RU218886U1

RU218886U1 - Tripod manipulator

Info

Publication number: RU218886U1
Application number: RU2023108689U
Authority: RU
Inventors: Виктор Викторович Жога; Анна Васильевна Нелюбова; Николай Геннадьевич Шаронов; Вадим Викторович Чернышев
Filing date: 2023-04-06
Publication date: 2023-06-15

Abstract

Полезная модель относится к манипуляционным и роботизированным средствам, используемым для выполнения различных технологических операций в области машиностроения и сельского хозяйства. The utility model relates to manipulation and robotic means used to perform various technological operations in the field of mechanical engineering and agriculture.

Манипулятор-трипод, выполненный с возможностью установки на роботизированном средстве, содержащий звенья переменной длины, двухподвижные шарниры, основание в форме равнобедренного треугольника, выходное звено с рабочим органом, цилиндрические шарниры вращения с кинематической парой пятого класса, отличающийся тем, что дополнительно содержит металлическую полую трубу с опорой на одном конце, при этом выходное звено представлено в виде узла, в котором соединяются три конца звеньев переменной длины с помощью сферических шарниров, расположенных под углом 120 градусов относительно друг друга, при этом опора представлена в виде трехстепенного шарнирного узла и обеспечивает продольное перемещение металлической полой трубы внутри трехстепенного шарнирного узла.Tripod manipulator capable of being installed on a robotic device, containing links of variable length, two-movable hinges, a base in the form of an isosceles triangle, an output link with a working body, cylindrical hinges of rotation with a kinematic pair of the fifth class, characterized in that it additionally contains a metal hollow pipe with support at one end, while the output link is presented in the form of a node in which three ends of links of variable length are connected using spherical hinges located at an angle of 120 degrees relative to each other, while the support is presented in the form of a three-degree hinge node and provides longitudinal movement a metal hollow pipe inside a three-degree swivel joint.

Технический результат - обеспечение точности позиционирования рабочего органа.

EFFECT: ensuring accuracy of positioning of the working body.

Description

Известен кран-манипулятор, содержащий смонтированное на транспортном средстве поворотное в вертикальной плоскости основание в виде плоской треугольной фермы и три гидроцилиндра, корпуса которых шарнирно закреплены на вершинах основания, а штоки всех трех гидроцилиндров соединены между собой и с грузозахватным органом, при этом для поворота основания предусмотрено два гидроцилиндра, штоки которых закреплены на обращенной вверх стороне основания, при этом вершина основания, противолежащая упомянутой стороне основания, снабжена горизонтальной балкой, параллельной этой стороне основания, гидроцилиндры поворота основания расположены параллельно друг другу, их штоки закреплены на вершинах основания, соединенных между собой верхней его стороной, при этом между горизонтальной балкой и наклонными сторонами основания расположены укосины, при этом упомянутая горизонтальная балка соединена с фермой, установленной на вертикальных стойках, охватывающих кабину и закрепленных на раме транспортного средства (Патент RU №2207317, МПК B66C 23/44, опубл. 27.06.2003). Known crane containing mounted on a vehicle swivel in a vertical plane base in the form of a flat triangular truss and three hydraulic cylinders, the body of which is hinged to the tops of the base, and the rods of all three hydraulic cylinders are connected to each other and to the load gripping body, while to rotate the base two hydraulic cylinders are provided, the rods of which are fixed on the side of the base facing upwards, while the top of the base, opposite to the said side of the base, is equipped with a horizontal beam parallel to this side of the base, the hydraulic cylinders for turning the base are parallel to each other, their rods are fixed on the tops of the base, interconnected its upper side, while between the horizontal beam and the inclined sides of the base there are braces, while the said horizontal beam is connected to the truss mounted on vertical posts, covering the cab and fixed to the vehicle frame (Patent RU No. 2207317, IPC B66C 23/44, publ. 06/27/2003).

Недостаток данного крана-манипулятора: недостаточные функциональные возможности грузозахватного органа из-за ограниченной степени подвижности с одной вращательной кинематической парой 5-ого класса, отсутствие возможности управления грузозахватным органом.The disadvantage of this crane-manipulator: insufficient functionality of the load-handling body due to the limited degree of mobility with one rotational kinematic pair of the 5th class, the inability to control the load-handling body.

Известен грузоподъемный кран, содержащий смонтированное на транспортном средстве поворотное в вертикальной плоскости основание в виде плоской треугольной фермы, на котором с помощью шарниров закреплены три гидроцилиндра, штоки которых соединены между собой и с грузозахватным органом, для поворота основания предусмотрен дополнительный гидроцилиндр (Авторское свидетельство SU № 594021 А1, МПК B66C 23/44, опубл. 25.02.1978).Known crane containing mounted on a vehicle swivel in a vertical plane base in the form of a flat triangular truss, on which three hydraulic cylinders are fixed with the help of hinges, the rods of which are connected to each other and to the lifting body, an additional hydraulic cylinder is provided to rotate the base (Author's certificate SU No. 594021 A1, IPC B66C 23/44, published 2/25/1978).

Недостаток известного грузоподъемного крана: недостаточные функциональные возможности из-за ограниченной погрузочной высоты и необходимости демонтажа (и неиспользования) собственного кузова транспортного средства; нерациональная загрузка гидроцилиндров - верхний цилиндр, закрепленный на основании, и цилиндр поворота основания, воспринимающие неблагоприятные растягивающие усилия, являются наиболее нагруженными.The disadvantage of the known crane: insufficient functionality due to the limited loading height and the need to dismantle (and not use) the vehicle's own body; irrational loading of hydraulic cylinders - the upper cylinder, fixed on the base, and the base rotation cylinder, which perceive unfavorable tensile forces, are the most loaded.

Наиболее близким является манипулятор-трипод параллельно-последовательной структуры, установленный на транспортном средстве, содержащий основание, на котором с помощью шарниров смонтированы три гидроцилиндра, штоки которых соединены между собой и с грузозахватным органом, с целью расширения зоны действия крана и повышения жесткости конструкции он снабжен дополнительным цилиндром, размещенным на основании, выполненном в виде плоской треугольной фермы, одна сторона которой закреплена на транспортном средстве с возможностью поворота в вертикальной плоскости, при этом в точке соединения трех цилиндров с помощью пятиподвижного шарнира закреплен трехстепенной управляемый захват, представляющий собой три последовательно соединенных между собой механизма, конструкции которых соединены с помощью вращательных цилиндрических шарниров с кинематической парой пятого класса, и для их поворота предусмотрены шаговые двигатели, закрепленные на конструкции механизмов (Патент RU № 2616493, МПК B66C 23/44, опубл. 17.04.2017).The closest is a manipulator-tripod of a parallel-series structure, mounted on a vehicle, containing a base on which three hydraulic cylinders are mounted with the help of hinges, the rods of which are connected to each other and to the load-gripping body, in order to expand the crane's coverage area and increase the rigidity of the structure, it is equipped with an additional cylinder placed on a base made in the form of a flat triangular truss, one side of which is fixed on the vehicle with the possibility of rotation in a vertical plane, while at the junction point of the three cylinders with a five-movable hinge, a three-degree controlled grip is fixed, which consists of three sequentially connected between is a mechanism, the structures of which are connected by means of rotational cylindrical hinges with a kinematic pair of the fifth class, and for their rotation stepper motors are provided, fixed on the structure of the mechanisms (Patent RU No. 2616493, IPC B66C 23/44, publ. 04/17/2017).

Недостаток известного манипулятора-трипода параллельно-последовательной структуры: недостаточные функциональные возможности манипулятора-трипода, возникновение изгибающего момента от грузозахватного органа на штоке первого гидроцилиндра вследствие возникновения дополнительной степени подвижности из-за недостаточной жесткости соединения конструкции пятиподвижного шарнира с корпусом первого гидроцилиндра.The disadvantage of the known manipulator-tripod of a parallel-series structure: insufficient functionality of the manipulator-tripod, the occurrence of a bending moment from the load gripping body on the rod of the first hydraulic cylinder due to the occurrence of an additional degree of mobility due to insufficient rigidity of the connection of the five-movable hinge design with the body of the first hydraulic cylinder.

Задачей является разработка конструкции манипулятора-трипода, обеспечивающей устранение изгибающих моментов в приводах.The task is to develop the design of the tripod manipulator, which ensures the elimination of bending moments in the drives.

Технический результат - обеспечение точности позиционирования рабочего органа.EFFECT: ensuring accuracy of positioning of the working body.

Указанный технический результат достигается тем, что манипулятор-трипод, установленный на роботизированном средстве, содержащий звенья переменной длины, двухподвижные шарниры, основание в форме равнобедренного треугольника, выходное звено с рабочим органом, цилиндрические шарниры вращения с кинематической парой пятого класса, согласно полезной модели, дополнительно содержит металлическую полую трубу с опорой на одном конце, при этом выходное звено представлено в виде узла, в котором соединяются три конца звеньев переменной длины с помощью сферических шарниров расположенных под углом 120 градусов относительно друг друга, при этом опора представлена в виде трехстепенного шарнирного узла и обеспечивает продольное перемещение металлической полой трубы внутри трехстепенного шарнирного узла.The specified technical result is achieved by the fact that the tripod manipulator mounted on a robotic device, containing links of variable length, two-movable hinges, a base in the form of an isosceles triangle, an output link with a working body, cylindrical hinges of rotation with a kinematic pair of the fifth class, according to the utility model, additionally contains a metal hollow pipe with a support at one end, while the output link is presented in the form of a node in which three ends of links of variable length are connected using spherical hinges located at an angle of 120 degrees relative to each other, while the support is presented in the form of a three-degree hinge node and provides longitudinal movement of a metal hollow pipe inside a three-stage hinge assembly.

Вследствие того, что опора металлической полой трубы представлена в виде трехстепенного шарнира, что обеспечивает ее продольное перемещение, достигается технический результат в обеспечении точности позиционирования рабочего органа. Due to the fact that the support of the metal hollow pipe is presented in the form of a three-degree hinge, which ensures its longitudinal movement, the technical result is achieved in ensuring the positioning accuracy of the working body.

На фиг. 1 - изображен общий вид манипулятора-трипода параллельно-последовательной структуры.In FIG. 1 - shows a general view of the manipulator-tripod parallel-serial structure.

На фиг. 2 – выходное звено (вид сверху).In FIG. 2 – output link (top view).

На фиг. 3 – сечение трехстепенного шарнирного узла.In FIG. 3 - section of a three-degree hinge joint.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленной полезной модели, заключаются в следующем.Information confirming the possibility of implementing the claimed utility model is as follows.

Предлагаемый манипулятор-трипод состоит из трех звеньев переменной длины 1 - 3, одни концы которых с помощью двухподвижных шарниров 4 установлены на основании 5 в форме равнобедренного треугольника, а другие концы закреплены с помощью сферических шарниров 6 на выходном звене 7 с рабочим органом. Основание 5 крепится к роботизированному средству двумя нижними вершинами равнобедренного треугольника с помощью цилиндрических шарниров вращения 8 с кинематической парой пятого класса. Для поворота основания 5 и увеличения рабочей зоны манипулятора-трипода предусмотрено дополнительное звено переменной длины 9, которое одним концом соединяется с верхней третьей вершиной равнобедренного треугольника, а другим концом к роботизированному средству с помощью цилиндрических шарниров вращения 8 с кинематической парой пятого класса.The proposed manipulator-tripod consists of three links of variable length 1 - 3, one ends of which are installed on the base 5 in the form of an isosceles triangle with the help of two-movable hinges 4, and the other ends are fixed with the help of spherical hinges 6 on the output link 7 with the working body. The base 5 is attached to the robotic means by two lower vertices of an isosceles triangle using cylindrical hinges of rotation 8 with a kinematic pair of the fifth class. To rotate the base 5 and increase the working area of the manipulator-tripod, an additional link of variable length 9 is provided, which at one end is connected to the upper third vertex of the isosceles triangle, and at the other end to the robotic tool using cylindrical rotation joints 8 with a kinematic pair of the fifth class.

Для точности позиционирования рабочего органа к выходному звену 7 жестко крепится одним концом металлическая полая труба 10, которая не только принимает на себя изгибающие моменты, возникающие при работе манипулятора-трипода, но в зависимости от вида выполняемой операции может использоваться, как проводник для подачи рабочей смеси (краска и др.) к рабочему органу или для подвода крутящего момента к инструменту (фреза, захват и др.). Другим концом металлическая полая труба 10 опирается на трехстепенной шарнирный узел 11, обеспечивающий продольное перемещение металлической полой трубы 10 внутри трехстепенного шарнирного узла 11.For the accuracy of positioning of the working body to the output link 7, a metal hollow pipe 10 is rigidly attached at one end, which not only assumes the bending moments that occur during the operation of the tripod manipulator, but, depending on the type of operation performed, can be used as a conductor for supplying the working mixture (paint, etc.) to the working body or to supply torque to the tool (cutter, grip, etc.). The other end of the metal hollow pipe 10 rests on a three-stage hinge assembly 11, which provides longitudinal movement of the metal hollow pipe 10 inside the three-degree hinge assembly 11.

Работа манипулятора-трипода осуществляется следующим образом.The work of the manipulator-tripod is carried out as follows.

Изменение длины хотя бы одного звена 1,2 или 3 пространственного стержневого механизма, способствует изменению геометрии пространственной структуры, представленной в виде пирамиды, образованной основанием 5 и звеньями переменной длины механизмов 1 – 3. Вследствие этого выходное звено 7, соединяющее противоположные концы звеньев 1 – 3 в одной точке, находящейся в вершине пирамиды, увлекает за собой рабочий орган и металлическую полую трубу 10. Для увеличения зоны обслуживания манипулятора-трипода необходимо включить дополнительное звено переменной длины 9, которое поворачивает в вертикальной плоскости основание 5, закрепленное нижними вершинами равнобедренного треугольника с роботизированным средством посредством цилиндрических шарниров вращения 8 с кинематическими парами пятого класса. Двухподвижные шарниры 4 соединяют одни концы звеньев 1 – 3 стержневого механизма с вершинами равнобедренного треугольника основания 5 и обеспечивают необходимую подвижность этих звеньев относительно основания 5. В зависимости от вида технологической операции, металлическая полая труба 10 несет функцию подвода трубопровода (шланга) для передачи рабочего раствора или жидкости к рабочему органу либо подвода привода (вала или гибкого вала) для передачи крутящего момента к рабочему органу, а также воспринимает нагрузку в виде изгибающим моментов, которые могут возникать на трех звеньях переменной длины 1 – 3. Трехстепенной шарнирный узел 11 несет функцию опоры металлической полой трубы 10 и обеспечивает ее продольное перемещение вдоль своей оси и поворачивание относительно двух осей трехстепенного шарнирного узла (фиг.3).A change in the length of at least one link 1,2 or 3 of the spatial rod mechanism contributes to a change in the geometry of the spatial structure, presented in the form of a pyramid formed by the base 5 and links of variable length mechanisms 1 - 3. As a result, the output link 7, connecting the opposite ends of the links 1 - 3 at one point, located at the top of the pyramid, drags the working body and the metal hollow pipe 10. To increase the service area of the tripod manipulator, it is necessary to include an additional link of variable length 9, which rotates the base 5 in the vertical plane, fixed by the lower vertices of an isosceles triangle with robotic means by means of cylindrical hinges of rotation 8 with kinematic pairs of the fifth class. Two-movable hinges 4 connect one ends of the links 1 - 3 of the rod mechanism with the vertices of the isosceles triangle of the base 5 and provide the necessary mobility of these links relative to the base 5. Depending on the type of technological operation, the metal hollow pipe 10 has the function of supplying a pipeline (hose) for transferring the working solution or liquid to the working body or a drive supply (shaft or flexible shaft) for transmitting torque to the working body, and also perceives the load in the form of bending moments that can occur on three links of variable length 1 - 3. The three-degree hinge assembly 11 has the function of a support metal hollow pipe 10 and provides its longitudinal movement along its axis and rotation about the two axes of the three-degree hinge assembly (figure 3).

Таким образом, за счет устранения изгибающих моментов в приводах, обеспечивается точность позиционирования рабочего органа. Thus, due to the elimination of bending moments in the drives, the positioning accuracy of the working body is ensured.

Claims

Tripod manipulator capable of being installed on a robotic device, containing links of variable length, two-movable hinges, a base in the form of an isosceles triangle, an output link with a working body, cylindrical hinges of rotation with a kinematic pair of the fifth class, characterized in that it additionally contains a metal hollow pipe with support at one end, while the output link is presented in the form of a node in which three ends of links of variable length are connected using spherical hinges located at an angle of 120 degrees relative to each other, while the support is presented in the form of a three-degree hinge node and provides longitudinal movement a metal hollow pipe inside a three-degree swivel joint.