RU2751782C1 - Hinged platform manipulator - Google Patents
Hinged platform manipulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2751782C1 RU2751782C1 RU2020123324A RU2020123324A RU2751782C1 RU 2751782 C1 RU2751782 C1 RU 2751782C1 RU 2020123324 A RU2020123324 A RU 2020123324A RU 2020123324 A RU2020123324 A RU 2020123324A RU 2751782 C1 RU2751782 C1 RU 2751782C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hinged
- links
- double
- kinematic chain
- support base
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J1/00—Manipulators positioned in space by hand
- B25J1/06—Manipulators positioned in space by hand of the lazy-tongs type
Abstract
Description
Изобретение относится к механизмам параллельной структуры с замкнутой кинематической цепью и может найти применение в приводах манипуляторов и роботов в обрабатывающих центрах, автоматических линиях, хирургической медицине, испытательных стендах и других технологиях, где требуется обеспечить постоянство заданной ориентации платформы с рабочим органом при ее перемещении в рабочем пространстве манипулятора.The invention relates to mechanisms of a parallel structure with a closed kinematic chain and can be used in drives of manipulators and robots in machining centers, automatic lines, surgical medicine, test benches and other technologies where it is required to ensure the constancy of the specified orientation of the platform with the working body during its movement in the working manipulator space.
Известен манипуляционный механизм в виде платформы Стюарта, содержащий замкнутую кинематическую цепь, состоящую из двух шестишарнирных звеньев в виде опорного основания и подвижной платформы, соединенных между собой посредством шести опорных ног, двенадцати сложных сферических шарниров с приводом от шести поступательных линейных двигателей в виде гидроцилиндров - аналог (книга Вульфсон И.И. и др. «Механика машин», М.: Высшая школа, 1996, с. 28, рис. 1.20 со схемой «Платформа Стюарта»).Known manipulation mechanism in the form of a Stewart platform, containing a closed kinematic chain, consisting of two six-hinge links in the form of a support base and a movable platform, interconnected by means of six support legs, twelve complex spherical hinges driven by six translational linear motors in the form of hydraulic cylinders - analog (Book II Wolfson et al. "Mechanics of machines", M .: Higher school, 1996, p. 28, Fig. 1.20 with the scheme "Stewart platform").
Недостатками известного манипуляционного механизма являются:The disadvantages of the known manipulation mechanism are:
1. Сложная конструкция звеньев, сферических шарниров с пересечением всех осей вращения только в одной точке, большие габариты в нерабочем положении и ограниченная рабочая зона из-за наличия особых неуправляемых положений рабочего органа.1. A complex design of links, spherical hinges with the intersection of all axes of rotation only at one point, large dimensions in the non-working position and a limited working area due to the presence of special uncontrolled positions of the working body.
2. Очень сложная система управления одновременной зависимой работой сразу всех шести приводных двигателей для реализации любого требуемого перемещения рабочего органа.2. A very complex control system for the simultaneous dependent operation of all six drive motors at once for the implementation of any required movement of the working body.
3. Нарушение постоянства ориентации рабочего органа из-за возникающего углового перекоса подвижной платформы.3. Violation of the constancy of the orientation of the working body due to the arising angular misalignment of the movable platform.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению является шарнирный платформенный манипулятор, содержащий опорное основание и установленное на нем устройство позиционирования рабочего органа на основе приводной замкнутой шарнирно-рычажной кинематической цепи, содержащей два трехшарнирных звена, три параллелограммных механизма опорных ног с множеством вращательных кинематических пар, оси которых перпендикулярны осям вращения приводных вращательных пар с приводом от трех двигателей - прототип (Gavel R. 1990. United States Patent No. 4,975, 582).The closest in technical essence and the achieved effect to the proposed invention is an articulated platform manipulator containing a support base and a device for positioning the working body mounted on it based on a closed drive hinge-lever kinematic chain containing two three-articulated links, three parallelogram mechanisms of supporting legs with a plurality of rotational kinematic pairs, the axes of which are perpendicular to the axes of rotation of driving rotary pairs driven by three motors - prototype (Gavel R. 1990. United States Patent No. 4.975, 582).
Недостатками указанного шарнирного платформенного манипулятора являются:The disadvantages of this articulated platform manipulator are:
1. Сложная конструкция рычажных звеньев с взаимно-перпендикулярными осями углового вращения шарниров, высокая трудоемкость их изготовления и сборки, а также большие габариты из-за большой номенклатуры звеньев и приводных двигателей.1. Complex design of link links with mutually perpendicular axes of angular rotation of the hinges, high labor intensity of their manufacture and assembly, as well as large dimensions due to the large range of links and drive motors.
2. Сложная система управления одновременно тремя установленными приводными двигателями для обеспечения требуемого точного позиционирования рабочего органа.2. Sophisticated control system simultaneously with three installed drive motors to ensure the required precise positioning of the working body.
3. Наличие особых неуправляемых положений (singularity), приводящих к угловым перекосам подвижной платформы с рабочим органом и нарушению его заданной постоянной ориентации, что уменьшает рабочую зону манипулятора.3. The presence of special uncontrollable positions (singularity), leading to angular misalignments of the movable platform with the working body and the violation of its given constant orientation, which reduces the working area of the manipulator.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в упрощении конструкции манипуляционного механизма, расширении рабочей зоны и упрощении системы управления перемещением рабочего органа за счет применения предельно простых двухшарнирных звеньев одинаковой длины для сборки из них компактной замкнутой кинематической цепи с раздельным приводом от одного из двух установленных приводных двигателей.The invention is based on a technical problem, which consists in simplifying the design of the manipulation mechanism, expanding the working area and simplifying the control system for the movement of the working body due to the use of extremely simple double-hinged links of the same length for assembling a compact closed kinematic chain from them with a separate drive from one of two installed drive engines.
Получение технического результата достигается за счет того, что в предлагаемом шарнирном платформенном манипуляторе устройство позиционирования рабочего органа выполнено в виде шарнирного прямоугольника, составленного из восьми коротких двухшарнирных звеньев одинаковой длины, вершины которых попарно соединены между собой посредством четырех попарно параллельных длинных двухшарнирных звеньев одинаковой длины и восьми двойных шарниров с параллельными осями их углового поворота, а одно из которых двухшарнирных звеньев шарнирного прямоугольника сблокировано с опорным основанием в качестве стойки.The technical result is achieved due to the fact that in the proposed articulated platform manipulator the device for positioning the working body is made in the form of a hinged rectangle composed of eight short double-hinged links of the same length, the tops of which are connected in pairs by means of four pairwise parallel long double-hinged links of the same length and eight double hinges with parallel axes of their angular rotation, and one of which double-hinged links of the hinge rectangle is interlocked with the support base as a rack.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4.The essence of the invention is illustrated by drawings in Fig. 1, fig. 2, fig. 3 and FIG. 4.
На фиг. 1 изображен общий вид шарнирного платформенного манипулятора, содержащего опорное основание 1 и установленное на нем устройство позиционирования рабочего органа 2, выполненные в виде шарнирного прямоугольника ABCDEGNM, составленного из восьми коротких двухшарнирных звеньев 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 одинаковой длины l1=const, вершины которых А, В, С, D, Е, G, N и М попарно соединены (А и G, В и Е, С и М, D и N) посредством четырех попарно параллельных длинных двухшарнирных звеньев 11, 12, 13 и 14 одинаковой длины l2>2l1 и восьми двойных шарниров с параллельными осями их углового поворота (образованных двумя короткими и одним длинным звеньями 3, 4 и 11 на вершине А; звеньями 4, 5 и 12 на вершине В; звеньями 5, 6 и 14 на вершине С; звеньями 6, 7 и 13 на вершине D; звеньями 7, 8 и 12 на вершине Е; звеньями 8, 9 и 11 на вершине G; звеньями 9, 10 и 13 на вершине N; а также звеньями 3, 10 и 14 на вершине М). В замкнутой кинематической цепи шарнирного прямоугольника ABCDEGNM короткое двухшарнирное звено 3 сблокировано с опорным основанием 1 выполнено в виде приводной вращающейся платформы. Привод замкнутой кинематической цепи шарнирного прямоугольника ABCDEGNM выполнен в виде двух последовательно работающих приводных поворотных двигателей 15 и 16, соединенных с расположенными на стойке двумя короткими двухшарнирными звеньями 4 и 10.FIG. 1 shows a General view of an articulated platform manipulator containing a support base 1 and a device for positioning the working body 2 mounted on it, made in the form of a hinged rectangle ABCDEGNM, composed of eight short double-hinged
На фиг. 1 также представлена предельная конфигурация замкнутой кинематической цепи манипулятора в виде компактного вертикального шарнирного прямоугольника, обеспечивающая верхнее горизонтальное положение рабочего органа.FIG. 1 also shows the limiting configuration of the closed kinematic chain of the manipulator in the form of a compact vertical hinged rectangle, which provides the upper horizontal position of the working body.
На фиг. 2 представлена предельная конфигурация замкнутой кинематической цепи манипулятора в виде компактного горизонтального шарнирного прямоугольника, обеспечивающая нижнее горизонтальное положение рабочего органа.FIG. 2 shows the limiting configuration of the closed kinematic chain of the manipulator in the form of a compact horizontal hinged rectangle, which provides the lower horizontal position of the working body.
На фиг. 3 и фиг. 4 представлены промежуточные конфигурации замкнутой кинематической цепи манипулятора в виде шарнирного квадрата с крайним правым (фиг. 3) или крайним левым (фиг. 4) горизонтальным положением рабочего органа.FIG. 3 and FIG. 4 shows intermediate configurations of the closed kinematic chain of the manipulator in the form of a hinged square with the extreme right (FIG. 3) or extreme left (FIG. 4) horizontal position of the working body.
На фиг. 5 представлен вариант пространственной схемы шарнирного платформенного манипулятора, в котором устройство позиционирования рабочего органа выполнено в виде многократного, например, двухкратного механизма, состоящего из двух одинаковых шарнирных прямоугольников ABCDEGNM, установленных на опорном основании 1 в параллельных плоскостях и сблокированных между собой через подвижную платформу, которые выполнены с приводом расположенных на стойке (в виде звена 3) двух длинных двухшарнирных звеньев 11 и 14 от двух последовательно работающих линейных двигателей, например, в виде установленных на опорном основании 1 подвижных гидроцилиндров 18 и 19.FIG. 5 shows a variant of the spatial diagram of the articulated platform manipulator, in which the device for positioning the working body is made in the form of a multiple, for example, a double mechanism, consisting of two identical articulated rectangles ABCDEGNM, installed on the support base 1 in parallel planes and interlocked with each other through a movable platform, which are made with a drive located on the rack (in the form of link 3) of two long double-hinged
Работа представленного шарнирного манипулятора заключается в следующем.The work of the presented articulated arm is as follows.
Управляемое перемещение рабочего органа 2 шарнирного платформенного манипулятора и его точное позиционирование в рабочем пространстве может осуществляется на одном из трех следующих режимов (N1, N2, N3):Controlled movement of the working body 2 of the articulated platform manipulator and its precise positioning in the working space can be carried out in one of the following three modes (N1, N2, N3):
1) При включении двигателя 15 за счет углового поворота ведущего звена 10 в направлении ϕ1 рабочий орган 2 (фиг. 3) переходит в предельное верхнее вертикальное положение (фиг. 1) при точном сохранении горизонтальной ориентации выходного звена 7 манипулятора (т.е. при сохранении точного вертикального расположения установленного на него рабочего органа 2.1) When the
2) При включении другого приводного двигателя 16 (и отключении при этом двигателя 15) за счет углового поворота другого ведущего звена 4 в направлении ϕ2 (фиг. 4) рабочий орган 2 переходит в предельное нижнее горизонтальное положение (фиг. 2) при точном сохранении горизонтальной ориентации выходного звена 7 манипулятора и связанного с ним точного расположения рабочего органа).2) When another
3) При последовательном (друг за другом) единичном включении:3) With sequential (one after the other) single switching on:
а) сначала только приводного двигателя 15 с угловым поворотом в направлении ϕ1 (фиг. 2);a) first, only the
б) а затем только приводного двигателя 16 с угловым поворотом в направлении ϕ2 (фиг. 2);b) and then only the
в) происходит управляемый переход рабочего органа 2 из предельного нижнего положения (фиг. 2) в предельное верхнее положение (фиг. 1) при сохранении его точной угловой ориентации во всем рабочем пространстве манипулятора.c) there is a controlled transition of the working body 2 from the lower limit position (Fig. 2) to the upper limit position (Fig. 1) while maintaining its exact angular orientation in the entire working space of the manipulator.
Аналогичные 3 режима работы манипулятора имеют место в пространственной схеме его конструкции (фиг. 5) при следующих вариантах управления манипулятором:Similar 3 modes of manipulator operation take place in the spatial scheme of its design (Fig. 5) with the following manipulator control options:
1) При включении только гидроцилиндра 18 и угловом повороте ведущего длинного двухшарнирного звена 11 в направлении ϕ1 обеспечивается указанный выше режим N1).1) When only the
2) При включении только гидроцилиндра 19 и угловом повороте другого ведущего длинного двухшарнирного звена 14 в направлении ϕ2 обеспечивается указанный выше режим N2).2) When only the
3) При последовательном включении (друг за другом) сначала только гидроцилиндра 18 (при выключенном другом гидроцилиндре 19), а затем включении только гидроцилиндра 19 (при выключенном другом гидроцилиндре 18) за счет последовательного поочередного поворота каждого из ведущих звеньев 11 (в направлении ϕ1) и 14 (в направлении ϕ2) обеспечивается указанный выше режим N3).3) When sequentially turning on (one after the other), first only the hydraulic cylinder 18 (with the other
Достигаемый в предлагаемом шарнирном платформенном манипуляторе положительный эффект заключается в следующем:The positive effect achieved in the proposed articulated platform manipulator is as follows:
1. Упрощение конструкции, снижение трудоемкости изготовления и сборки, а также габаритов манипулятора за счет применения только предельно простых двухшарнирных звеньев одинаковой длины и возможности компоновки всех звеньев цепи в одну линию (как по вертикали, так и по горизонтали).1. Simplification of the design, reduction in the labor intensity of manufacturing and assembly, as well as the dimensions of the manipulator due to the use of only extremely simple double-hinged links of the same length and the possibility of arranging all chain links in one line (both vertically and horizontally).
2. Сохранение точной ориентации платформы с рабочим органом (например, горизонтальной) при ее перемещении во всем рабочем пространстве манипулятора.2. Preservation of the exact orientation of the platform with the working body (for example, horizontal) during its movement in the entire working space of the manipulator.
3. Увеличенная рабочая зона и упрощение системы управления за счет применения раздельной (друг за другом) работы всего двух приводных двигателей.3. Increased working area and simplification of the control system due to the use of separate (one after the other) operation of only two drive motors.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020123324A RU2751782C1 (en) | 2020-07-07 | 2020-07-07 | Hinged platform manipulator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020123324A RU2751782C1 (en) | 2020-07-07 | 2020-07-07 | Hinged platform manipulator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2751782C1 true RU2751782C1 (en) | 2021-07-16 |
Family
ID=77019809
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020123324A RU2751782C1 (en) | 2020-07-07 | 2020-07-07 | Hinged platform manipulator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2751782C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU372885A1 (en) * | 1971-04-16 | 1980-05-25 | Kalabin I V | Manipulator |
SU460682A1 (en) * | 1973-03-12 | 1981-08-15 | Предприятие П/Я Р-6930 | Manipulator |
SU1038219A1 (en) * | 1981-10-27 | 1983-08-30 | Могилевский Машиностроительный Институт | Tilter |
SU1211030A1 (en) * | 1984-07-10 | 1986-02-15 | Могилевский Машиностроительный Институт | Manipulator |
US4976582A (en) * | 1985-12-16 | 1990-12-11 | Sogeva S.A. | Device for the movement and positioning of an element in space |
US7367772B2 (en) * | 2002-07-09 | 2008-05-06 | Amir Khajepour | Light weight parallel manipulators using active/passive cables |
-
2020
- 2020-07-07 RU RU2020123324A patent/RU2751782C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU372885A1 (en) * | 1971-04-16 | 1980-05-25 | Kalabin I V | Manipulator |
SU460682A1 (en) * | 1973-03-12 | 1981-08-15 | Предприятие П/Я Р-6930 | Manipulator |
SU1038219A1 (en) * | 1981-10-27 | 1983-08-30 | Могилевский Машиностроительный Институт | Tilter |
SU1211030A1 (en) * | 1984-07-10 | 1986-02-15 | Могилевский Машиностроительный Институт | Manipulator |
US4976582A (en) * | 1985-12-16 | 1990-12-11 | Sogeva S.A. | Device for the movement and positioning of an element in space |
US7367772B2 (en) * | 2002-07-09 | 2008-05-06 | Amir Khajepour | Light weight parallel manipulators using active/passive cables |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2730345C1 (en) | Spherical v-manipulator | |
CN110545963B (en) | Multi-degree-of-freedom parallel mechanism | |
BRPI0607143B1 (en) | high speed parallel robot with four degrees of freedom | |
CN111515925B (en) | Multi-motion-mode parallel robot mechanism with motion bifurcation closed chain | |
CN100581752C (en) | Space three-translational parallel connection mechanism with far-rack single-lever | |
RU2751782C1 (en) | Hinged platform manipulator | |
CN102579137B (en) | Parallel surgical manipulator capable of horizontally moving three-dimensionally and rotating one-dimensionally | |
RU2714147C1 (en) | Orienting platform with six degrees of freedom | |
RU170656U1 (en) | MANIPULATOR | |
RU191807U1 (en) | SPATIAL MECHANISM OF PARALLEL STRUCTURE WITH FIVE DEGREES OF FREEDOM | |
RU179567U1 (en) | SPATIAL MECHANISM WITH A CIRCULAR GUIDE | |
RU2465124C1 (en) | 3d spherical mechanism with three degrees of freedom | |
CN111870287A (en) | Extensible 2R1T remote motion center mechanism | |
RU2774279C1 (en) | Flat-spatial three-platform manipulator | |
RU2776578C1 (en) | Symmetrical platform manipulator with three degrees of freedom | |
RU2751778C1 (en) | Platform robot | |
RU2753217C1 (en) | Parallel manipulator with three degrees of freedom | |
RU2753064C1 (en) | Pivot mechanism | |
RU2759552C1 (en) | Spatial platform folding manipulator | |
RU2758392C1 (en) | Spatial g-robot | |
RU2758391C1 (en) | Relative manipulation platform | |
RU2758374C1 (en) | Spatial relative manipulator | |
RU2765030C1 (en) | Folding joint manipulator | |
RU2751781C1 (en) | Platform docking manipulator | |
RU2758607C1 (en) | Platform manipulator |