное в виде установленного на основании посредством сферической опоры стержня с рабочим органом на его свободном конце, при этом стержень размещен в диаметральном отверстии сферической головки упомянутой сферической опоры с возможностью поступательного и вращательного движения, и установленные на основании приводы поступательного перемещения, связанные с упомянутым стержнем соответствующими кинематическими цепями, причем каждая из упомянутых кинематических цепей, выполненных в количестве трех, состоит из двух промежуточных звеньев, соединенных между собой вращательной кинематической парой, при этом первое промежуточное звено каждой кинематической цепи связано с соответствующим приводом поступательного перемещения посредством сферического шарнира, второе промежуточное звено одной из кинематических цепей соединено со стержнем непосредственно, а вторые промежуточные звенья каждой из двух других кинематических цепей соединены со стержнем посредством двухподвижной вращательной кинематической пары, обеспечивающей вращательно-поступательное движение.The technical result is achieved in that the manipulation spatial mechanism contains a base, an output link made in the form of a rod installed on the base by means of a spherical support with a working member at its free end, while the rod is placed in the diametrical hole of the spherical head of the said spherical support with the possibility of translational and rotational movement, and installed on the base of the translational movement drives connected with the said rod by the corresponding kinematic chains, and each of the mentioned kinematic chains, made in the number of three, consists of two intermediate links interconnected by a rotational kinematic pair, with the first intermediate link of each the kinematic chain is connected to the corresponding translational drive by means of a spherical hinge, the second intermediate link of one of the kinematic chains is directly connected to the rod, and the second intermediate the links of each of the other two kinematic chains are connected to the rod by means of a two-movable rotary kinematic pair providing rotational-translational motion.

Полезная модель поясняется фигурой, на которой представлена структурная схема манипуляционного пространственного механизма.The utility model is illustrated by a figure, which shows a block diagram of a manipulative spatial mechanism.

Манипуляционный пространственный механизм содержит: основание 1, выходное звено, выполненное в виде стержня 4 с рабочим органом 2 на свободном конце стержня. Стержень 4 сопряжен с основанием 1 посредством сферической опоры, образованной сферической втулкой 9 и сферической головкой 13. В сферической головке 13 выполнено диаметральное отверстие 10, через которое проходит стержень 4 с возможностью поступательного и вращательного движения в отверстии.The manipulation spatial mechanism contains: a base 1, an output link made in the form of a rod 4 with a working member 2 at the free end of the rod. The rod 4 is mated with the base 1 by means of a spherical support formed by a spherical bushing 9 and a spherical head 13. A diametrical hole 10 is made in the spherical head 13, through which the rod 4 passes with the possibility of translational and rotational movement in the hole.

Для перемещения стержня 4 с рабочим органом 2 используются три соединительные кинематические цепи между основанием 1 и стержнем 4. Кинематические цепи снабжены приводами поступательного перемещения - 8, 8', 8'', установленными на основании с возможностью поступательного движения относительно основания. Привод поступательного перемещения каждой из кинематических цепей связан со стержнем 4 кинематическими парами, соединенными между собой промежуточными звеньями. Одна из кинематических цепей содержит первое промежуточное звено 11 и второе промежуточное звено 12, которые связаны между собой вращательной кинематической парой 6, причем первое промежуточное звено 11 кинематической цепи связано с приводом поступательного перемещения 8, посредством кинематической пары в виде сферического шарнира 7, второе промежуточное звено 12 жестко соединено с верхним концом стержня 4. Эта кинематическая цепь обеспечивает поворот стержня вокруг оси z, а также его перемещение вдоль собственной оси.To move the rod 4 with the working member 2, three connecting kinematic chains are used between the base 1 and the rod 4. The kinematic chains are equipped with translational drives - 8, 8 ', 8' ', mounted on the base with the possibility of translational movement relative to the base. The drive of the translational movement of each of the kinematic chains is connected to the rod 4 by kinematic pairs interconnected by intermediate links. One of the kinematic chains contains the first intermediate link 11 and the second intermediate link 12, which are interconnected by a rotary kinematic pair 6, and the first intermediate link 11 of the kinematic chain is connected to the translational drive 8 by means of a kinematic pair in the form of a spherical hinge 7, the second intermediate link 12 is rigidly connected to the upper end of the rod 4. This kinematic chain provides rotation of the rod around the z axis, as well as its movement along its own axis.

Две другие кинематические цепи, обеспечивающие поворот стержня 4 вокруг осей х и у, имеют одинаковую структуру. Каждая их этих цепей образована первым промежуточным звеном 11', 11'' и вторым промежуточным звеном 12', 12'', связанные друг с другом вращательной кинематической парой 6', 6''. Первые промежуточные звенья 11', 11'' связаны с приводами поступательного перемещения 8', 8'' посредством сферических шарниров 7', 7'', вторые промежуточные звенья связаны со стержнем 4 посредством двухподвижных вращательных кинематических пар 3 и 5, которые дают возможность стержню 4 совершать вращательно-поступательное движение.The other two kinematic chains that rotate the rod 4 around the x and y axes have the same structure. Each of these chains is formed by the first intermediate link 11 ', 11 "and the second intermediate link 12', 12", connected to each other by a rotational kinematic pair 6 ', 6 ". The first intermediate links 11 ', 11' 'are connected to the translational drives 8', 8 '' by means of spherical hinges 7 ', 7' ', the second intermediate links are connected to the rod 4 by means of two-movable rotational kinematic pairs 3 and 5, which enable the rod 4 make a rotational-translational movement.

Манипуляционный пространственный механизм работает следующим образом.The manipulation spatial mechanism works as follows.

При задействовании приводов поступательного перемещения 8, 8', 8'', установленных на основании 1, движение передается от приводов поступательного перемещения через соответствующие им кинематические цепи. Стержень 4 через кинематическую цепь звеньев 11-12, с кинематическими парами 7 и 6, от привода поступательного перемещения 8 получает перемещение вдоль собственной оси. Поворот стержня 4 вокруг осей х и у, совершается соответственно от приводов поступательного перемещения 8'' и 8' через кинематические цепи звеньев 11''-12'' и 11'-12'. Движение стержня, полученное от приводов, ориентируется в рабочем пространстве рабочего органа 2 сферической опорой, через диаметральное отверстие которой проходит стержень 4.When actuating the translational drives 8, 8 ', 8' ', installed on the base 1, the movement is transmitted from the translational drives through the corresponding kinematic chains. Rod 4 through the kinematic chain of links 11-12, with kinematic pairs 7 and 6, from the translational drive 8 receives movement along its own axis. The rotation of the rod 4 around the x and y axes is performed, respectively, from the translational drives 8 '' and 8 'through the kinematic chains of links 11' '- 12' 'and 11'-12'. The movement of the rod, received from the drives, is oriented in the working space of the working body 2 by a spherical support, through the diametrical hole of which rod 4 passes.

Рабочим органом манипуляционного пространственного механизма может быть сферическая щетка для очистки цилиндрических резервуаров.The working body of the manipulation spatial mechanism can be a spherical brush for cleaning cylindrical tanks.

В качестве привода поступательного перемещения могут быть использованы линейные двигатели, шаговые двигатели линейного перемещения.Linear motors and linear stepper motors can be used as a drive for translational movement.

Манипуляционный пространственный механизм с такой структурой при использовании приводов, совершающих поступательное движение относительно основания, обеспечивает перемещение рабочего органа в большем пространстве за счет больших углов поворота стержня с рабочим органом относительно осей координат.A manipulative spatial mechanism with such a structure, when using drives that make a translational movement relative to the base, ensures the movement of the working body in a larger space due to large angles of rotation of the rod with the working body relative to the coordinate axes.

Claims

A manipulation spatial mechanism containing a base, an output link made in the form of a rod installed on the base by means of a spherical support with a working member at its free end, while the rod is placed in the diametrical hole of the spherical head of the said spherical support with the possibility of translational and rotational movement, and installed on the basis of translational drives connected with the said rod by the corresponding kinematic chains, characterized in that each of the mentioned kinematic chains, made in the number of three, consists of two intermediate links connected by a rotary kinematic pair, while the first intermediate link of each kinematic chain is connected with a corresponding translational drive by means of a spherical hinge, the second intermediate link of one of the kinematic chains is directly connected to the rod, and the second intermediate links of each of the two other kinematic chains are connected to the rod by means of a two-movable rotary kinematic pair providing rotational-translational motion.