RU2674357C1

RU2674357C1 - Пространственный механизм для микропозиционирования

Info

Publication number: RU2674357C1
Application number: RU2018118991A
Authority: RU
Inventors: Виктор Аркадьевич Глазунов; Алексей Сергеевич Фомин; Максим Евгеньевич Парамонов
Priority date: 2018-05-23
Filing date: 2018-05-23
Publication date: 2018-12-07

Abstract

Изобретение относится к механизмам, применяемым в технике для получения заданного движения выходного звена. Пространственный механизм для микропозиционирования содержит установленную на основании круговую направляющую, выходное звено, шесть кинематических цепей, соединяющих установленные на круговой направляющей шесть кареток и выходное звено. Кинематические цепи выполнены в виде жестких стержней, соединенные с одного конца посредством шарнира с подвижными каретками, а другие концы - попарно от смежных кареток сопряжены с выходным звеном с помощью двухсторонних шарниров. На основании в центре круговой направляющей установлено вращающееся зубчатое цилиндрическое колесо, на оси которого собраны радиальные соединительные тяги с каретками. При этом между центральным зубчатым колесом и каждой кареткой в радиальном направлении смонтирована кинематическая цепь, включающая находящееся в зацеплении с центральным зубчатым колесом ведомое зубчатое колесо, выполненное за одно целое с ним ведущий шкив гибкой ременной передачи. На ведомом шкиве установлен кривошип, сопряженный с шатуном, расположенным подвижно на горизонтальной тяге. Изобретение обеспечивает возможность контролировать движение выходного звена единственным приводом. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к механизмам, применяемым в технике для получения заданного движения выходного звена.

Известен дельта-робот [Clavel R. Device for the movement and positioning of an element in space, US Patent No. 4976582, Dec. 11, 1990], имеющий пространственную параллельную структуру и состоящий из трех рычагов, прикрепленных с помощью вращательных шарниров к стойке. В параллельных цепях механизма используются параллелограммы, позволяющие сохранять пространственную ориентацию выходного звена. Недостатком такого устройства является невозможность воспринимать выходным звеном большие нагрузки ввиду исполнения параллельных цепей в виде параллелограммов, а также ограниченное число степеней свободы выходного звена, равное четырем (линейные смещения вдоль каждой из трех осей координат и поворот вокруг оси, перпендикулярной основанию).

Наиболее близким к предлагаемому устройству является поворотный гексапод с круговой направляющей [Coulombe J., Bonev I.A. A New Rotary Hexapod for Micropositioning. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) Karlsruhe, Germany. 2013, pp. 877-880, Fig. 4], относящийся к механизмам параллельной структуры и включающий стойку, выполненную в виде двойной замкнутой круговой направляющей, выходное звено в виде платформы, шесть кинематических цепей, включающих каждая каретку и промежуточные звенья, обеспечивающих три выхода на платформу. Движение выходного звена контролируется шестью двигателями, которые приводят в движение каретки, выполняющие в механизме роль ведущих звеньев.

Данный механизм принимается за прототип предлагаемого устройства. Недостаток прототипа заключается в невозможности полного контроля движений платформы при использовании менее шести приводов, в частности, одного привода.

Техническая проблема заключается в создании такого механизма параллельной структуры, в котором движение выходного звена могло бы контролироваться единственным приводом.

Сущность заявляемого устройства заключается в том, что предлагается пространственный механизм для микропозиционирования, включающий в себя установленную на основании круговую направляющую, выходное звено, шесть кинематических цепей, соединяющих установленные на круговой направляющей шесть кареток с выходным звеном. Кинематические цепи выполнены в виде жестких стержней, которые соединены с одного конца посредством шарниров с подвижными каретками, а другие концы стержни попарно от смежных кареток сопряжены с выходным звеном с помощью двухсторонних шарниров. Кроме того на основании в центре круговой направляющей установлено вращающееся зубчатое цилиндрическое колесо, на оси которого собраны радиальные соединительные тяги от всех кареток. При этом между центральным зубчатым колесом и каждой кареткой в радиальном направлении смонтирована кинематическая цепь, включающая в себя находящееся в зацеплении с центральным зубчатым колесом ведомое зубчатое колесо, выполненное за одно целое с ним ведущий шкив гибкой ременной передачи. Ременная передача связана с выходным шкивом, на котором установлен кривошип, сопряженный с шатуном, расположенным подвижно на горизонтальной тяге. Кривошип имеет линейный размер больше, чем радиус ведомого шкива и на нем выполнены отверстия с возможностью установки вращательных пар на разном расстоянии от центра вращения ведомых шкивов.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в том, что движение выходного звена контролируется единственным приводом к центральному зубчатому колесу, расположенного внутри круговой направляющей нового одноподвижного механизма, подвижные звенья которого жестко соединены с каретками, установленными на единственной круговой направляющей и на которые устанавливаются шесть кинематических цепей, ориентирующих выходное звено в пространстве.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом,

Где на фиг. 1 показан пространственный механизм для микропозиционирования,

на фиг. 2 показана пространственная кинематическая цепь параллельной структуры,

на фиг. 3 показан одноподвижный плоский механизм,

на фиг. 4 показан ведомый диск с кривошипом.

Пространственный механизм для микропозиционирования, включает в себя установленную на основании 1 круговую направляющую 2, выходное звено 3, шесть кинематических цепей, соединяющих установленные на круговой направляющей 2 шесть кареток 4 и выходное звено 3. Кинематические цепи выполнены в виде жестких стержней 5, соединенные с одного конца посредством шарниров 6 с подвижными каретками 3, а другие концы - попарно от смежных кареток сопряжены с выходным звеном 3 с помощью двухсторонних шарниров 7. На основании 1 в центре круговой направляющей 2 установлено вращающееся зубчатое цилиндрическое колесо 8, на оси которого собраны радиальные соединительные тяги 9 от шести кареток, причем между центральным зубчатым колесом 8 и каждой кареткой 4 в радиальном направлении смонтирована кинематическая цепь, включающая в себя находящееся в зацеплении с центральным зубчатым колесом 8 ведомое зубчатое колесо 10, выполненное за одно целое с ним ведущий шкив 11 гибкой ременной передачи, на ведомом шкиве 12 которой установлен кривошип 13, сопряженный с шатуном 14, подвижным на радиальной тяге 9.

Пространственный механизм работает следующим образом.

Центральный зубчатое колесо 8 образует центральную вращательную кинематическую пару с зубчатыми цилиндрическими колесами 10 всех шести кинематических цепей. Ведущие шкивы 11, жестко установленные на колесах 10, соединены с ведомыми шкивами 12 посредством гибкой связи. Кривошипы 13, жестко установленные на ведомых шкивах 12, с одной стороны являются частью вращательных кинематических пар, а с другой - с соединительными тягами 9 - поступательные кинематические пары. При этом звенья 10 образуют с центральным колесом 8 вращательные кинематические пары. Каретки 3 входят со стойкой 1 и промежуточными звеньями 10 во вращательные кинематические пары. Оси вращательных пар направлены перпендикулярно плоскости движения кареток 4. Звенья, соединяющие каретки 4 с выходным звеном 3 также соединяются между собой вращательными кинематическими парами.

Механизм, изображенный на фиг. 1, образуется путем соединения пространственной кинематической цепи параллельной структуры, приведенной на фиг. 2, и плоского одноподвижного механизма, показанного на фиг. 3, посредством установки промежуточных звеньев на каретки через вращательные кинематические пары. Полученный таким образом пространственный механизм параллельной структуры приводится в движение поворотом центрального диска, который полностью контролирует движение выходного звена.

С учетом того, что на кривошипах 13 выполнены отверстия с возможностью установки вращательных пар на разном расстоянии от центра вращения ведомых шкивов 12 (фиг. 4), появляется возможность получать разные перемещения кареток 4 для каждой кинематической цепи механизма, тем самым изменяя траекторию движения выходного звена 3.

Принцип работы механизма заключается в следующем. При вращении центрального зубчатого колеса 8, движение передается на колеса 10, которые приводят в движение ведущие диски 11 за счет того, что они жестко соединены с колесами 10. Далее через гибкие связи движение передается ведомым дискам 12, а соответственно, и жестко соединенным с ними кривошипам 13, которые вращаясь, приводят в движение шатунам 14, которые смещаясь вдоль радиальных тяг 9, будут отклонять его, перемещая каретки 4 относительно направляющей 1. Движение от кареток 9 передается на промежуточные звенья 5, которые приводят в движение выходное звено 3, ориентируя его на заданные углы и расстояния относительно основания 1.

Применение предлагаемого устройства целесообразно для задания пространственной ориентации объектов и их смещения на малые расстояния, а также для выполнения цикличных операций, требующих движение по заданной траектории. Предлагаемый механизм может быть использован при создании реабилитационного медицинского оборудования.

Claims

1. Пространственный механизм для микропозиционирования, включающий установленную на основании круговую направляющую, выходное звено, кинематические цепи, соединяющие установленные на круговой направляющей шесть кареток с выходным звеном, отличающийся тем, что кинематические цепи выполнены в виде жестких стержней, которые соединены с одного конца посредством шарниров с подвижными каретками, а с других концов - стержни попарно от смежных кареток сопряжены с выходным звеном с помощью двухсторонних шарниров, при этом на основании в центре круговой направляющей установлено вращающееся зубчатое цилиндрическое колесо, на оси которого собраны радиальные соединительные тяги от кареток, причем между центральным зубчатым колесом и каждой кареткой в радиальном направлении смонтирована кинематическая цепь, включающая находящееся в зацеплении с центральным зубчатым колесом ведомое зубчатое колесо, выполненное за одно целое с ним ведущий шкив гибкой ременной передачи, на ведомом шкиве которой установлен кривошип, сопряженный с шатуном, подвижным на радиальной тяге.

2. Пространственный механизм по п. 1, отличающийся тем, что кривошип имеет линейный размер больше, чем радиус ведомого шкива.