RU226640U1 - SPACE MECHANISM WITH A CIRCULAR GUIDE WITH SIX DEGREES OF FREEDOM - Google Patents

SPACE MECHANISM WITH A CIRCULAR GUIDE WITH SIX DEGREES OF FREEDOM Download PDF

Info

Publication number
RU226640U1
RU226640U1 RU2023130484U RU2023130484U RU226640U1 RU 226640 U1 RU226640 U1 RU 226640U1 RU 2023130484 U RU2023130484 U RU 2023130484U RU 2023130484 U RU2023130484 U RU 2023130484U RU 226640 U1 RU226640 U1 RU 226640U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
drive
base
kinematic
drive carriage
freedom
Prior art date
Application number
RU2023130484U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Аркадьевич Глазунов
Гагик Володяевич Рашоян
Александр Константинович Алёшин
Сергей Валерьевич Хейло
Игорь Михайлович Кондратьев
Армен Гарникович Рашоян
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН)
Application granted granted Critical
Publication of RU226640U1 publication Critical patent/RU226640U1/en

Links

Abstract

Полезная модель относится к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам роботов для выполнения пространственных движений. Пространственный механизм содержит основание, выполненное в виде круговой направляющей, выходное звено, выполненное в виде платформы, три кинематические цепи между основанием и выходным звеном, расположенные по периметру основания. Каждая из кинематических цепей содержит приводную каретку, снабженную вращательным приводом, и неприводную каретку, которые установлены на основании и связаны друг с другом перекрестной кинематической цепью, состоящей из двух звеньев, соединенных линейным приводом. При этом перекрестная кинематическая цепь соединена с приводной кареткой с помощью сферического шарнира, а с неприводной кареткой – с помощью шарнира Гука. Обеспечивается создание механизма без избыточных связей. 3 ил. The utility model relates to robotics, namely to spatial manipulation mechanisms of robots for performing spatial movements. The spatial mechanism contains a base made in the form of a circular guide, an output link made in the form of a platform, three kinematic chains between the base and the output link, located along the perimeter of the base. Each of the kinematic chains contains a drive carriage equipped with a rotational drive and a non-drive carriage, which are installed on the base and connected to each other by a cross kinematic chain consisting of two links connected by a linear drive. In this case, the cross kinematic chain is connected to the drive carriage using a spherical joint, and to the non-drive carriage using a Hooke joint. The creation of a mechanism without redundant connections is ensured. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам роботов для выполнения пространственных движений.The utility model relates to mechanical engineering, in particular to robotics, namely to spatial manipulation mechanisms of robots for performing spatial movements.

В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности пространственный механизм с шестью степенями свободы (заявка на полезную модель №2021114247, 20.05.2021). Данный пространственный механизм (фиг. 1) содержит основание, выполненное в виде круговой направляющей, выходное звено, выполненное в виде платформы, три кинематические цепи между основанием и выходным звеном, расположенные по периметру основания. Каждая из кинематических цепей включает в себя приводную каретку, снабженную приводом и одну неприводную каретку, которые установлены на основании и связанны друг с другом перекрестной кинематической цепью, состоящей из двух звеньев, соединенных линейным приводом, а сама перекрестная цепь соединена с каретками с помощью вращательных пар. Приводная и не приводная каретки через сферические пары соединены посредством промежуточных звеньев с вращательными парами промежуточного кинематического узла. Этот узел посредством закрепленной на нем сдвоенной кинематической пары и вращательной кинематической пары, оси которых взаимно перпендикулярны, связан с выходным звеном. Выходное звено обладает шестью степенями свободы.The spatial mechanism with six degrees of freedom that is closest in technical essence was chosen as a prototype (utility model application No. 2021114247, 05.20.2021). This spatial mechanism (Fig. 1) contains a base made in the form of a circular guide, an output link made in the form of a platform, three kinematic chains between the base and the output link, located along the perimeter of the base. Each of the kinematic chains includes a drive carriage equipped with a drive and one non-drive carriage, which are installed on the base and connected to each other by a cross kinematic chain consisting of two links connected by a linear drive, and the cross chain itself is connected to the carriages using rotational pairs . The drive and non-drive carriages are connected through spherical pairs by means of intermediate links with rotational pairs of the intermediate kinematic unit. This unit is connected to the output link by means of a dual kinematic pair and a rotational kinematic pair attached to it, the axes of which are mutually perpendicular. The output link has six degrees of freedom.

Недостатком данного устройства является наличие избыточных связей в перекрестных кинематических цепях механизма.The disadvantage of this device is the presence of redundant connections in the cross kinematic chains of the mechanism.

Анализ показывает, что избыточные связи обусловлены наличием двух вращательных шарниров в каждой перекрестной кинематической цепи (фиг. 1).The analysis shows that the redundant connections are due to the presence of two rotational joints in each cross kinematic chain (Fig. 1).

Согласно формуле Сомова-Малышева число степеней свободы для механизма определяется как:According to the Somov-Malyshev formula, the number of degrees of freedom for the mechanism is determined as:

где n - количество подвижных звеньев механизма; Р5, Р4, Р3, Р2, P1 - количество одно, двух, трех, четырех и пяти подвижных кинематических пар в механизме. where n is the number of moving parts of the mechanism; P 5 , P 4 , P 3 , P 2 , P 1 - the number of one, two, three, four and five movable kinematic pairs in the mechanism.

Число степеней свободы механизма прототипа (фиг. 1) согласно (1) будет равно:The number of degrees of freedom of the prototype mechanism (Fig. 1) according to (1) will be equal to:

Wпрототип = 6n - 5Р5 - 3Р3 = 6 ⋅ 25 - 5 ⋅ 27 - 3 ⋅ 6 = 150 - 135 - 18 = -3,W prototype = 6n - 5Р 5 - 3Р 3 = 6 ⋅ 25 - 5 ⋅ 27 - 3 ⋅ 6 = 150 - 135 - 18 = -3,

где n = 25, Р5 = 27, Р3 = 6.where n = 25, P 5 = 27, P 3 = 6.

Полученный результат свидетельствует о том, что в механизме прототипа имеются избыточные связи, хотя механизм имеет шесть степеней свободы.The obtained result indicates that there are redundant connections in the prototype mechanism, although the mechanism has six degrees of freedom.

Механизм прототипа обладает девятью избыточными связями [1]:The prototype mechanism has nine redundant connections [1]:

qизб.св = Wмех.без.изб - Wпрототип = 6 - ( -3) = 9,q izb.sv = W mech.without izb. - W prototype = 6 - ( -3) = 9,

где qизб.св = 9 количество избыточных связей в механизме прототипа,where q redundant = 9 the number of redundant connections in the prototype mechanism,

Wмех.без.изб = 6 число степеней свободы механизма без избыточных связей,W mech.without.isn = 6 number of degrees of freedom of the mechanism without redundant connections,

Wпрототип = -3 число степеней свободы прототипа.W prototype = -3 number of degrees of freedom of the prototype.

При сборке механизма наличие избыточных связей вносят дополнительные повышенные требования к точности изготовления деталей механизма, в противном случае сборка механизма связана с упругими и пластическими деформациями деталей механизма [1]. Целью создания нового механизма является синтез структурной схемы механизмы без избыточных связей.When assembling a mechanism, the presence of redundant connections introduces additional increased requirements for the accuracy of manufacturing parts of the mechanism, otherwise the assembly of the mechanism is associated with elastic and plastic deformations of the mechanism parts [1]. The purpose of creating a new mechanism is to synthesize a structural diagram of the mechanism without redundant connections.

Поставленная цель достигается тем, что предлагается пространственный механизм с шестью степенями свободы с новой конструкцией перекрестных цепей.This goal is achieved by proposing a spatial mechanism with six degrees of freedom with a new design of cross chains.

Технический результат достигается установкой в конструкцию каждой перекрестной кинематической цепи сферического шарнира и шарнира Гука, что обеспечивает выходному звену механизма шесть степеней свободы без избыточных связей.The technical result is achieved by installing a spherical joint and a Hooke's joint into the design of each cross kinematic chain, which provides the output link of the mechanism with six degrees of freedom without redundant connections.

Предлагается пространственный механизм с шестью степенями свободы на общем виде (фиг. 1), включающий:A spatial mechanism with six degrees of freedom is proposed in a general view (Fig. 1), including:

основание, выполненное в виде круговой направляющей;base made in the form of a circular guide;

выходное звено, выполненное в виде платформы;output link, made in the form of a platform;

три кинематические цепи между основанием и выходным звеном, расположенные по периметру основания, каждая из которых включает приводную каретку, снабженную вращательным приводом, и неприводную каретку, которые установлены на круговой направляющей, и которые связанны друг с другом перекрестной кинематической цепью, состоящей из двух звеньев, соединенных линейным приводом, а перекрестная кинематическая цепь помощью сферического шарнира соединена с приводной кареткой и с помощью шарнира Гука соединена с не приводной кареткой;three kinematic chains between the base and the output link, located along the perimeter of the base, each of which includes a drive carriage equipped with a rotational drive and a non-drive carriage, which are mounted on a circular guide, and which are connected to each other by a cross kinematic chain consisting of two links, connected by a linear drive, and the cross kinematic chain is connected to the drive carriage using a spherical hinge and connected to the non-drive carriage using a Hooke's hinge;

промежуточное кинематическое звено, включающее в себя радиально закрепленные четыре вращательные кинематические пары, из которых две пары образуют сдвоенную кинематическую пару с общей осью вращения, а две другие являются вращательными кинематическими парами, размещенными соосно напротив друг друга и перпендикулярно упомянутой сдвоенной кинематической паре;an intermediate kinematic link that includes radially mounted four rotational kinematic pairs, of which two pairs form a dual kinematic pair with a common axis of rotation, and the other two are rotational kinematic pairs placed coaxially opposite each other and perpendicular to the mentioned dual kinematic pair;

два звена, в виде стержней, одно из которых с помощью вращательной кинематической пары связывает промежуточное звено с приводной кареткой с помощью сферической пары, а второе звено с помощью вращательной кинематической пары связывает промежуточное звено с не приводной кареткой, также с помощью сферической пары;two links in the form of rods, one of which, using a rotational kinematic pair, connects the intermediate link with the drive carriage using a spherical pair, and the second link, using a rotational kinematic pair, connects the intermediate link with the non-drive carriage, also using a spherical pair;

выходное звено, которое соединено с промежуточным звеном с помощью вращательной кинематической пары в виде Т-образного звена, ось которой перпендикулярна оси сдвоенной вращательной кинематической пары.output link, which is connected to the intermediate link using a rotational kinematic pair in the form of a T-shaped link, the axis of which is perpendicular to the axis of the dual rotational kinematic pair.

Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в устранении избыточных связей, снижении требований к точности изготовления деталей и упрощении сборки механизма.The technical result achieved by the utility model is the elimination of redundant connections, reducing the requirements for the precision of manufacturing parts and simplifying the assembly of the mechanism.

Полезная модель поясняется чертежом (фиг. 2), на котором представлена структурная схема пространственного механизма с шестью степенями свободы. Пространственный механизм с шестью степенями свободы содержит: выходное звено 1, выполненное в виде платформы, основание 2, три идентичные кинематические цепи I, II и III между основанием 2 и выходным звеном 1. Каждая из трех кинематических цепей (фиг. 3) включает приводную каретку 3 и неприводную каретку 4, соединенные друг с другом перекрестной кинематической цепью, состоящей из звеньев 5 и 6, соединенных линейным приводом 7. Перекрестная кинематическая цепь соединена с приводной кареткой 3 посредством сферической пары 8, а другой конец перекрестной цепи соединен с неприводной каретой 4 с помощью шарнира Гука 9. Кинематическая цепь включает также промежуточное звено 10, на котором установлены две соосно расположенные вращательные кинематические пары 11 и сдвоенные вращательные кинематические пары 12. С одной стороны, промежуточное звено 10 соединена с каретками 3 и 4 при помощи звеньев 13 и 14 посредством сферических шарниров 15 и вращательных шарниров 11. Кроме того, промежуточное звено 10 подвижно соединяется с выходным звеном 1 при помощи Т-образного звена 16 посредством сдвоенной вращательной пары 12 и вращательной пары 17.The utility model is illustrated by a drawing (Fig. 2), which shows a block diagram of a spatial mechanism with six degrees of freedom. A spatial mechanism with six degrees of freedom contains: an output link 1, made in the form of a platform, a base 2, three identical kinematic chains I, II and III between the base 2 and the output link 1. Each of the three kinematic chains (Fig. 3) includes a drive carriage 3 and a non-drive carriage 4, connected to each other by a cross kinematic chain consisting of links 5 and 6 connected by a linear drive 7. The cross kinematic chain is connected to the drive carriage 3 via a spherical pair 8, and the other end of the cross chain is connected to the non-drive carriage 4 using a Hooke's hinge 9. The kinematic chain also includes an intermediate link 10, on which two coaxially located rotational kinematic pairs 11 and dual rotational kinematic pairs 12 are installed. On the one hand, the intermediate link 10 is connected to the carriages 3 and 4 using links 13 and 14 via spherical hinges 15 and rotary hinges 11. In addition, the intermediate link 10 is movably connected to the output link 1 using a T-shaped link 16 by means of a double rotary pair 12 and a rotary pair 17.

Механизм работает следующим образом (фиг. 3). The mechanism works as follows (Fig. 3).

Выходное звено 1 совершает пространственное движение, сообщаемое приводными каретками 3 и линейными приводами 7 (при помощи не приводных кареток 4) через соответствующие им кинематические цепи. При работе приводные каретки 3 и неприводные каретки 4 движутся по круговым направляющим основания 2, а звенья 13 и 14 вызывают сложное пространственное движение промежуточного звена 10. Далее, с помощью промежуточного звена 10 и Т-образного звена 16 движение передается выходному звену 1.The output link 1 performs spatial movement, communicated by the drive carriages 3 and linear drives 7 (using non-drive carriages 4) through their corresponding kinematic chains. During operation, the drive carriages 3 and non-drive carriages 4 move along the circular guides of the base 2, and the links 13 and 14 cause complex spatial movement of the intermediate link 10. Next, with the help of the intermediate link 10 and the T-shaped link 16, the movement is transmitted to the output link 1.

Для полученной структурной схемы пространственного механизма, в котором нет избыточных связей, согласно формуле (1) число степеней свободы будет равно:For the resulting structural diagram of the spatial mechanism, in which there are no redundant connections, according to formula (1), the number of degrees of freedom will be equal to:

Wмех.без.изб = 6 ⋅ 25 - 5 ⋅ 3 ⋅ 7 - 4 ⋅ 3 ⋅ 1 - 3 ⋅ 3 ⋅ 3 = 150 - 105 - 12- 27 = 6,W mechanical without.isn = 6 ⋅ 25 - 5 ⋅ 3 ⋅ 7 - 4 ⋅ 3 ⋅ 1 - 3 ⋅ 3 ⋅ 3 = 150 - 105 - 12- 27 = 6,

где n=25 количество подвижных звеньев механизма; Р5 = 21, Р4 = 3, Р3 = 9 - число одноподвижных (вращательный шарнир), двухподвижных (шарнир Гука) и трехподвижных (сферический шарнир) кинематических пар в трех кинематических цепях механизма.where n=25 is the number of moving parts of the mechanism; P 5 = 21, P 4 = 3, P 3 = 9 - the number of single-moving (rotational joint), double-moving (Hooke's joint) and three-moving (spherical joint) kinematic pairs in the three kinematic chains of the mechanism.

Таким образом синтезирован пространственный механизм с шестью степенями свободы и без избыточных связей.Thus, a spatial mechanism with six degrees of freedom and without redundant connections was synthesized.

Список литературыBibliography

1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин / Учебник для вузов // 4 изд., перераб. и доп. М.: Наука. 1988. 640 с.1. Artobolevsky I.I. Theory of mechanisms and machines / Textbook for universities // 4th ed., revised. and additional M.: Science. 1988. 640 p.

Claims (1)

Пространственный механизм с шестью степенями свободы, содержащий основание, выполненное в виде круговой направляющей, выходное звено, выполненное в виде платформы, три кинематические цепи между основанием и выходным звеном, расположенные по периметру основания, каждая из которых включает в себя приводную каретку, снабженную вращательным приводом, и неприводную каретку, установленные на круговой направляющей и связанные друг с другом перекрестной кинематической цепью, состоящей из двух звеньев, соединенных поступательной приводной парой, отличающийся тем, что перекрестная кинематическая цепь соединена с приводной кареткой с помощью сферического шарнира, а с неприводной кареткой – с помощью шарнира Гука.A spatial mechanism with six degrees of freedom, containing a base made in the form of a circular guide, an output link made in the form of a platform, three kinematic chains between the base and the output link, located along the perimeter of the base, each of which includes a drive carriage equipped with a rotational drive , and a non-drive carriage mounted on a circular guide and connected to each other by a cross kinematic chain consisting of two links connected by a translational drive pair, characterized in that the cross kinematic chain is connected to the drive carriage using a spherical hinge, and to the non-drive carriage - with using a Hooke's hinge.
RU2023130484U 2024-02-27 SPACE MECHANISM WITH A CIRCULAR GUIDE WITH SIX DEGREES OF FREEDOM RU226640U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU226640U1 true RU226640U1 (en) 2024-06-14

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020007690A1 (en) * 1999-12-06 2002-01-24 Se-Kyong Song Six-degrees-of-freedom parallel mechanism for micro-positioning work
RU2667236C1 (en) * 2017-10-11 2018-09-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Spatial mechanism with circular lever base
RU2714147C1 (en) * 2019-07-02 2020-02-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Orienting platform with six degrees of freedom
RU206694U1 (en) * 2021-05-20 2021-09-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство)" Spatial mechanism with six degrees of freedom

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020007690A1 (en) * 1999-12-06 2002-01-24 Se-Kyong Song Six-degrees-of-freedom parallel mechanism for micro-positioning work
RU2667236C1 (en) * 2017-10-11 2018-09-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет" Spatial mechanism with circular lever base
RU2714147C1 (en) * 2019-07-02 2020-02-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Orienting platform with six degrees of freedom
RU206694U1 (en) * 2021-05-20 2021-09-22 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство)" Spatial mechanism with six degrees of freedom

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Alexey Fomin et al. Inverse and Forward Kinematic Analysis of a 6-DOF Parallel Manipulator Utilizing a Circular Guide, Robotics 2021, 10(1), 31, Published: 7 February 2021. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201009243Y (en) Mixed drive 6-freedom parallel mechanism containing plane 5-level closed chain
RU226640U1 (en) SPACE MECHANISM WITH A CIRCULAR GUIDE WITH SIX DEGREES OF FREEDOM
CN102579137B (en) Parallel surgical manipulator capable of horizontally moving three-dimensionally and rotating one-dimensionally
RU191807U1 (en) SPATIAL MECHANISM OF PARALLEL STRUCTURE WITH FIVE DEGREES OF FREEDOM
CN110480603B (en) Multi-degree-of-freedom parallel manipulator with 8M-shaped base
CN102873681A (en) Novel two-degree-of-freedom manipulator mechanism
CN109079757B (en) Three-degree-of-freedom parallel mechanism applied to teleoperation master hand
RU206694U1 (en) Spatial mechanism with six degrees of freedom
CN113043322B (en) Cable driving device for motion decoupling of rolling joint continuum mechanical arm
CN211654109U (en) 3-RRS + UPU type four-degree-of-freedom motion simulator actuating mechanism
CN212071933U (en) 3-RPS + UPU type four-degree-of-freedom motion simulator actuating mechanism
CN112621717B (en) Redundant branched chain parallel mechanism based on annular guide rail
RU182801U1 (en) MANIPULATOR WITH FIVE DEGREES OF FREEDOM
RU214144U1 (en) FOLDING MECHANISM WITH PARALLEL STRUCTURE WITH CIRCULAR GUIDE
RU2674357C1 (en) Spatial mechanism for micropositioning
SU1315290A1 (en) Manipulator
RU205104U1 (en) Manipulation spatial mechanism
RU2804666C1 (en) Six-movable spatial device of parallel structure of relative manipulation
RU220942U1 (en) SPATIAL MANIPULATION MECHANISM
RU173466U1 (en) SPATIAL MECHANISM WITH FIVE DEGREES OF FREEDOM
RU172752U1 (en) PORTAL MANIPULATOR OF PARALLEL STRUCTURE
CN111604884A (en) Five-freedom-degree series-parallel robot with two flat parts and three rotating parts
RU2800733C1 (en) Spatial manipulator of parallel design with five degrees of freedom
RU2753064C1 (en) Pivot mechanism
RU217416U1 (en) MANIPULATION SPATIAL MECHANISM