RU209477U1

RU209477U1 - SPATIAL MECHANISM

Info

Publication number: RU209477U1
Application number: RU2021123113U
Authority: RU
Inventors: Виктор Аркадьевич Глазунов; Ирина Георгиевна Горячева; Михаил Николаевич Ерофеев; Игорь Николаевич Кравченко; Алексей Владимирович Николаев; Андрей Александрович Романов
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2022-03-16

Abstract

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к пространственным манипуляционным механизмам роботов с параллельной структурой. Механизм содержит основание, выходное звено, установленное на ориентирующем узле и выполненное с возможностью размещения на нем рабочего инструмента, и три соединительные кинематические цепи, связывающие основание с ориентирующим узлом, каждая из которых включает в себя линейный привод, на оси которого установлен вращательный двигатель, и снабжена двухзвенным карданным валом. Входные звенья карданных валов связаны с соответствующими вращательными двигателями, а их выходные звенья объединены между собой посредством жесткой пластины через шарниры свободного вращения с возможностью вращения этих звеньев относительно пластины. При этом ориентирующий узел выполнен в виде сопряженных между собой под 90° трех конических шестерен, одна из которых закреплена на хвостовике карданного вала третьей кинематической цепи, а две другие конические шестерни сопряжены с выходными шестернями передаточного механизма первых двух кинематических цепей. Использование полезной модели позволяет уменьшить габариты механизма и повысить надежность его работы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to the field of mechanical engineering, in particular to the spatial manipulation mechanisms of robots with a parallel structure. The mechanism contains a base, an output link mounted on the orienting unit and configured to place a working tool on it, and three connecting kinematic chains connecting the base with the orienting unit, each of which includes a linear drive, on the axis of which a rotary motor is installed, and equipped with a two-link cardan shaft. The input links of the cardan shafts are connected to the corresponding rotational motors, and their output links are interconnected by means of a rigid plate through free rotation hinges with the possibility of rotation of these links relative to the plate. In this case, the orienting unit is made in the form of three bevel gears mated to each other at 90°, one of which is fixed on the cardan shaft shank of the third kinematic chain, and the other two bevel gears are mated with the output gears of the transmission mechanism of the first two kinematic chains. The use of the utility model makes it possible to reduce the dimensions of the mechanism and increase the reliability of its operation. 1 z.p. f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам роботов параллельной структуры.The utility model relates to mechanical engineering, in particular to robotics, namely to spatial manipulation mechanisms of robots with a parallel structure.

Известен пространственный механизм, содержащий основание, выходное звено, установленное на ориентирующем узле и выполненное с возможностью размещения на нем рабочего инструмента, и три соединительные кинематические цепи, связывающие основание с ориентирующим узлом, каждая из которых включает в себя линейный привод, на оси которого установлен вращательный двигатель.A spatial mechanism is known, containing a base, an output link mounted on an orienting node and configured to place a working tool on it, and three connecting kinematic chains connecting the base with the orienting node, each of which includes a linear drive, on the axis of which a rotary engine.

(Патент РФ №125118, B25J 1/00, 2012 г.)(Patent RF No. 125118, B25J 1/00, 2012)

Принятый в качестве прототипа пространственный механизм, включает основание, выходное звено, три соединительные кинематические цепи, каждая из которых содержит последовательно установленные с параллельными осями приводы вращательного и поступательного движения, связанные с выходным звеном механизма посредством двух последовательно установленных зубчатых передач с передаточным отношением, равным единице, начальное колесо первой зубчатой передачи соединено с приводом вращательного движения соответствующей цепи, конечное колесо первой зубчатой передачи совмещено с начальным колесом второй зубчатой передачи, конечное колесо второй зубчатой передачи соединено с промежуточным звеном, ось которого параллельна осям соответствующих приводов, причем оси всех трех промежуточных звеньев пересекаются в одной точке выходного звена.The spatial mechanism adopted as a prototype includes a base, an output link, three connecting kinematic chains, each of which contains rotary and translational motion drives installed in series with parallel axes, connected to the output link of the mechanism by means of two gears installed in series with a gear ratio equal to one , the initial wheel of the first gear is connected to the rotary motion drive of the corresponding chain, the final wheel of the first gear is combined with the initial wheel of the second gear, the final wheel of the second gear is connected to the intermediate link, the axis of which is parallel to the axes of the respective drives, and the axes of all three intermediate links intersect at one point of the output link.

Недостатком данного устройства является наличие трех позиционирующих кинематических цепей с большими габаритами. Кроме того, имеет место три ориентирующие кинематические цепи, содержащие дуги с прорезями, что способствует наличию перекосов и заклиниваний.The disadvantage of this device is the presence of three positioning kinematic chains with large dimensions. In addition, there are three orienting kinematic chains containing arcs with slots, which contributes to the presence of distortions and jamming.

Цель полезной модели - устранение отмеченных недостатков и повышение технической и эксплуатационной эффективности механизмов манипулирования в пространстве.The purpose of the utility model is to eliminate the noted shortcomings and improve the technical and operational efficiency of manipulation mechanisms in space.

Поставленная цель достигается тем, что пространственный механизм, содержащий основание, выходное звено, установленное на ориентирующем узле и выполненное с возможностью размещения на нем рабочего инструмента, и три соединительные кинематические цепи, связывающие основание с ориентирующим узлом, каждая из которых включает в себя линейный привод, на оси которого установлен вращательный двигатель, причем каждая из упомянутых кинематических цепей снабжена двухзвенным карданным валом, каждый из которых включает в себя пару карданных шарниров, соединяющих между собой звенья соответствующего карданного вала, при этом входные звенья карданных валов связаны с соответствующими вращательными двигателями, а их выходные звенья (хвостовики) объединены между собой посредством жесткой пластины через шарниры свободного вращения с возможностью вращения этих звеньев карданных валов относительно пластины, причем выходные звенья двух первых карданных валов связаны с двумя ведущими зубчатыми колесами передаточного механизма, выполненного по схеме трехступенчатой передачи вращательного движения и в котором выходные шестерни кинематически связаны с упомянутым ориентирующим узлом, который выполнен в виде сопряженных между собой под 90° трех конических шестерен, одна из которых закреплена на хвостовике карданного вала третьей кинематической цепи, а две другие конические шестерни сопряжены с выходными шестернями передаточного механизма первых двух кинематических цепей, при этом упомянутое выходное звено закреплено на первой конической шестерне.This goal is achieved in that the spatial mechanism containing the base, the output link mounted on the orienting node and made with the possibility of placing a working tool on it, and three connecting kinematic chains connecting the base with the orienting node, each of which includes a linear drive, on the axis of which a rotary engine is installed, each of the mentioned kinematic chains is equipped with a two-link cardan shaft, each of which includes a pair of cardan joints connecting the links of the corresponding cardan shaft, while the input links of the cardan shafts are connected to the corresponding rotary engines, and their the output links (tails) are interconnected by means of a rigid plate through free rotation joints with the possibility of rotation of these links of the cardan shafts relative to the plate, and the output links of the first two cardan shafts are connected to the two drive gears of the transmission precision mechanism, made according to the scheme of three-stage transmission of rotational motion and in which the output gears are kinematically connected with the mentioned orienting unit, which is made in the form of three bevel gears mated to each other at 90°, one of which is fixed on the shank of the cardan shaft of the third kinematic chain, and two the other bevel gears are coupled with the output gears of the transmission mechanism of the first two kinematic chains, while said output link is fixed on the first bevel gear.

Кроме того, в предложенном устройстве передаточный механизм выполнен с трехрядным расположением взаимосвязанных между собой зубчатых колес, где в первом ряду механизма расположены ведущие колеса первых двух кинематических цепей, сопряженных с общим зубчатым колесом, которое установлено в среднем ряду на оси вращения, совмещенной с осью карданного вала третьей кинематической цепи, а в третьем ряду размещены выходные шестерни, сопряженные с соответствующими коническими шестернями ориентирующего узла.In addition, in the proposed device, the transmission mechanism is made with a three-row arrangement of interconnected gear wheels, where in the first row of the mechanism there are drive wheels of the first two kinematic chains associated with a common gear wheel, which is installed in the middle row on the axis of rotation, aligned with the axis of the cardan shaft of the third kinematic chain, and in the third row there are output gears associated with the corresponding bevel gears of the orienting unit.

Принципиальная схема предлагаемого механизма представлена на фиг. 1.The schematic diagram of the proposed mechanism is shown in Fig. one.

Пространственный механизм содержит основание (1), выходное звено (2) и три соединительные кинематические цепи, включающие каждая линейный привод (3), на оси которого установлен вращательный двигатель (4), при этом в двух соединительных кинематических цепях вращательные двигатели (4) связаны с выходным звеном (2) посредством двухзвенного карданного вала (5) и зубчатой передачи с выходом на ориентирующий узел, на котором установлено выходное звено (2), а третий вращательный двигатель (4) соединен также с ориентирующим узлом с помощью двухзвенного карданного вала (5), при этом звенья всех трех карданных валов соединены между собой посредством пары карданных шарниров (6), а их первые части объединены между собой жесткой пластиной (7) с обеспечением вращения за счет установленных шарниров свободного вращения (8) этих частей карданных валов относительно пластины (7), при этом на выходе два первых карданных вала (5) связаны с двумя ведущими зубчатыми колесами (9) передаточного механизма, выполненного по схеме трехступенчатой передачи вращательного движения, в котором выходные шестерни (10) имеют кинематическую связь с ориентирующим узлом выходного звена (2), представляющий собой сопряженные между собой под углом 90° три конические шестерни, при этом одна коническая шестерня (11) закреплена на хвостовике (12) карданного вала третьей кинематической цепи, а две другие конические шестерни (13) сопряжены с выходными шестернями (10) передаточного механизма первых двух кинематических цепей, причем на первой конической шестерне (11) закреплено выходное звено (2) с рабочим инструментом. Передаточный механизм выполнен с трехрядным расположением взаимосвязанных между собой зубчатых колес, где в первом ряду механизма расположены ведущие колеса (9) двух первых кинематических цепей, сопряженных с общим зубчатым колесом (14), установленное в среднем ряду с осью вращения, совмещенной с осью карданного вала (5) третьей кинематической цепи, а в третьем ряду размещены выходные шестерни (10), сопряженные с соответствующими коническими шестернями (13) ориентирующего узла полезной модели в динамике.The spatial mechanism contains a base (1), an output link (2) and three connecting kinematic chains, each including a linear drive (3), on the axis of which a rotary motor (4) is installed, while in two connecting kinematic chains the rotary motors (4) are connected with the output link (2) by means of a two-link cardan shaft (5) and a gear with access to the orienting unit, on which the output link (2) is installed, and the third rotational motor (4) is also connected to the orienting unit using a two-link cardan shaft (5 ), while the links of all three cardan shafts are interconnected by means of a pair of cardan joints (6), and their first parts are interconnected by a rigid plate (7) to ensure rotation due to the installed hinges of free rotation (8) of these parts of the cardan shafts relative to the plate (7), while at the output the first two cardan shafts (5) are connected with two drive gears (9) of the transmission mechanism, performed according to the scheme of a three-stage transmission of rotational motion, in which the output gears (10) are kinematically connected with the orienting unit of the output link (2), which is three bevel gears mated to each other at an angle of 90 °, while one bevel gear (11) is fixed on shank (12) of the cardan shaft of the third kinematic chain, and two other bevel gears (13) are connected with the output gears (10) of the transmission mechanism of the first two kinematic chains, and the output link (2) with the working tool is fixed on the first bevel gear (11). The transmission mechanism is made with a three-row arrangement of interconnected gear wheels, where in the first row of the mechanism there are drive wheels (9) of the first two kinematic chains, coupled with a common gear wheel (14), installed in the middle row with an axis of rotation aligned with the axis of the cardan shaft (5) of the third kinematic chain, and in the third row there are output gears (10) coupled with the corresponding bevel gears (13) of the orienting unit of the utility model in dynamics.

Устройство - пространственный механизм работает следующим образом. Относительно основания (1) выходное звено (2) перемещается по шести координатам посредством трех соединительных кинематических цепей, установленные с параллельными осями привод поступательного движения (3) и привод вращательного движения (4) первых двух кинематических цепей передают движение на ведущие колеса (9) передаточного механизма, а затем конечным колесам (10) этого передаточного механизма, совмещенными с коническими зубчатыми колесами (13) ориентирующего узла, далее движение передается выходному коническому зубчатому колесу (11). Вращение ориентирующего узла вокруг оси последнего звена карданного вала (5) третей кинематической цепи обеспечивается приводом вращательного движения (4) третей кинематической цепи.Device - spatial mechanism works as follows. Relative to the base (1), the output link (2) moves along six coordinates by means of three connecting kinematic chains, the translational motion drive (3) and the rotary motion drive (4) of the first two kinematic chains installed with parallel axes transmit the movement to the drive wheels (9) of the transmission mechanism, and then the final wheels (10) of this transmission mechanism, combined with bevel gears (13) of the orienting unit, then the movement is transferred to the output bevel gear (11). The rotation of the orienting unit around the axis of the last link of the cardan shaft (5) of the third kinematic chain is provided by the rotary motion drive (4) of the third kinematic chain.

Claims

1. A spatial mechanism containing a base, an output link mounted on the orienting node and made with the possibility of placing a working tool on it, and three connecting kinematic chains connecting the base with the orienting node, each of which includes a linear drive, on the axis of which is installed rotational engine, characterized in that each of the said kinematic chains is equipped with a two-link cardan shaft, each of which includes a pair of cardan joints connecting the links of the corresponding cardan shaft, while the input links of the cardan shafts are connected to the corresponding rotational motors, and their output the links are interconnected by means of a rigid plate through free rotation hinges with the possibility of rotation of these links of the cardan shafts relative to the plate, and the output links of the first two cardan shafts are connected to the two drive gear wheels of the transmission mechanism made according to scheme of a three-stage transmission of rotational motion, and in which the output gears are kinematically connected with the mentioned orienting unit, which is made in the form of three bevel gears mated to each other at 90 °, one of which is fixed on the shank of the cardan shaft of the third kinematic chain, and the other two bevel gears are conjugated with output gears of the transmission mechanism of the first two kinematic chains, while said output link is fixed on the first bevel gear.

2. The spatial mechanism according to claim 1, characterized in that the transmission mechanism is made with a three-row arrangement of interconnected gears, where in the first row of the mechanism there are drive wheels of the first two kinematic chains associated with a common gear, which is installed in the middle row on axis of rotation, aligned with the axis of the cardan shaft of the third kinematic chain, and in the third row there are output gears associated with the corresponding bevel gears of the orienting unit.