RU217416U1

RU217416U1 - MANIPULATION SPATIAL MECHANISM

Info

Publication number: RU217416U1
Application number: RU2023103264U
Authority: RU
Inventors: Сергей Юрьевич Огибин; Сергей Валерьевич Хейло; Константин Валентинович Рахилин; Гагик Володяевич Рашоян; Владимир Анатольевич Рябов
Filing date: 2023-02-14
Publication date: 2023-03-30

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам. Манипуляционный пространственный механизм содержит основание, выходное звено, выполненное в виде стержня, с рабочим органом на его свободном конце, сопряженное с основанием посредством сферической опоры, при этом стержень проходит через диаметральное отверстие сферической головки сферической опоры с возможностью поступательного и вращательного движения в отверстии и, установленные на основании, три привода поступательного движения, связанные с упомянутым стержнем соответствующими кинематическими цепями. Упомянутые кинематические цепи связаны со стержнем соответствующими кинематическими парами, соединенными между собой промежуточными звеньями. Первое промежуточное звено каждой кинематической цепи связано с соответствующим приводом поступательного движения посредством кинематической пары в виде сферического шарнира, одна из кинематических цепей соединена посредством вращательной кинематической пары со вторым промежуточным звеном цепи, которое соединено непосредственно с верхним концом упомянутого стержня. Первое промежуточное звено каждой из двух других кинематических цепей соединено со стержнем посредством кинематического соединения, образованного тремя вращательными кинематическим парами, из которых одна двухподвижная вращательная кинематическая пара установлена на стержне, а две другие вращательные кинематические пары, оси которых перпендикулярны оси стержня, установлены на вилке, соединенной непосредственно с первым промежуточным звеном. Обеспечивается расширение рабочей зоны перемещения выходного звена механизма. 1 ил.

The utility model relates to mechanical engineering, in particular to robotics, namely to spatial manipulation mechanisms. The manipulating spatial mechanism contains a base, an output link made in the form of a rod, with a working body at its free end, coupled with the base by means of a spherical support, while the rod passes through the diametrical hole of the spherical head of the spherical support with the possibility of translational and rotational movement in the hole and, mounted on the base, three translational drives connected with said rod by corresponding kinematic chains. Said kinematic chains are connected to the rod by corresponding kinematic pairs interconnected by intermediate links. The first intermediate link of each kinematic chain is connected to the corresponding translational motion drive by means of a kinematic pair in the form of a spherical hinge, one of the kinematic chains is connected via a rotational kinematic pair to the second intermediate chain link, which is connected directly to the upper end of the said rod. The first intermediate link of each of the other two kinematic chains is connected to the rod by means of a kinematic connection formed by three rotational kinematic pairs, of which one two-moving rotational kinematic pair is installed on the rod, and the other two rotational kinematic pairs, the axes of which are perpendicular to the axis of the rod, are mounted on the fork, connected directly to the first intermediate link. EFFECT: expansion of the working area of movement of the output link of the mechanism. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам, роботам, выполняющим вращательно-поступательные движения.The utility model relates to mechanical engineering, in particular to robotics, namely to spatial manipulation mechanisms, robots that perform rotational-translational 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 движения 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 движения выходное звено поворачивается относительно двух осей и перемещается в отверстии сферической головки, совершая пространственное движение и определяя зону перемещения свободного конца выходного звена механизма.A spatial mechanism is known, adopted as a prototype (Krainev A.F. Design ideology. - 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 translational motion drives 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 translational drives, the output link rotates about two axes and moves in the hole of the spherical head, making a spatial movement and determining 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 механизма, и обеспечивается шарнирно-стержневой структурой механизма с линейными приводами в качестве поступательного движения.The objective 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 mechanism, and is provided by the hinge-rod structure of the mechanism with linear drives as a translational movement.

Технический результат достигается манипуляционным пространственным механизмом, содержащим основание, выходное звено, выполненное в виде стержня, с рабочим органом на его свободном конце, сопряженное с основанием посредством сферической опоры, при этом стержень проходит через диаметральное отверстие сферической головки сферической опоры с возможностью поступательного и вращательного движения в отверстии; установленные на основании три привода поступательного движения, связанные с упомянутым стержнем соответствующими кинематическими цепями, упомянутые кинематические цепи связаны со стержнем соответствующими кинематическими парами, соединенными между собой промежуточными звеньями, при этом первое промежуточное звено каждой кинематической цепи связано с соответствующим приводом поступательного движения посредством кинематической пары в виде сферического шарнира, одна из кинематических цепей соединена посредством вращательной кинематической пары со вторым промежуточным звеном цепи, которое соединено непосредственно с верхним концом упомянутого стержня, первое промежуточное звено каждой из двух других кинематических цепей соединено со стержнем посредством кинематического соединения, образованного тремя вращательными кинематическим парами, из которых одна двухподвижная вращательная кинематическая пара установлена на стержне, а две другие вращательные кинематические пары, оси которых перпендикулярны оси стержня установлены на вилке, соединенной непосредственно с первым промежуточным звеном.The technical result is achieved by a manipulation spatial mechanism containing a base, an output link made in the form of a rod, with a working body at its free end, coupled to the base by means of a spherical support, while the rod passes through the diametrical hole of the spherical head of the spherical support with the possibility of translational and rotational movement in a hole; three translational drives mounted on the base, connected to said rod by respective kinematic chains, said kinematic chains are connected to the rod by corresponding kinematic pairs connected to each other by intermediate links, while the first intermediate link of each kinematic chain is connected to the corresponding translational motion drive by means of a kinematic pair in in the form of a spherical hinge, one of the kinematic chains is connected via a rotational kinematic pair with the second intermediate chain link, which is connected directly to the upper end of the said rod, the first intermediate link of each of the other two kinematic chains is connected to the rod through a kinematic connection formed by three rotational kinematic pairs, of which one two-moving rotational kinematic pair is installed on the rod, and two other rotational kinematic pairs, the axes of which are perpendicular to the axis of the rod, are installed on a fork connected directly to the first intermediate link.

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

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 15. В сферической головке 15 выполнено диаметральное отверстие 10, через которое проходит стержень 4 с возможностью поступательного и вращательного движения в отверстии.Manipulation spatial mechanism contains: the base 1, the output link, made in the form of a rod 4 with the working body 2 at the free end of the rod. The rod 4 is connected to the base 1 by means of a spherical support formed by a spherical sleeve 9 and a spherical head 15. A diametrical hole 10 is made in the spherical head 15, 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 движения 8, 8', 8'', установленными на основании с возможностью поступательного движения относительно основания. Привод поступательного движения 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 поступательным приводом 8, посредством кинематической пары в виде сферического шарнира 7, второе промежуточное звено 12 соединено непосредственно 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 body 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 translation drive 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 rotational 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 connected directly to the upper end of the rod 4. This kinematic chain ensures the 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 x и y, имеют одинаковую структуру. Каждая из этих кинематических цепей образована первым промежуточным звеном 11', 11'' и кинематическим соединением, связанным со стержнем 4. Каждое кинематическое соединение образовано тремя кинематическим парами 3-6'-6', 5-6''-6'', из которых одна двухподвижная вращательная кинематическая пара 3, 5 установлена на стержне 4, а две другие вращательные кинематические пары 6'-6', 6''-6'', оси которых перпендикулярны оси стрежня 4, установлены на вилке 13, 14, соединенной непосредственно с первым промежуточным звеном 11', 11'' кинематической цепи. Первые промежуточные звенья 11', 11'' связаны с приводами поступательного движения 8', 8'' посредством сферических шарниров 7', 7'', которые дают возможность стержню 4 совершать вращательно-поступательное движение.Two other kinematic chains that ensure the rotation of the rod 4 around the x and y axes have the same structure. Each of these kinematic chains is formed by the first intermediate link 11', 11'' and the kinematic connection associated with the rod 4. Each kinematic connection is formed by three kinematic pairs 3-6'-6', 5-6''-6'', from of which one two-moving rotational kinematic pair 3, 5 is installed on the rod 4, and two other rotational kinematic pairs 6'-6', 6''-6'', the axes of which are perpendicular to the axis of the rod 4, are mounted on the fork 13, 14 connected directly with the first intermediate link 11', 11'' of the kinematic chain. The first intermediate links 11', 11'' are connected to the translational drives 8', 8'' by means of spherical joints 7', 7'', which enable the rod 4 to perform rotational-translational motion.

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

При задействовании приводов поступательного движения 8, 8', 8'', установленных на основании 1, движение передается от приводов поступательного движения через соответствующие им кинематические цепи. Стержень 4 через кинематическую цепь звеньев 11-12, с кинематическими парами 7 и 6, от привода поступательного движения по 8 получает перемещение вдоль собственной оси. Поворот стержня 4 вокруг осей x и y, совершается соответственно от приводов поступательного движения 8' и 8'' через кинематические цепи звеньев 11-3-6'-6'' и 11''-5-6''-6''. Движение стержня 4, полученное от приводов поступательного движения, ориентируется в рабочем пространстве рабочего органа 2 посредством сферической втулки 9, сферической головки 15, через диаметральное отверстие 10 которой проходит стержень 4.When the translational drives 8, 8', 8'' mounted on the base 1 are activated, the movement is transmitted from the translational drives through their respective kinematic chains. The rod 4 through the kinematic chain of links 11-12, with kinematic pairs 7 and 6, from the translational motion drive 8 receives movement along its own axis. The rotation of the rod 4 around the axes x and y is performed respectively from the drives of translational motion 8' and 8'' through the kinematic chains of the links 11-3-6'-6'' and 11''-5-6''-6''. The movement of the rod 4, obtained from the drives of translational motion, is oriented in the working space of the working body 2 by means of a spherical bushing 9, a spherical head 15, through the diametrical hole 10 of which the rod 4 passes.

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

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

Манипуляционный пространственный механизм с такой структурой при использовании приводов поступательного движения, 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 manipulation spatial mechanism with such a structure, when using translational drives that perform 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

Spatial manipulation mechanism containing a base, an output link made in the form of a rod, with a working body at its free end, coupled with the base by means of a spherical support, while the rod passes through the diametrical hole of the spherical head of the spherical support with the possibility of translational and rotational movement in the hole, three translational drives mounted on the base and connected to said rod by respective kinematic chains, characterized in that said kinematic chains are connected to the rod by corresponding kinematic pairs interconnected by intermediate links, the first intermediate link of each kinematic chain being connected to the corresponding translational movement drive by means of kinematic pair in the form of a spherical hinge, one of the kinematic chains is connected by means of a rotational kinematic pair with the second intermediate chain link, which is connected directly to the upper end of the said rod, while the first intermediate link of each of the other two kinematic chains is connected to the rod through a kinematic connection formed three rotational kinematic pairs, of which one two-moving rotational kinematic pair is mounted on the rod, and the other two rotational kinematic pairs, the axes of which are perpendicular to the axis of the rod, are mounted on a fork connected directly to the first intermediate link.