RU2753217C1 - Parallel manipulator with three degrees of freedom - Google Patents
Parallel manipulator with three degrees of freedom Download PDFInfo
- Publication number
- RU2753217C1 RU2753217C1 RU2020140593A RU2020140593A RU2753217C1 RU 2753217 C1 RU2753217 C1 RU 2753217C1 RU 2020140593 A RU2020140593 A RU 2020140593A RU 2020140593 A RU2020140593 A RU 2020140593A RU 2753217 C1 RU2753217 C1 RU 2753217C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- parallelogram
- connecting rod
- manipulator
- cranks
- articulated
- 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
- B25J3/00—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements
- B25J3/02—Manipulators of master-slave type, i.e. both controlling unit and controlled unit perform corresponding spatial movements involving a parallelogram coupling of the master and slave units
Abstract
Description
Изобретение относится к робототехнике и может найти применение в хирургической медицине, обрабатывающих центрах, автоматических технологических и сборочных линиях в машиностроении в приводах машин с вращательным рабочим органом.The invention relates to robotics and can be used in surgical medicine, processing centers, automatic technological and assembly lines in mechanical engineering in drives of machines with a rotary working body.
Известен платформенный манипулятор с тремя степенями свободы, содержащий опорное основание и подвижную платформу соединенные между собой через три параллельно установленных в пространстве вокруг подвижной платформы открытые кинематические цепи с трехподвижными сферическими шарнирами (схема платформенного манипулятора показана в статье: Мирзаев Р.А., Смирнов Н.А. «Исследование кинематики манипулятора параллельной структуры». Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета. 2012. Вып. 4, с. 46-50, рис. 1) - аналог.A platform manipulator with three degrees of freedom is known, containing a support base and a movable platform connected to each other through three open kinematic chains with three-movable spherical hinges installed in parallel in the space around the movable platform (the diagram of the platform manipulator is shown in the article: Mirzaev R.A., Smirnov N. A. “Study of the kinematics of a parallel structure manipulator.” Bulletin of the Siberian State Aerospace University, 2012.
Недостатками известного платформенного манипулятора являются:The disadvantages of the well-known platform manipulator are:
1) Сложная конструкция изготовления и сборки сферических шарниров, требующих очень точного пересечения всех трех осей в одной точке и для всех внутренних и наружных сферических поверхностей (US Patent No. 4,628,765/1986).1) Complex construction of manufacturing and assembly of spherical joints, requiring very precise intersection of all three axes at one point and for all internal and external spherical surfaces (US Patent No. 4,628,765 / 1986).
2) Ограниченная эксплуатационная эффективность из-за возможности привода только одного рабочего органа в виде перемещаемой подвижной платформы.2) Limited operational efficiency due to the possibility of driving only one working body in the form of a movable movable platform.
3) Большие пространственные габариты манипулятора в его рабочем положении, а также при транспортировке и хранении на складе.3) Large spatial dimensions of the manipulator in its working position, as well as during transportation and storage in a warehouse.
4) Ограниченная до нуля узким конусом рабочая зона перемещения рабочего органа манипулятора (рис. 4 в указанной статье Мирзаева Р.А.).4) The working zone of movement of the working body of the manipulator, limited to zero by a narrow cone (Fig. 4 in the article by Mirzaev RA).
Наиболее близким, по технической сущности и достигаемому эффекту, к предлагаемому изобретению является параллельный манипулятор с тремя степенями свободы, содержащий опорное основание и выходное звено с установленными на нем рабочим органом, кинематически связанные между собой через шарнирно-рычажное устройство подвижных звеньев, которое выполнено в виде трех параллельно установленных в пространстве вокруг подвижной платформы открытых кинематических цепей, содержащий кинематические пары со взаимно-перпендикулярными между собой осями вращения - прототип (статья Huda S, Takeda Y., "Dimensional Syuthesis of 3-URU Pure Rotational Parallel Mechanism with Respect to Singularity and Workspace", 12th IFToMM World Congress, Besancon (France), June 18-21, 2007, Fig. 1. Kinematic diagram of the 3-URU mechanism).The closest, in technical essence and the achieved effect, to the proposed invention is a parallel manipulator with three degrees of freedom, containing a support base and an output link with a working body installed on it, kinematically connected to each other through a hinge-lever device of movable links, which is made in the form three parallel open kinematic chains installed in space around the moving platform, containing kinematic pairs with mutually perpendicular axes of rotation - a prototype (article Huda S, Takeda Y., "Dimensional Syuthesis of 3-URU Pure Rotational Parallel Mechanism with Respect to Singularity and Workspace ", 12 th IFToMM World Congress, Besancon (France), June 18-21, 2007, Fig. 1. Kinematic diagram of the 3-URU mechanism).
Недостатками указанного параллельного манипулятора являются:The disadvantages of this parallel manipulator are:
1) Низкая эксплуатационная эффективность из-за возможности привода тремя двигателями только одного рабочего органа в виде подвижной платформы.1) Low operational efficiency due to the possibility of three motors driving only one working body in the form of a moving platform.
2) Сложная конструкция трех многозвенных кинематических цепей из-за взаимно-перпендикулярных осей вращения кинематических пар, а также двигателей.2) Complex design of three multi-link kinematic chains due to mutually perpendicular axes of rotation of kinematic pairs, as well as motors.
3) Большие пространственные габариты манипулятора и ограниченная зонами возникающей неуправляемости и заклинивания (singularity) узкая рабочая область (workspace).3) Large spatial dimensions of the manipulator and a narrow workspace limited by the zones of uncontrollability and jamming (singularity).
4) Сложная система точного управления манипулятором из-за расположения осей всех трех приводов платформы под углом к осям декартовой системы координат и связанной кинематики задаваемых движений трех двигателей.4) A complex system of precise control of the manipulator due to the location of the axes of all three drives of the platform at an angle to the axes of the Cartesian coordinate system and the associated kinematics of the specified movements of the three motors.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в упрощении конструкции, снижении габаритов манипулятора и расширении его рабочей зоны, а также повышении его эксплуатационной эффективности за счет раздельного привода нескольких разных рабочих органов без увеличения числа приводных двигателей, что упрощает управлении манипулятором.The invention is based on the technical problem of simplifying the design, reducing the size of the manipulator and expanding its working area, as well as increasing its operational efficiency due to the separate drive of several different working bodies without increasing the number of drive motors, which simplifies manipulator control.
Получении технического результата достигается за счет того, что в параллельном 3-RRR манипуляторе с тремя степенями свободы шарнирно-рычажное устройство подвижных звеньев выполнено в виде многократного шарнирного параллелограмма, состоящего из установленных в одной плоскости и соединенных между собой трех шарнирных параллелограммов с общими смежными звеньями, из которых первый и второй шарнирные параллелограммы выполнены с общим смежным шатуном, а второй и третий шарнирные параллелограммы выполнены с общим смежным кривошипом и кинематически связаны между собой через вращательные кинематические пары с параллельными осями углового поворота.The technical result is achieved due to the fact that in a parallel 3-RRR manipulator with three degrees of freedom, the articulated-lever device of the movable links is made in the form of a multiple articulated parallelogram, consisting of three articulated parallelograms installed in one plane and interconnected with common adjacent links, of which the first and second hinged parallelograms are made with a common adjacent connecting rod, and the second and third hinged parallelograms are made with a common adjacent crank and are kinematically connected to each other through rotary kinematic pairs with parallel axes of angular rotation.
Сущность изобретения появляется чертежами (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4).The essence of the invention appears in the drawings (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3 and Fig. 4).
На фиг. 1 изображен общий вид параллельного 3-RRR манипулятора с тремя степенями свободы, содержащего опорное основание 1 и выходное звено с установленными на нем рабочим органом 2, которые кинематически связаны между собой через шарнирно-рычажное устройство подвижных звеньев в виде многократного шарнирного параллелограмма, состоящего из установленных в одной плоскости и соединенных между собой трех шарнирных параллелограммов O1ABO2, CDEN и EGMN с общими смежными звеньями 3 и 4, из которых первый и второй параллелограммы O1ABO2 и CDEN и выполнены с общим смежным шатуном 3, а второй и третий параллелограммы CDEN и EGMN выполнены с общим смежным кривошипом 4, кинематически связаны между собой через вращательные кинематические пары с параллельными осями углового поворота. Каждый из трех шарнирных параллелограммов на фиг. 1 выполнен соответственно с приводной вращательной кинематической парой O1, C и N, соединенной с отдельным вращательным приводом.FIG. 1 shows a general view of a parallel 3-RRR manipulator with three degrees of freedom, containing a
Первый шарнирный параллелограмм O1ABO2 состоит из опорного основания 1, двух параллельных кривошипов 5 и 6, соединенных между собой общим смежным шатуном 3. Второй шарнирный параллелограмм CDEN состоит из кривошипа 7 и шатуна 8, образующих замкнутый четырехзвенник через общий смежный шатун 3 и общий смежный кривошип 4. Третий шарнирный параллелограмм EGMN состоит из шатуна 9, который через параллельные кривошип 10 и 11 шарнирно соединен с общим смежным кривошипом 4. В варианте манипулятора на фиг. 1 рабочий орган 2 закреплен на шатуне 9 параллелограмма EGMN и установлен параллельно его противоположной стороне EN. Также 3-RRR манипулятор может быть снабжен дополнительным рабочим органом 12, установленным, например, на шатуне 8 и поэтому совершающим плоскопараллельное движение относительно опорного основания 1.The first articulated parallelogram O 1 ABO 2 consists of a
На фиг. 2 представлен вариант выполнения параллельного 3-RRR манипулятора с поступательным приводом в виде установленных по диагонали каждого из шарнирных параллелограммов соответственно приводных подвижных гидро- или пневмоцилиндров 13, 14 и 15 для требуемого перемещения в рабочем пространстве трех рабочих органов, из которых один рабочий орган закреплен на шатуне 9, а два других рабочих органа 16 и 17 закреплены на смежных между собой кривошипе 7 и шатуне 8.FIG. 2 shows an embodiment of a parallel 3-RRR manipulator with a translational drive in the form of driving movable hydraulic or
На фиг. 3 представлен вариант выполнения параллельного 3-RRR манипулятора с установленными по диагонали каждого из шарнирных параллелограммов винтовыми кинематическими парами 18, 19 и 20 для относительного манипулирования двумя рабочими органами 21 и 22, закрепленными на смежных между собой шатуне 8 и кривошипе 10.FIG. 3 shows an embodiment of a parallel 3-RRR manipulator with helical
На фиг. 4 представлен вариант выполнения параллельного 3-RRR манипулятора с установкой опорного основания 1 с многократным шарнирным параллелограммом (кинематическая цепь которого содержит три замкнутых контура L1, L2 и L3) на поворотную платформу 23, выполненную с возможностью полного поворота дополнительным вращательным приводом 24. При установке двух рабочих органов 25 и 26 соответственно на шатун 8 и шатун 9, заданная ориентация этих рабочих органов при их плоскопараллельном движении сохраняется во всем рабочем пространстве данного манипулятора.FIG. 4 shows an embodiment of a parallel 3-RRR manipulator with the installation of a
Работа представленного параллельного 3-RRR манипулятора заключается в следующем:The operation of the presented parallel 3-RRR manipulator is as follows:
1) При раздельной работе каждого из установленных в отдельных шарнирных параллелограммах O1ABO2, CDEN и EGMN (фиг. 1) вращательного, поступательного или винтового приводов (с использование приводных вращательных, поступательных и винтовых кинематических пар) обеспечивается вращательное движение выходного звена манипулятора вокруг только одной из параллельных вращательным парам разных осей вращения. Это обеспечивает кинематическую развязку, что упрощает управление и повышает точность позиционирования рабочего органа.1) With the separate operation of each of the rotary, translational or screw drives installed in separate articulated parallelograms O 1 ABO 2 , CDEN and EGMN (Fig. 1) (using drive rotary, translational and screw kinematic pairs), the rotary movement of the output link of the manipulator around only one of the different axes of rotation parallel to the rotational pairs. This provides kinematic decoupling, which simplifies control and increases the positioning accuracy of the implement.
2) При совместной работе приводов, установленных в отдельных шарнирных параллелограммах O1ABO2, CDEN и EGMN, обеспечивается плоскопараллельное движение выходного звена манипулятора при сохранении заданной ориентации рабочего органа (например, параллельно основанию того параллелограмма, на шатуне которого был закреплен этот рабочий орган).2) With the joint operation of drives installed in separate articulated parallelograms O 1 ABO 2 , CDEN and EGMN, the plane-parallel movement of the output link of the manipulator is ensured while maintaining the specified orientation of the working element (for example, parallel to the base of the parallelogram on the connecting rod of which this working element was fixed) ...
3) Установка нескольких рабочих органов на смежные звенья указанных трех шарнирных параллелограммов обеспечивает возможность согласованного выполнения нескольких технологических операций (например, зажима обрабатываемой детали).3) Installation of several working bodies on adjacent links of these three articulated parallelograms provides the ability to consistently perform several technological operations (for example, clamping a workpiece).
4) Установка на поворотную платформу плоского 3-RRR манипулятора с тремя степенями свободы позволяет совместить компактность данной конструкции (фиг. 1) в одной плоскости ориентирующих движений с увеличенным до объемного цилиндра (за счет полного поворота платформы на 360°) рабочим пространством манипулятора.4) Installation of a flat 3-RRR manipulator on a rotary platform with three degrees of freedom allows you to combine the compactness of this design (Fig. 1) in one plane of orienting movements with a working space of the manipulator increased to a volumetric cylinder (due to the full rotation of the platform by 360 °).
Достигаемый в предлагаемом 3-RRR манипуляторе положительный эффект заключается в следующем:The positive effect achieved in the proposed 3-RRR manipulator is as follows:
1. Компактность манипулятора в рабочем положении и при его транспортировке.1. Compactness of the manipulator in the working position and during its transportation.
2. Сохранение заданной ориентации рабочего органа в пространстве его движений.2. Maintaining a given orientation of the working body in the space of its movements.
3. Повышение эксплуатационной эффективности за счет согласованного привода нескольких разных рабочих органов без увеличения числа приводных двигателей.3. Increase in operational efficiency due to the coordinated drive of several different working bodies without increasing the number of drive motors.
4. Упрощение конструкции устройства приводных звеньев за счет применения всех предельно простых вращательных кинематических пар с параллельными осями.4. Simplification of the design of the device of the drive links through the use of all extremely simple rotary kinematic pairs with parallel axes.
5. Расширение рабочей зоны, упрощение управления и повышение точности позиционирования за счет раздельной кинематики ориентирующих движений.5. Expansion of the working area, simplification of control and improvement of positioning accuracy due to separate kinematics of orienting movements.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020140593A RU2753217C1 (en) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | Parallel manipulator with three degrees of freedom |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020140593A RU2753217C1 (en) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | Parallel manipulator with three degrees of freedom |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2753217C1 true RU2753217C1 (en) | 2021-08-12 |
Family
ID=77349288
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020140593A RU2753217C1 (en) | 2020-12-08 | 2020-12-08 | Parallel manipulator with three degrees of freedom |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2753217C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU115708U1 (en) * | 2011-08-23 | 2012-05-10 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Ран | FLAT MECHANISM OF PARALLEL STRUCTURE |
RU133043U1 (en) * | 2013-03-14 | 2013-10-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Российской Академии Наук | SPATIAL PROGRESSIVE MECHANISM WITH THREE DEGREES OF FREEDOM |
US8839690B2 (en) * | 2009-11-09 | 2014-09-23 | Tianjin University | Parallel mechanism having three-dimensional translations and one-dimensional rotation |
US10710249B2 (en) * | 2016-10-17 | 2020-07-14 | Shenzhen Institutes Of Advanced Technology Chinese Academy Of Sciences | 3 DOF parallel mechanism with 3 branched-chains |
-
2020
- 2020-12-08 RU RU2020140593A patent/RU2753217C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8839690B2 (en) * | 2009-11-09 | 2014-09-23 | Tianjin University | Parallel mechanism having three-dimensional translations and one-dimensional rotation |
RU115708U1 (en) * | 2011-08-23 | 2012-05-10 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Ран | FLAT MECHANISM OF PARALLEL STRUCTURE |
RU133043U1 (en) * | 2013-03-14 | 2013-10-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Российской Академии Наук | SPATIAL PROGRESSIVE MECHANISM WITH THREE DEGREES OF FREEDOM |
US10710249B2 (en) * | 2016-10-17 | 2020-07-14 | Shenzhen Institutes Of Advanced Technology Chinese Academy Of Sciences | 3 DOF parallel mechanism with 3 branched-chains |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2400351C2 (en) | High-speed parallel-kinematics robot with four degrees of freedom | |
Vischer et al. | Argos: A novel 3-DoF parallel wrist mechanism | |
WO2005009693A1 (en) | Parallel kinematics mechanism with a concentric spherical joint | |
WO2023168967A1 (en) | Robotic arm, robot, minimally invasive surgical robot system, method for determining pose of robotic arm, industrial production system, and method for controlling robot | |
TW202239544A (en) | An industrial robot arm | |
Sima'an et al. | Design considerations of new six degrees-of-freedom parallel robots | |
RU2753217C1 (en) | Parallel manipulator with three degrees of freedom | |
RU2737249C1 (en) | Platform mechanism | |
RU2651781C1 (en) | Industrial purpose tripod manipulator | |
ES2339766T3 (en) | PARALLEL KINEMATIC MANIPULATOR AND OPERATING METHOD OF THE SAME, INCLUDING PAIRED ACTUATORS. | |
RU2758391C1 (en) | Relative manipulation platform | |
RU2758607C1 (en) | Platform manipulator | |
RU2758392C1 (en) | Spatial g-robot | |
RU2765030C1 (en) | Folding joint manipulator | |
RU2784764C1 (en) | Spatial parallelogram mechanism of manipulator | |
Chablat et al. | Dynamics of the orthoglide parallel robot | |
RU2751781C1 (en) | Platform docking manipulator | |
RU2751778C1 (en) | Platform robot | |
RU2202465C2 (en) | Device for machining parts of irregular spatial shape | |
RU2774278C1 (en) | Spherical platform folding arm | |
RU2774279C1 (en) | Flat-spatial three-platform manipulator | |
RU2781602C1 (en) | Spatially flat platform spherical manipulator | |
RU2751780C1 (en) | Platform manipulator with three degrees of freedom | |
RU2758377C1 (en) | Spatial manipulator | |
RU2753064C1 (en) | Pivot mechanism |