RU2759552C1 - Пространственный платформенный складывающийся манипулятор - Google Patents
Пространственный платформенный складывающийся манипулятор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2759552C1 RU2759552C1 RU2021104948A RU2021104948A RU2759552C1 RU 2759552 C1 RU2759552 C1 RU 2759552C1 RU 2021104948 A RU2021104948 A RU 2021104948A RU 2021104948 A RU2021104948 A RU 2021104948A RU 2759552 C1 RU2759552 C1 RU 2759552C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- manipulator
- platform
- movable
- 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
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
Изобретение относится к машиностроению, в частности к пространственным манипуляционным механизмам с установленным на платформу рабочим органом, и может быть использовано в обрабатывающих центрах, сборочных конвейерах и автоматических линиях. Манипулятор содержит опорное основание и подвижную платформу с рабочим органом и устройством ее привода. Платформа кинематически связана с опорным основанием посредством трех подвижных стержневых опор, установленных вокруг платформы. Каждая из стержневых опор выполнена в виде имеющей возможность складывания замкнутой многозвенной кинематической цепи с попарно скрещивающимися двухшарнирными соединительными рычагами. Рычаги кинематически связаны с опорным основанием и с подвижной платформой посредством цилиндрических шарниров с параллельными осями вращения. В результате обеспечивается упрощение конструкции манипулятора, его компактность в нерабочем положении без разборки и сборки и увеличение рабочего пространства. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к пространственным манипуляционным механизмам с установленным на платформу рабочим органом и может найти применение в обрабатывающих центрах, сборочных конвейерах и автоматических линиях.
Известен пространственный платформенный механизм, содержащий опорное основание и привод платформы с рабочим органом, содержащий 12 сложных сферических шарниров и 6 подвижных стержневых опор, одновременно управляемых шестью приводными двигателями (книга Вульфсон И.И. и др. «Механика машин», Москва: Высшая школа, 1996, с. 28, рис. 1.20 со схемой платформы Стюарта) - аналог.
Недостатками известного пространственного платформенного механизма являются сложность конструкции, большие пространственные габариты, трудоемкость изготовления и сборки, а также сложная система управления связанной кинематикой платформы.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению, является пространственный платформенный манипулятор, содержащий опорной основание, подвижную платформу с рабочим органом и устройство ее привода, которые кинематически связаны между собой посредством 6 подвижных стержневых опор, содержащих 12 сложных сферических шарниров, 25 многошарнирных звеньев и 6 взаимосвязанных двигателей (книга Смелягин А.И. «Структура машин, механизмов и конструкций» / Учебное пособие. - Москва, ИНФА-М, 2019, с. 154, рис. 2.74 со схемой манипулятора с шестью степенями свободы) - прототип.
Недостатками указанного пространственного манипулятора являются сложность конструкции, большие пространственные габариты, ограниченное углами поворота сферических шарниров рабочее пространство, сложная система управления и ограниченная 6 степенями свободы маневренность подвижность платформы с рабочим органом.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в упрощении конструкции пространственного манипулятора, обеспечении ее компактности в нерабочем положении без разборки и сборки манипулятора, увеличении рабочего пространства и упрощении системы управления.
Получение технического результата достигается за счет того, что пространственный платформенный манипулятор, включающий опорное основание, подвижную платформу с рабочим органом и устройством ее привода, кинематически связанные между собой посредством установленных вокруг подвижной платформы трех подвижных стержневых опор, каждая из которых выполнена в виде складывающейся замкнутой многозвенной кинематической цепи с вращательными кинематическими парами, состоящей из попарно скрещивающихся двухшарнирных соединительных рычагов, кинематически связанных между собой посредством цилиндрических шарниров с параллельными осями вращения соединяемых звеньев.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5 и фиг.6.
На фиг.1 изображен общий вид пространственного платформенного манипулятора, содержащего опорного основание 1 и подвижную платформу 2 с рабочим органом 3. Складывающаяся замкнутая кинематическая цепь манипулятора выполнена в виде десятизвенной пространственной структурной группы (которая на фиг.1 выделена пунктирной линией), составленной из треугольной подвижной платформы 2 и шарнирно присоединяемых к каждой из трех ее вершин промежуточных звеньев 4 с установленными на их концах двумя скрещивающимися между собой одинаковыми двухшарнирными соединительными рычагами 5 и 6, кинематически связанных с подвижной платформой 2 и с опорным основанием 1 посредством цилиндрических шарниров А, В, С и D с параллельными осями вращения соединяемых звеньев. Устройство привода подвижной платформы 1 выполнено в виде попарно установленных поворотных двигателей 7 и 8, образующих приводные вращательные кинематические пары O1 и O2 в составе каждой из трех подвижных стержневых опор для образования пространственного манипулятора с шестью степенями свободы.
На фиг.2 представлен вариант выполнения пространственного платформенного манипулятора, в котором складывающаяся замкнутая кинематическая цепь составлена из четырех попарно скрещивающихся и последовательно расположенных между собой одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов 9, 10, 11 и 12, кинематически связанных посредством цилиндрических шарниров A, B, C, D, E и N с параллельными осями вращения.
Устройство привода подвижной платформы 2 выполнено в виде (сблокированных с каждой из установленных подвижных стержневых опор) одного установленного на опорном основании 1 поворотного двигателя 13 и одного установленного внутри кинематической цепи между скрещивающимися звеньями линейного двигателя 14, выполнено в виде подвижного гидроцилиндра для образования пространственного манипулятора с шестью степенями свободы.
На фиг.3 представлен вариант выполнения пространственного платформенного манипулятора, в котором складывающаяся замкнутая кинематическая цепь составлена из четырех попарно скрещивающихся и последовательно расположенных между собой одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов 15, 16, 17 и 18, кинематически связанных посредством цилиндрических шарниров A, B, C, D, E и N с параллельными осями вращения. Устройство привода подвижной платформы 2 выполнено в виде (сблокированных с каждой из установленных подвижных стержневых опор) одного установленного на опорном основании 1 поворотного двигателя 19 и одного установленного внутри кинематической цепи между скрещивающимися звеньями линейного двигателя 20 в виде приводной винтовой кинематической пары для образования пространственного манипулятора с шестью степенями свободы.
На фиг.4 представлен вариант выполнения пространственного платформенного манипулятора, в котором складывающаяся замкнутая кинематическая цепь составлена из шести попарно скрещивающихся и последовательно расположенных между собой одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов 21, 22, 23, 24, 25 и 26, кинематически связанных посредством цилиндрических шарниров А, В, C, D, E, N, M и G. Устройство привода подвижной платформы 2 выполнено в виде трех приводных двигателей, один из которых выполнен в виде трех приводных двигателей, один из которых выполнен в виде установленного на опорном 1 поворотного двигателя 27 и двух других линейных двигателей в виде подвижных гидроцилиндров 28 и 29, установленных внутри кинематической цепи между скрещивающимися рычагами для образования пространственного манипулятора с девятью степенями свободы.
На фиг.5 представлен вариант выполнения платформенного манипулятора, в котором складывающаяся замкнутая кинематическая цепь составлена из восьми попарно скрещивающихся одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36 и 37, а устройство привода подвижной платформы 2 выполнено в виде установленного на опорном основании одного поворотного двигателя 38 и трех установленных внутри кинематической цепи между разными парами скрещивающихся рычагов линейных двигателей, например, в виде одного гидроцилиндра 39 и двух приводных винтовых кинематических пар 40 и 41 для образования пространственного манипулятора с двенадцатью степенями свободы.
На фиг.6 представлен вариант выполнения платформенного манипулятора, в котором складывающаяся замкнутая кинематическая цепь составлена из четырех попарно скрещивающихся одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов 4, 5, 6 и 7, а устройство привода каждой из трех установленных подвижных стержневых опор выполнена в виде расположенных на опорном сновании 1 двух поворотных двигателей 8 и 9, образующих приводные вращательные кинематические пары O1 и O2, а также двух других линейных двигателей 10 и 11 (например, в виде приводных винтовых кинематических пар), установленных снаружи кинематической цепи между скрещивающимися соединительными рычагами 6 и 7 для образования пространственного манипулятора с двенадцатью степенями свободы.
Работа представленного манипулятора заключается в следующем.
Задаваемое движение каждого из приводных двигателей приводит к пространственному (поступательному или вращательному) движению подвижной платформы с рабочим органом в расширенном (за счет увеличения до W=12 числа степеней свободы манипулятора) рабочем пространстве, а возможность складывания между собой скрещивающихся рычагов обеспечивает компактность кинематической цепи (без ее разборки и сборки в нерабочем положении) с уменьшением высоты манипулятора в (Hmax/Hmin)=5 раз (фиг.1).
Различные структурные схемы манипулятора (представленные на фиг.1 - фиг.6) можно разделить на 2 типа:
1) Для схем пространственных манипуляторов I типа (это однотипные схемы на фиг.1 и фиг.6, содержащие в каждой из трех опор по 2 поворотных приводных двигателей) число степеней свободы манипулятора (W1) можно рассчитать по следующей предложенной автором простой формуле (1)
где pх - количество подвижных стержневых опор манипулятора,
nх - число скрещивающихся соединительных двухшарнирных рычагов в каждой из подвижных стержневых опор.
Пример 1. Для манипулятора (фиг.1) по формуле (1): W1 = pх * nх = 3 * 2 = 6.
Пример 2. Для манипулятора (фиг.6) по формуле (1): W1 = pх * nх = 3 * 4 = 12.
2) Для схем пространственных манипулятор II типа (это однотипные схемы на фиг.2, 3. 4 и 5 с одним приводным поворотным двигателем в каждой из pх=3 подвижных стержневых опор) число степеней свободы манипулятора (W2) можно рассчитывать по следующей другой предложенной автором простой формуле (2)
Примечание
Все рассчитанные значения W (W=6, W=9, W=12), а также работоспособность, управляемость и многократная складываемость различных конструктивных схем манипулятором (представленных на фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5 и фиг.6) подтвержден экспериментально на их изготовленных действующих моделях.
Достигаемый в предлагаемом пространственном платформенном манипулятора положительный эффект заключается в следующем:
1. Упрощение конструкции за счет применения простых цилиндрических шарниров с параллельными осями вращения.
2. Расширение рабочего пространства и маневренности рабочего органа манипулятора за счет увеличения до W=12 числа степеней свободы.
3. Снижение габаритов манипулятора по высоте в (Hmax/Hmin)=5 раз в его нерабочем положении при транспортировке и хранении на складе (без разборки и сборки всей конструкции).
4. Упрощение системы управления пространственным платформенным манипулятором за счет его раздельной кинематики движений платформы с рабочим органом.
5. Увеличение до W=12 числа степеней свободы и маневренности подвижной платформы манипулятора без увеличения количества его подвижных стержневых опор, т.е. при использовании минимального числа опорных ног манипулятора, равного трем.
Claims (7)
1. Пространственный платформенный манипулятор, содержащий опорное основание и подвижную платформу с рабочим органом и устройством ее привода, кинематически связанную с опорным основанием посредством подвижных стержневых опор, отличающийся тем, что он содержит три подвижные стержневые опоры, установленные вокруг подвижной платформы, при этом каждая из упомянутых подвижных стержневых опор выполнена в виде имеющей возможность складывания замкнутой многозвенной кинематической цепи с попарно скрещивающимися двухшарнирными соединительными рычагами, кинематически связанными с опорным основанием и с подвижной платформой посредством цилиндрических шарниров с параллельными осями вращения.
2. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что подвижная платформа выполнена треугольной, замкнутая кинематическая цепь состоит из шарнирно присоединенных к одной из вершин подвижной платформы промежуточных звеньев с установленными на их концах двумя скрещивающимися между собой одинаковыми двухшарнирными соединительными рычагами, а устройство привода подвижной платформы выполнено в виде попарно установленных поворотных двигателей, образующих приводные вращательные кинематические пары в каждой подвижной стержневой опоре с обеспечением шести степеней свободы пространственного манипулятора.
3. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что замкнутая кинематическая цепь состоит из четырех попарно скрещивающихся и последовательно расположенных одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов, а устройство привода подвижной платформы выполнено в виде сблокированных с каждой из трех подвижных стержневых опор поворотного двигателя, установленного на опорном основании, и расположенного внутри замкнутой кинематической цепи между скрещивающимися звеньями линейного двигателя в виде подвижного гидроцилиндра с обеспечением шести степеней свободы манипулятора.
4. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что замкнутая кинематическая цепь состоит из четырех попарно скрещивающихся и последовательно расположенных одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов, а устройство привода подвижной платформы выполнено в виде сблокированных с каждой из трех подвижных стержневых опор поворотного двигателя, установленного на опорном основании, и расположенного внутри замкнутой кинематической цепи между скрещивающимися соединительными рычагами линейного двигателя в виде приводной винтовой кинематической пары с обеспечением шести степеней свободы манипулятора.
5. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что замкнутая кинематическая цепь состоит из шести попарно скрещивающихся и последовательно расположенных одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов, а устройство привода подвижной платформы выполнено в виде одного поворотного приводного двигателя и двух линейных приводных двигателей для каждой из трех подвижных стержневых опор, при этом поворотный приводной двигатель установлен на опорном основании, а линейные двигатели выполнены в виде подвижных гидроцилиндров, установленных внутри кинематической цепи между парами скрещивающихся соединительных рычагов с обеспечением девяти степеней свободы манипулятора.
6. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что замкнутая кинематическая цепь состоит из восьми попарно скрещивающихся и последовательно расположенных одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов, а устройство привода подвижной платформы выполнено в виде одного поворотного двигателя и трех линейных двигателей для каждой из трех подвижных стержневых опор, при этом поворотный двигатель установлен на опорном основании, а три линейных двигателя установлены внутри кинематической цепи между разными парами скрещивающихся соединительных рычагов с обеспечением двенадцати степеней свободы манипулятора.
7. Манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что замкнутая кинематическая цепь состоит из четырех попарно скрещивающихся одинаковых двухшарнирных соединительных рычагов, а устройство привода подвижной платформы выполнено в виде двух поворотных двигателей и двух линейных двигателей для каждой из трех подвижных стержневых опор, при этом поворотные двигатели расположены на опорном основании, а линейные двигатели установлены снаружи кинематической цепи между попарно скрещивающимися двухшарнирными соединительными рычагами с обеспечением двенадцати степеней свободы манипулятора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021104948A RU2759552C1 (ru) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | Пространственный платформенный складывающийся манипулятор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021104948A RU2759552C1 (ru) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | Пространственный платформенный складывающийся манипулятор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2759552C1 true RU2759552C1 (ru) | 2021-11-15 |
Family
ID=78607120
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021104948A RU2759552C1 (ru) | 2021-02-25 | 2021-02-25 | Пространственный платформенный складывающийся манипулятор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2759552C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2821637C1 (ru) * | 2023-08-08 | 2024-06-25 | Владимир Иванович Пожбелко | Складывающийся симметричный механизм манипулятора |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
RU164757U1 (ru) * | 2015-11-18 | 2016-09-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Российской Академии Наук | Манипулятор параллельной структуры с шестью степенями свободы |
RU2722165C1 (ru) * | 2019-11-19 | 2020-05-27 | Владимир Иванович Пожбелко | Пространственный платформенный vip-манипулятор |
RU198352U1 (ru) * | 2020-01-21 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Пространственный механизм параллельной структуры с пятью степенями свободы |
-
2021
- 2021-02-25 RU RU2021104948A patent/RU2759552C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
RU164757U1 (ru) * | 2015-11-18 | 2016-09-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Российской Академии Наук | Манипулятор параллельной структуры с шестью степенями свободы |
RU2722165C1 (ru) * | 2019-11-19 | 2020-05-27 | Владимир Иванович Пожбелко | Пространственный платформенный vip-манипулятор |
RU198352U1 (ru) * | 2020-01-21 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Пространственный механизм параллельной структуры с пятью степенями свободы |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2821637C1 (ru) * | 2023-08-08 | 2024-06-25 | Владимир Иванович Пожбелко | Складывающийся симметричный механизм манипулятора |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5871943B2 (ja) | 最大化された曲げ剛性を備える2つの連鎖を有する2自由度のパラレルロボット | |
US20120079908A1 (en) | Parallel robot | |
Zhao et al. | Geometric analysis of overconstrained parallel manipulators with three and four degrees of freedom | |
JP2011509837A (ja) | 2自由度パラレルマニピュレータ | |
CN103029120A (zh) | 一种折叠式静载平衡并联调姿平台 | |
CN104021718A (zh) | 一种含有闭环子链的三自由度并联摇摆台 | |
RU2759552C1 (ru) | Пространственный платформенный складывающийся манипулятор | |
CN102579137B (zh) | 一种可实现三维平动一维转动的并联手术机械手 | |
JP2569277B2 (ja) | 空間3自由度の駆動装置 | |
CN110294043A (zh) | 一种用于仿生机器人前肢机械系统的串并混联臂/腿机构 | |
RU2765030C1 (ru) | Складывающийся шарнирный манипулятор | |
RU152604U1 (ru) | Пространственный механизм с шестью степенями свободы | |
RU154785U1 (ru) | Пространственный механизм | |
RU2753064C1 (ru) | Шарнирный механизм | |
RU2758377C1 (ru) | Пространственный манипулятор | |
RU2751778C1 (ru) | Платформенный робот | |
RU2774278C1 (ru) | Сферический платформенный складывающийся манипулятор | |
RU2758374C1 (ru) | Пространственный манипулятор относительного манипулирования | |
RU2777123C1 (ru) | Шарнирный многовершинный механизм | |
RU2818704C1 (ru) | Параллельный сферический манипулятор асимметричного типа с тремя степенями свободы | |
RU2751781C1 (ru) | Платформенный стыковочный манипулятор | |
RU2207461C1 (ru) | Пространственный рычажный регулируемый механизм | |
RU2776578C1 (ru) | Симметричный платформенный манипулятор с тремя степенями свободы | |
RU2804700C1 (ru) | Складывающийся многорукий робот-манипулятор | |
RU217416U1 (ru) | Манипуляционный пространственный механизм |