RU2093347C1

RU2093347C1 - Manipulator

Info

Publication number: RU2093347C1
Application number: RU96102277A
Authority: RU
Inventors: А.В. Матющенко
Priority date: 1996-02-07
Filing date: 1996-02-07
Publication date: 1997-10-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: this is used in those areas of technology where coordinate movement of working member is necessary. Manipulator has successively located in guide members: longitudinal, lateral, and vertical carriages, rope-and-pulley system with counterweight. Some of pulleys are fastened on longitudinal, lateral, and vertical carriages. At least one of pulleys is rigidly secured beyond carriages. Rope-and-pulley system has one rope which is reeved through rigidly secured pulley and successively goes through pulleys of longitudinal carriage, pulley of vertical carriage and pulley of lateral carriage, and also through pulleys of longitudinal carriage at other side. EFFECT: high efficiency. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и другим областям, где необходимо обеспечить координатное перемещение рабочего органа. The invention relates to the field of mechanical engineering and other areas where it is necessary to provide coordinate movement of the working body.

Известна конструкция манипулятора (а.с. N 1618640, кл, B 25 11/00 с приоритетом от 23.05.88), состоящего из портала с горизонтальными направляющими, каретки, установленной в этих направляющих и имеющих вертикальные направляющие, стрелы, установленной в направляющих каретки, а также гибкого элемента, который соединен одним концом с противовесом и проходит через блоки, шарнирно установленные на каретке, второй конец гибкого элемента жестко связан с порталом. Known design of the manipulator (AS N 1618640, CL, B 25 11/00 with a priority of 05.23.88), consisting of a portal with horizontal guides, a carriage installed in these guides and having vertical guides, arrows installed in the carriage guides as well as a flexible element, which is connected at one end with a counterweight and passes through blocks pivotally mounted on the carriage, the second end of the flexible element is rigidly connected to the portal.

Недостатком данной конструкции является возможность перемещения полезного груза только в одной (вертикальной плоскости). The disadvantage of this design is the ability to move the payload in only one (vertical plane).

Наиболее близким техническим решением является манипулятор (а.с. N 1530434, кл B 25 J 11/00 с приоритетом от 19.05.84), состоящий из портала, на котором с помощью направляющих последовательно расположены продольная, поперечная и вертикальная каретки, а также трособлочной системы с противовесами, блоки которой смонтированы на портале и каретках. Трособлочная система включает в себя два троса, один конец каждого из которых закреплен на портале, а другой на соответствующем противовесе. Один трос последовательно охватывает блоки поперечной и вертикальной кареток, а другой блоки поперечной каретки. The closest technical solution is the manipulator (a.s. N 1530434, class B 25 J 11/00 with a priority of 05/19/84), consisting of a portal on which longitudinal, transverse and vertical carriages, as well as cable blocks are sequentially located with the help of guides systems with counterweights, the blocks of which are mounted on the portal and carriages. The cable block system includes two cables, one end of each of which is fixed to the portal, and the other to the corresponding counterweight. One cable sequentially covers blocks of the transverse and vertical carriages, and the other blocks of the transverse carriage.

Недостатками данного манипулятора, принимаемого в качестве прототипа как наиболее близкого к заявляемому по технической сущности, являются:
1) повышенная сложность конструктивного исполнения, связанная с наличием в манипуляторе двух трособлочных систем механизма уравновешивания. Это влечет за собой дополнительное количество блоков и мест заделки тросов, а также повышенную суммарную протяженность тросов из-за параллельного их наличия на каретках;
2) повышенное усилие перемещения груза в горизонтальной плоскости, т.к. передача усилия с одной трособлочной системы на другую осуществляется не непосредственно тросами, а посредством поперечной каретки, которая своим плавающим положением может вносить рассогласование, уравновешивающее взаимодействие двух трособлочных систем.The disadvantages of this manipulator, taken as a prototype as the closest to the claimed technical essence, are:
1) the increased complexity of the design associated with the presence in the manipulator of two cable-block systems of the balancing mechanism. This entails an additional number of blocks and cable terminations, as well as an increased total length of the cables due to their parallel presence on the carriages;
2) increased effort to move the load in the horizontal plane, because the transfer of force from one cable-to-block system to another is not carried out directly by cables, but by means of a transverse carriage, which with its floating position can introduce a mismatch balancing the interaction of two cable-block systems.

Техническая задача, решаемая предлагаемым манипулятором, заключается в повышении надежности его функционирования. Это достигается уменьшением в уравновешивающем механизме элементов (блоков и мест заделки троса), которые могут привести к отказу манипулятора, а также уменьшением длины троса, что, в свою очередь, снижает его релаксацию при длительной эксплуатации и повышает его продольную жесткость. Кроме того, динамические характеристики манипулятора улучшены путем исключения из уравновешивающего механизма влияния поперечной каретки. The technical problem solved by the proposed manipulator is to increase the reliability of its operation. This is achieved by reducing in the balancing mechanism the elements (blocks and cable terminations), which can lead to the failure of the manipulator, as well as reducing the length of the cable, which, in turn, reduces its relaxation during prolonged use and increases its longitudinal stiffness. In addition, the dynamic characteristics of the manipulator are improved by eliminating the influence of the transverse carriage from the balancing mechanism.

Для достижения технического результата в известной конструкции, содержащей последовательно расположенные в направляющих продольную, поперечную и вертикальные каретки, трособлочную систему с противовесом, часть блоков трособлочной системы закреплена на продольной и вертикальной каретках и по крайней мере один блок жестко закреплен вне кареток. Согласно изобретению трособлочная система выполнена с одним тросом, который охватывает жестко закрепленный блок и последовательно блоки продольной каретки, блок поперечной каретки с одной стороны, блок вертикальной каретки и блок поперечной каретки, блоки продольной каретки с другой стороны. Блоки трособлочной системы на каретках выполнены осесимметрично относительно плоскостей симметрии манипулятора. Один конец троса можно жестко закрепить, или противовесы, равные по массе, могут быть прикреплены к обоим концам троса, охватывающим жестко закрепленные блоки. In order to achieve a technical result in a known construction comprising longitudinal, transverse and vertical carriages successively arranged in guides, a cable block system with a counterweight, a part of the cable block system is fixed to the longitudinal and vertical carriages and at least one block is rigidly fixed outside the carriages. According to the invention, the cable block system is made with one cable, which covers a rigidly fixed block and successively blocks of a longitudinal carriage, a block of a transverse carriage on one side, a block of a vertical carriage and a block of a transverse carriage, blocks of a longitudinal carriage on the other hand. The blocks of the cable block system on the carriages are made axisymmetrically with respect to the symmetry planes of the manipulator. One end of the cable can be rigidly fixed, or counterweights of equal mass can be attached to both ends of the cable, covering rigidly fixed blocks.

Выполнение трособлочной системы с одним тросом и симметричной дало возможность исключить места заделки тросов и некоторое количество блоков, что упростило конструкцию манипулятора и, кроме того, позволило передавать усилие оператора только через трос и блоки, минуя каретку манипулятора, что соответственно улучшило динамические характеристики манипулятора и снизило прилагаемое усилие. Последнее достигнуто, в частности, благодаря симметричности всей трособлочной системы, что максимально уравновешивает возникающие в манипуляторе усилия. The implementation of a single-cable and symmetrical cable system made it possible to exclude cable terminations and a number of blocks, which simplified the design of the manipulator and, in addition, allowed the operator to transmit effort only through the cable and blocks, bypassing the manipulator carriage, which accordingly improved the dynamic characteristics of the manipulator and reduced applied force. The latter is achieved, in particular, due to the symmetry of the entire cable system, which maximally balances the forces arising in the manipulator.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показан общий вид манипулятора, где 1 каретка продольного перемещения, 2 каретка поперечного перемещения, 3 каретка вертикального перемещения, 4 рабочий орган (захватное устройство), 5 полезный груз, 6 11, 15 и 16 блоки трособлочной системы, 12 направляющая продольной каретки, 13 противовес, 14 трос, 17 направляющая поперечной каретки. The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the manipulator, where 1 carriage of longitudinal movement, 2 carriage of lateral movement, 3 carriage of vertical movement, 4 working body (gripper), 5 payload, 6 11, 15 and 16 blocks of the cable system, 12 guide of the longitudinal carriage, 13 counterweight, 14 cable, 17 guide of the transverse carriage.

Манипулятор содержит продольную каретку 1, обеспечивающую перемещение в направлении оси X, установленную на направляющей 12. Поперечная каретка 2 размещена в направляющих 17, выполненных на продольной каретке, и обеспечивает перемещение вдоль оси Y. Вертикальная каретка 3 закреплена на каретке поперечного перемещения 2, обеспечивает перемещение в вертикальном направлении по оси Z и выполнена в виде телескопической колонны. Блоки трособлочной системы 8, 9, 10, 11 установлены на продольной каретке 1, а блоки 6, 7,15, 16 установлены на поперечной каретке 2. Блок 15 установлен в центре торца вертикальной каретки 3. Трос 14 с закрепленным противовесом 13 охватывает последовательно блоки 10, 8, 6, 15, 7, 9, 11 и 16. Блоки 10, 8, 6 размещены по одну сторону плоскости симметрии манипулятора, а блоки 11, 9, 7 симметрично по другую. Возможен также вариант исполнения манипулятора, когда один конец троса жестко закреплен вместо блока 16 и, соответственно, здесь противовес 13 отсутствует. The manipulator contains a longitudinal carriage 1, which provides movement in the direction of the X axis, mounted on the guide 12. The transverse carriage 2 is placed in the guides 17 made on the longitudinal carriage, and provides movement along the Y axis. The vertical carriage 3 is mounted on the transverse carriage 2, provides movement in the vertical direction along the Z axis and made in the form of a telescopic column. The blocks of the cable block system 8, 9, 10, 11 are mounted on the longitudinal carriage 1, and the blocks 6, 7,15, 16 are mounted on the transverse carriage 2. The block 15 is installed in the center of the end face of the vertical carriage 3. The cable 14 with the fixed counterweight 13 covers the blocks in series 10, 8, 6, 15, 7, 9, 11 and 16. Blocks 10, 8, 6 are placed on one side of the plane of symmetry of the manipulator, and blocks 11, 9, 7 are symmetrical on the other. An embodiment of the manipulator is also possible when one end of the cable is rigidly fixed instead of block 16 and, accordingly, there is no counterweight 13.

При перемещении поперечной каретки 2 по направляющим 17 продольной каретки 1, а также продольной каретки 1 по направляющим 12 противовесы не меняют своего исходного положения, т.к. каретки обкатываются блоками 10, 8, 6, 15, 7, 9, 11 по тросу 14. When moving the transverse carriage 2 along the guides 17 of the longitudinal carriage 1, as well as the longitudinal carriage 1 along the guides 12, the balances do not change their initial position, because the carriages are run in blocks 10, 8, 6, 15, 7, 9, 11 along the cable 14.

При перемещении каретки 3 вниз противовесы 13, связанные с ней тросом через блоки трособлочной системы, уравновешивают массу вертикальной каретки 3 с ее полезным грузом, равно перемещаясь вверх, при этом в варианте с двумя противовесами или с одним усилие оператора одинаково. When the carriage 3 is moved down, the counterweights 13 connected by a cable through the blocks of the cable-block system balance the mass of the vertical carriage 3 with its payload, moving upward equally, while in the case of two balances or one operator effort, the same.

Использование предлагаемого устройства по сравнению с известными обеспечивает следующие преимущества:
1) уравновешивающее усилие постоянно и минимально при перемещении полезной нагрузки;
2) простота конструкции.Using the proposed device in comparison with the known provides the following advantages:
1) the balancing force is constant and minimal when moving the payload;
2) simplicity of design.

Claims

1. Manipulator containing a base, sequentially located in the guides of the longitudinal, transverse and vertical carriages, a cable-shell system with counterweights, part of the blocks of which are fixed on the longitudinal and vertical carriages and at least one block is rigidly fixed on the base, characterized in that the cable of the cable-block system goes around the base unit and sequentially goes around the blocks of the longitudinal carriage, the block of the transverse carriage on one side, one block of the vertical and transverse carriages, as well as the blocks of the longitudinal carriage Retki on the other hand.

2. The manipulator according to claim 1, characterized in that the blocks of the cable block system on the carriages are located axisymmetrically relative to the symmetry planes of the manipulator.

3. The manipulator according to claim 1, characterized in that one end of the cable is rigidly fixed to the base.

4. The manipulator according to claim 1, characterized in that the second block is rigidly fixed on the base and each end of the cable bends around the corresponding block of the base, while equal mass counterweights are attached to both ends of the cable.