RU2774278C1 - Spherical platform folding arm - Google Patents

Spherical platform folding arm Download PDF

Info

Publication number
RU2774278C1
RU2774278C1 RU2021128935A RU2021128935A RU2774278C1 RU 2774278 C1 RU2774278 C1 RU 2774278C1 RU 2021128935 A RU2021128935 A RU 2021128935A RU 2021128935 A RU2021128935 A RU 2021128935A RU 2774278 C1 RU2774278 C1 RU 2774278C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
platform
manipulator
hinged
movable
support base
Prior art date
Application number
RU2021128935A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Пожбелко
Original Assignee
Владимир Иванович Пожбелко
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Иванович Пожбелко filed Critical Владимир Иванович Пожбелко
Application granted granted Critical
Publication of RU2774278C1 publication Critical patent/RU2774278C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to mechanical engineering, namely to spatial platform manipulators, and can be used in robotics, machining centers, automatic lines, as well as in surgical medicine and rehabilitation stands for restoring movements in human joints. The spherical platform folding manipulator contains a closed kinematic connection of the support base, the movable platform and the drive single-moving kinematic pairs, which is made in the form of three spatial four-link hinged rhombuses, forming three movable supports of the manipulator, the links of which are made in the form of radially curved two-articulated connecting levers with intersecting in one point by axes of cylindrical hinges, and each of these hinged rhombuses is connected to the support base and to the movable platform through two double cylindrical hinges.
EFFECT: simplifying the design, expanding the working space of the spherical platform manipulator by increasing the number of controlled degrees of freedom to six with their separate kinematic various movements of the working body, as well as the compactness of the spatial manipulator in its non-working position.
10 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к пространственным платформенным манипуляторам и может быть использовано в робототехнике, обрабатывающих центрах, автоматических линиях, а также в хирургической медицине и реабилитационных стендах для восстановления движений в суставах человека.The invention relates to mechanical engineering, namely to spatial platform manipulators and can be used in robotics, machining centers, automatic lines, as well as in surgical medicine and rehabilitation stands for restoring movements in human joints.

Известно устройство пространственного сферического манипулятора, содержащее опорное основание и выходную подвижную платформу, соединенные подвижно между собой тремя кинематическими цепями с приводными вращательными кинематическими нарами, расположенными перпендикулярно осям приводных двигателей (книга С. Кун, К. Госселин «Структурный синтез параллельных механизмов» - М.: Физматлит. 2021 (пер. с англ.), схема на вкладке стр. 80, рис. 1(e)) - аналог.A device for a spatial spherical manipulator is known, containing a support base and an output movable platform, movably connected to each other by three kinematic chains with drive rotational kinematic bunks located perpendicular to the axes of the drive motors (book by S. Kuhn, K. Gosselin "Structural synthesis of parallel mechanisms" - M. : Fizmatlit.2021 (translated from English), scheme on the tab page 80, Fig. 1 (e)) - analogue.

Недостатками известного устройства являются сложность и большие габариты конструкции, а также ограниченное рабочее пространство и сложная система управления всеми двигателями.The disadvantages of the known device are the complexity and large dimensions of the structure, as well as limited working space and a complex control system for all engines.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемом изобретению является сферический платформенный складывающийся манипулятор, содержащий подвижное замкнутое кинематическое соединение опорного основания, подвижной платформы и приводных одноподвижных кинематических пар, выполненное в виде пространственного рычажного механизма с тремя управляемыми степенями свободы, в котором рабочий орган установлен на подвижной платформе, кинематически связанной с опорным основанием через три параллельные кинематические цепи без образования в этих целях замкнутых копиров (патент RU 2465124 C1, B25J 1/00. 2012) - прототип.The closest in technical essence and achieved effect to the proposed invention is a spherical platform folding manipulator containing a movable closed kinematic connection of the support base, the movable platform and the drive single-moving kinematic pairs, made in the form of a spatial lever mechanism with three controlled degrees of freedom, in which the working body is installed on a movable platform kinematically connected to the support base through three parallel kinematic chains without the formation of closed copiers for this purpose (patent RU 2465124 C1, B25J 1/00. 2012) - prototype.

Недостатками указанного сферического платформенного манипулятора являются ограниченное рабочее пространство (из-за малого в пределах всего трех управляемых степеней свободы ориентирующего движения рабочего органа), узкая область ею применения из-за углового перекоса выходной платформы с рабочим органом, сложность конструкции и большие габариты пространственной конструкции и большие габариты пространственной конструкции в нерабочем положении при ее складировании и транспортировке, а также сложная система управления всеми приводными двигателями.The disadvantages of this spherical platform manipulator are the limited working space (due to the small orienting movement of the working body within only three controlled degrees of freedom), the narrow scope of its application due to the angular misalignment of the output platform with the working body, the complexity of the design and the large dimensions of the spatial structure and large dimensions of the spatial structure in a non-working position during its storage and transportation, as well as a complex control system for all drive motors.

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в увеличении рабочей области сферического платформенного при сохранении заданного углового положения выходного звена с рабочим органом, а также упрощении конструкции, сборки и управления пространственными манипулятором в сочетании с его малыми габаритами в нерабочем положении.The invention is based on a technical problem, which consists in increasing the working area of a spherical platform while maintaining a given angular position of the output link with the working body, as well as simplifying the design, assembly and control of the spatial manipulator in combination with its small dimensions in the non-working position.

Получение технического результата достигается за счет того, что подвижное замкнутое кинематическое соединение опорного основания, подвижной платформы и приводных одноподвижных кинематических пар, выполнено в виде трех пространственных четырехзвенных шарнирных ромбов, образующих три подвижных стержневых опоры манипулятора, звенья которых выполнены в виде радиально-изогнутых двухшарнирных соединительных рычагов с пересекающимися в одной точке осями цилиндрических шарниров, а каждый из этих шарнирных ромбов соединен с опорным основанием и подвижной платформой через два двойных цилиндрических шарнира.Obtaining a technical result is achieved due to the fact that the movable closed kinematic connection of the support base, the movable platform and the drive single-moving kinematic pairs is made in the form of three spatial four-link hinged rhombuses forming three movable rod supports of the manipulator, the links of which are made in the form of radially curved two-hinged connecting levers with axes of cylindrical hinges intersecting at one point, and each of these hinged rhombuses is connected to the support base and the movable platform through two double cylindrical hinges.

Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4.The essence of the invention is illustrated by the drawings in Fig. 1, fig. 2, fig. 3 and FIG. four.

На фиг. 1 и фиг. 2 изображен общий вид сферического платформенного манипулятора в пространственном рабочем положении (фиг. 1) и в компактном сложенном по высоте нерабочем положении (фиг. 2).In FIG. 1 and FIG. 2 shows a general view of the spherical platform manipulator in a spatial working position (Fig. 1) and in a compact folded height non-working position (Fig. 2).

Манипулятор содержит опорное основание 1, подвижную платформу 2, замкнутое кинематическое соединение которых выполнено в виде трех пространственных четырехзвенных шарнирных ромбов ABCD, EFLG и KTNQ, равномерно расположенных через угол 120 градусов по периметру подвижной платформы 2 и образующих три подвижные стержневые опоры манипулятора, звенья которых выполнены в виде радиально-изогнутых двухшарнирных соединительных рычагов 3, 4, 5 и 6, соединенных между собой через цилиндрических шарниры А, В, С, D; Е, F, L, G и K, Т, М, Q, оси которых при сборке замкнутой кинематической цепи манипулятора выполнены пересекающимися в одной точке М, расположенной между упомянутыми тремя подвижными стержневыми опорами внутри платформенного манипулятора.The manipulator contains a support base 1, a movable platform 2, the closed kinematic connection of which is made in the form of three spatial four-link hinged rhombuses ABCD, EFLG and KTNQ, evenly spaced through an angle of 120 degrees around the perimeter of the movable platform 2 and forming three movable rod supports of the manipulator, the links of which are made in the form of radially curved double-hinged connecting levers 3, 4, 5 and 6, interconnected through cylindrical hinges A, B, C, D; E, F, L, G and K, T, M, Q, the axes of which, when assembling the closed kinematic chain of the manipulator, are made intersecting at one point M, located between the mentioned three movable rod supports inside the platform manipulator.

Противоположно расположенные вершины A и С, E и L, K и N соответственно шарнирных ромбов ABCD, EFLG и KTNQ соединены с опорным основанием (через шарниры А, Е, K) и с подвижной платформой 2 (через шарниры С, L, N) через два двойных цилиндрических шарнира в каждом из упомянутых шарнирных ромбов. Например, в шарнирном ромбе ABCD двойной цилиндрический шарнир А образован двумя смежными двухшарнирными звеньями 3 и 4 с опорным основанием 1, а другой двойной цилиндрический шарнир С образован двумя смежными двухшарнирными звеньями 5 и 6 с подвижной платформой 2.The oppositely located vertices A and C, E and L, K and N, respectively, of the hinged diamonds ABCD, EFLG and KTNQ are connected to the support base (through the hinges A, E, K) and to the movable platform 2 (through the hinges C, L, N) through two double cylindrical hinges in each of the mentioned hinged rhombuses. For example, in the hinged rhombus ABCD, a double cylindrical hinge A is formed by two adjacent double-hinged links 3 and 4 with a support base 1, and the other double cylindrical hinge C is formed by two adjacent double-hinged links 5 and 6 with a movable platform 2.

Представленный на фиг. 1 и фиг. 2 сферический манипулятор снабжен поступательной платформой 7. Кинематически связанной с подвижной платформой 2 посредством трех параллельно расположенных между собой кривошипов 8, 9 и 10, выполненных в виде двухшарнирных соединительных рычагов одинаковой длины O1O2=O3O4=O5O6, а также цилиндрических шарниров O1,O2,O3,O4,O5,O6, оси которых расположены параллельно плоскости поступательной платформы 7, а один из трех кривошипов 8, 9 и 10, например, кривошип 8, снабжен приводной вращательной кинематической парой О1, расположенной на подвижной платформе 2. Поступательная платформа 7 выполнена с возможностью закрепления на ней рабочего органа 11.Shown in FIG. 1 and FIG. 2, the spherical manipulator is equipped with a translational platform 7. Kinematically connected to the movable platform 2 by means of three parallel cranks 8, 9 and 10, made in the form of double-hinged connecting levers of the same length O 1 O 2 \u003d O 3 O 4 \u003d O 5 O 6 , as well as cylindrical hinges O 1 , O 2 , O 3 , O 4 , O 5 , O 6 , the axes of which are parallel to the plane of the translational platform 7, and one of the three cranks 8, 9 and 10, for example, the crank 8, is equipped with a drive rotary kinematic pair O 1 located on the movable platform 2. The translational platform 7 is made with the possibility of fixing the working body 11 on it.

Замкнутая кинематическая цепь манипулятора выполнена с возможностью осуществления складывания по высоте манипулятора путем углового поворота всех рычажных звеньев, расположенных между опорным основанием 1, подвижной платформой 2 и поступательной платформой 7, для возможности образования в нерабочем положении компактного по высоте пространственного манипулятора.The closed kinematic chain of the manipulator is made with the possibility of folding along the height of the manipulator by angular rotation of all lever links located between the support base 1, the movable platform 2 and the translational platform 7, in order to form a space manipulator compact in height in the non-working position.

Предлагаемый на фиг. 1 и фиг. 2 вариант выполнения сферического платформенного манипулятора имеет W=4 число управляемых степеней свободы, задаваемых раздельным между собой угловым поворотом четырех приводных (от отдельных вращательных двигателей) вращательных кинематических пар, три их которых совмещены с двойными шарнирами А, Е, K и расположены на опорном основании 1, а четвертая пара O1 расположена на подвижной платформе 2.Proposed in FIG. 1 and FIG. 2, the variant of the spherical platform manipulator has W=4, the number of controlled degrees of freedom, set by separate angular rotation of four drive (from separate rotational motors) rotational kinematic pairs, three of which are combined with double hinges A, E, K and located on the support base 1, and the fourth pair O 1 is located on the movable platform 2.

В варианте манипулятора на фиг. 1 звенья 3, 4, 5 и 6 каждого у трех шарнирных ромбов выполнены в виде стержней, например, круглого сечения.In the embodiment of the manipulator in FIG. 1 links 3, 4, 5 and 6 each of the three hinged rhombuses are made in the form of rods, for example, of circular cross section.

На фиг. 3 представлен вариант выполнения сферического платформенного манипулятора, который снабжен вращательной платформой 12, кинематически связанной с подвижной платформой 2 посредством трех параллельно расположенных между собой кривошипов 13, 14 и 15, выполненных в виде двухшарнирных соединительных рычагов одинаковой длины O7O8=O9O10=O11O12, а также цилиндрических шарниров O7, O8, О9, О10, O11, O12, расположенных перпендикулярно плоскости вращательной платформы 12. а один из трех кривошипов 13, 14 и 15, например, кривошип 13 снабжен приводной вращательной кинематической парой O7, расположенной на подвижной платформе 2. Вращательная платформа 12 выполнена с возможностью закрепления на ней рабочего органа 16.In FIG. 3 shows an embodiment of a spherical platform manipulator, which is equipped with a rotary platform 12, kinematically connected to the movable platform 2 by means of three parallel cranks 13, 14 and 15, made in the form of double-articulated connecting arms of the same length O 7 O 8 =O 9 O 10 \u003d O 11 O 12 , as well as cylindrical hinges O 7 , O 8 , O 9 , O 10 , O 11 , O 12 located perpendicular to the plane of the rotary platform 12. and one of the three cranks 13, 14 and 15, for example, the crank 13 equipped with a drive rotational kinematic pair O 7 located on the movable platform 2. The rotational platform 12 is made with the possibility of fixing the working body 16 on it.

Предлагаемый на фиг. 3 вариант выполнения сферического платформенного манипулятора имеет W=4 число управляемых степеней свободы, задаваемых раздельным между собой угловым поворотом четырех приводных вращательных кинематических нар, три их которых совмещены с двойными шарнирами А, Е, K и расположены на опорном основании 1, а четвертая приводная кинематическая пара O7 расположена на подвижной платформе 2.Proposed in FIG. 3, the variant of the spherical platform manipulator has W=4, the number of controlled degrees of freedom, set by separate angular rotation of four drive rotary kinematic plank beds, three of which are aligned with double hinges A, E, K and located on the support base 1, and the fourth drive kinematic pair O 7 is located on the movable platform 2.

На фиг. 4 представлен вариант выполнения сферического платформенного манипулятора, в котором каждая из подвижных стержневых опор в виде шарнирных ромбов ABCD, EFLG и KTNQ (фиг. 1) снабжена приводной вращательной кинематической парой, образованной поворотным гидроцилиндром или пневмоцилиндром, выполненным в виде круговой направляющей 17 с установленным внутри нее поршнем 18, которые выполнены в виде рычажных звеньев, радиально-изогнутых вокруг точки М пересечения осей цилиндрических шарниров всех шарнирных ромбов ABCD, EFLG и KTNQ (фиг. 1), упомянутая приводная вращательная кинематическая пара установлена внутри каждого из трех шарнирных ромбов между противоположными вершинами (например, это В и D для шарнирного ромба ABCD).In FIG. 4 shows an embodiment of a spherical platform manipulator, in which each of the movable rod supports in the form of articulated rhombuses ABCD, EFLG and KTNQ (Fig. 1) is equipped with a drive rotational kinematic pair formed by a rotary hydraulic cylinder or pneumatic cylinder, made in the form of a circular guide 17 installed inside piston 18, which are made in the form of lever links, radially curved around the point M of intersection of the axes of the cylindrical hinges of all hinged rhombuses ABCD, EFLG and KTNQ (Fig. 1), the said drive rotational kinematic pair is installed inside each of the three hinged rhombuses between opposite vertices (for example, these are B and D for the hinged rhombus ABCD).

В варианте манипулятора на фиг. 4 звенья 3, 4, 5 и 6 шарнирного ромба ABCD выполнены в виде пластин, например, прямоугольного сечения.In the embodiment of the manipulator in FIG. 4 links 3, 4, 5 and 6 of the hinged rhombus ABCD are made in the form of plates, for example, of rectangular cross section.

На фиг. 5 представлен вариант выполнения сферического платформенного манипулятора, в котором каждая из подвижных стержневых опор, установленная между опорным основанием 1 и подвижной платформой 2. снабжен двумя приводными вращательными кинематическими парами, установленными соосно между собой на опорном основании 1 и совмещенными с двойным шарнирном, например, шарниром А, соединяющим смежные звенья 3 и 4 четырехзвенного шарнирного ромба ABCD с опорным основанием 1. В каждом из шарнирных ромбов ABCD, EFLG и KTNQ (фиг. 1) обе упомянутые приводные вращательные кинематические пары выполнены с возможностью осуществления поочередного вращения смежных звеньев 3 и 4 (в ромбах ABCD, EFLG и KTNQ), выполняемого от разных вращательных двигателей 19 и 20 путем из поочередного включения для расширения рабочего пространства и в случае аварийного выхода из строя одного из них, а манипулятор выполнен с отдельным для каждого из трех установленных шарнирных ромбов ABCD, EFLG и KTNQ вращательным приводом. На фиг. 5 обозначено: ω3 - угловая скорость вращения звена 3 от двигателя 19, ω4 - угловая скорость вращения звена 4 от двигателя 20.In FIG. 5 shows an embodiment of a spherical platform manipulator, in which each of the movable rod supports installed between the support base 1 and the movable platform 2 is equipped with two drive rotational kinematic pairs installed coaxially with each other on the support base 1 and combined with a double hinge, for example, a hinge A, connecting adjacent links 3 and 4 of the four-link hinged rhombus ABCD with the support base 1. In each of the hinged rhombuses ABCD, EFLG and KTNQ (Fig. 1), both of the above-mentioned drive rotational kinematic pairs are made with the possibility of alternate rotation of adjacent links 3 and 4 ( in rhombuses ABCD, EFLG and KTNQ), performed from different rotational engines 19 and 20 by switching on alternately to expand the working space and in the event of an emergency failure of one of them, and the manipulator is made with a separate for each of the three installed hinged rhombuses ABCD, EFLG and KTNQ rotary drive. In FIG. 5 is marked: ω 3 - angular speed of rotation of link 3 from engine 19, ω 4 - angular speed of rotation of link 4 from engine 20.

На фиг. 6 представлен вариант выполнения сферического платформенного манипулятора, который снабжен поворотной платформой 21, выполненной с возможностью осуществления полного поворота от реверсивного вращательного двигателя, а опорного основание 1 сблокировано с поворотной платформой 21. Предлагаемый на фиг. 6 вариант сферического манипулятора имеет пять управляемых степеней свободы, задаваемых раздельным между собой угловым поворотом трех приводных вращательных кинематических пар А, Е, K в каждом из шарнирных ромбов ABCD, EFLG и KTNQ, а также поворотом приводной вращательной кинематической пары O7 (задающей круговое движение вращательной платформы 12 относительно подвижной платформы 2) и вращением поворотной платформы 21 от отдельных вращательных двигателей.In FIG. 6 shows an embodiment of a spherical platform manipulator, which is equipped with a turntable 21, made with the possibility of full rotation from a reversible rotary motor, and the support base 1 is interlocked with the turntable 21. Proposed in FIG. 6, the variant of the spherical manipulator has five controlled degrees of freedom, set by separate angular rotation of three drive rotational kinematic pairs A, E, K in each of the hinged rhombuses ABCD, EFLG and KTNQ, as well as rotation of the drive rotational kinematic pair O 7 (specifying the circular motion rotary platform 12 relative to the movable platform 2) and rotation of the rotary platform 21 from separate rotational motors.

В варианте манипулятора на фиг. 6 кривошипы O7O8,O9O10 и O11O12 выполнены с параллельно отогнутыми в противоположные стороны между собой концами, предназначенными для шарнирного соединения соответственного одного из этих концов с платформой 2, а другого из этих концов - с платформой 12.In the embodiment of the manipulator in FIG. 6, the cranks O 7 O 8 , O 9 O 10 and O 11 O 12 are made with ends bent parallel to each other in opposite directions, intended for hinged connection of one of these ends, respectively, with the platform 2, and the other of these ends with the platform 12.

Представленный на фиг. 6 манипулятор снабжен установленным на вращательную платформу 12 рабочим органом, который выполнен в виде 6-звенного двойного шарнирного параллелограмма, состоящего из трехшарнирной стойки O13O15Ol8 и пяти двухшарнирных звеньев, включающих три параллельно расположенных кривошипа O13O14, O15,O16 и O17O18 одинаковой длины, равной O13O14=O15O16=O17O18 с приводной вращательной кинематической парой O15, один из которых - кривошип O15O16 соединен с двумя выходными шатунами O14O16 и O16O17 через двойной цилиндрический шарнир O16 для образования пространственного манипулятора с шестью управляемыми степенями свободы.Shown in FIG. 6, the manipulator is equipped with a working body mounted on a rotary platform 12, which is made in the form of a 6-link double articulated parallelogram, consisting of a three-hinged rack O 13 O 15 O l8 and five double-hinged links, including three parallel cranks O 13 O 14 , O 15 , O 16 and O 17 O 18 of the same length, equal to O 13 O 14 \u003d O 15 O 16 \u003d O 17 O 18 with a drive rotary kinematic pair O 15 , one of which - the crank O 15 O 16 is connected to two output connecting rods O 14 O 16 and O 16 O 17 through a double cylindrical hinge O 16 to form a spatial manipulator with six controlled degrees of freedom.

Манипулятор на фиг. 6 имеет 6 приводных вращательных кинематических пар в виде цилиндрических шарниров А, Е, K (привод сферического пространственного механизма, шарнира O7 (привода вращательной платформы 12), шарнира O15 (привода параллелограммного рабочего органа) и вращательный привод поворотной платформы 21.The manipulator in Fig. 6 has 6 drive rotary kinematic pairs in the form of cylindrical hinges A, E, K (drive of the spherical spatial mechanism, hinge O 7 (drive of the rotary platform 12), hinge O 15 (drive of the parallelogram working body) and rotary drive of the rotary platform 21.

На фиг. 7 представлен вариант выполнения сферического платформенного манипулятора, в котором кривошип 8, расположенный между поступательной платформой 7 и подвижной платформой 2, снабжен приводной самотормозящейся винтовой кинематической парой 22 для регулирования угла наклона поступательной платформы 7 относительно подвижной платформы 2. Манипулятор на фиг. 7 имеет шесть управляемых степеней свободы, задаваемый раздельным между собой угловой поворотной трех приводных вращательных кинематических пар А, Е и K (привода грех стержневых опор в виде шарнирных ромбов ABCD, EFLG и KTNQ), приводной вращательной пары О1 (привода поступательного криволинейного движения платформы 7 с рабочими органами 11, 23 и 24), приводной винтовой кинематической пары 22 (задающей наклон платформы 7 относительно платформы 2) и угловым поворотом платформы 21 от отдельного вращательного двигателя.In FIG. 7 shows an embodiment of a spherical platform manipulator, in which the crank 8, located between the translational platform 7 and the movable platform 2, is equipped with a drive self-braking helical kinematic pair 22 to control the angle of inclination of the translational platform 7 relative to the movable platform 2. The manipulator in FIG. 7 has six controlled degrees of freedom, set separately from each other by the angular rotary of the three drive rotational kinematic pairs A, E and K (the drive of the rod supports in the form of hinged rhombuses ABCD, EFLG and KTNQ), the drive rotational pair O 1 (the drive of the translational curvilinear movement of the platform 7 with working bodies 11, 23 and 24), a drive helical kinematic pair 22 (setting the inclination of the platform 7 relative to the platform 2) and the angular rotation of the platform 21 from a separate rotary engine.

Работа предлагаемого сферического платформенного манипулятора заключается в следующем.The work of the proposed spherical platform manipulator is as follows.

Представленный на фиг. 1-7 сферический манипулятор обеспечивает следующую раздельную кинематику задаваемых движений приводных пар:Shown in FIG. 1-7, the spherical manipulator provides the following separate kinematics of the given movements of the drive pairs:

1) Поворот в одном из шарнирных ромбов приводной вращательной кинематической пары А, Е или K обеспечивает движение рабочего органа по сферической поверхности вокруг точки М (пересечения осей шарниров), а поворот приводной пары O1 и поступательной платформы 7 обеспечивает регулирование радиуса этой сферы.1) Rotation in one of the hinged rhombuses of the drive rotational kinematic pair A, E or K ensures the movement of the working body on a spherical surface around the point M (intersection of the axes of the hinges), and the rotation of the drive pair O 1 and the translational platform 7 ensures the regulation of the radius of this sphere.

2) Одновременный поворот приводных вращательных пар в двух соседних шарнирных ромбах обеспечивает раздельный угловой поворот подвижной платформы 2 вокруг каждой из осей прямоугольных координат X, Y, Z.2) Simultaneous rotation of the drive rotary pairs in two adjacent hinged diamonds provides separate angular rotation of the movable platform 2 around each of the axes of rectangular coordinates X, Y, Z.

3) Одновременный поворот приводных вращательных пар во всех трех шарнирных ромбах А, Е и K обеспечивает поступательное перемещение платформ 7 и 12 с установленным на них рабочим органом точно по вертикали.3) Simultaneous rotation of the drive rotary pairs in all three hinged rhombuses A, E and K ensures the translational movement of platforms 7 and 12 with the working body installed on them exactly vertically.

4) Поворот приводной вращательной пары O1 поступательной платформы 7 обеспечивает криволинейное поступательное движение рабочего органа при сохранении его заданной относительно платформы 7 угловой вертикальной или горизонтальной ориентации.4) The rotation of the drive rotary pair O 1 of the translational platform 7 provides a curvilinear translational movement of the working body while maintaining its angular vertical or horizontal orientation given relative to the platform 7.

5) Поворот приводной вращательной пары O7 вращательной платформы 12 обеспечивает угловой поворот рабочего органа вокруг параллельных осей.5) The rotation of the drive rotary pair O 7 of the rotary platform 12 provides the angular rotation of the working body around parallel axes.

6) Установка на выходе манипулятора на круглые платформы 7 или 12 нескольких рабочих органов позволяет закрепить по их окружности и в их центре разные рабочие органы и одновременно выполнять несколько технологических операций.6) Installation at the output of the manipulator on round platforms 7 or 12 of several working bodies allows you to fix different working bodies around their circumference and in their center and simultaneously perform several technological operations.

7) Полная указанная выше работоспособность и простота управления раздельной кинематикой при реализации всех указанных движений рабочего органа, а также компактность подтверждены на разработанном автором действующем макете (фиг. 1-7) манипулятора с тремя шарнирными ромбами (по пп. 1-10 формулы).7) The full above-mentioned performance and ease of control of separate kinematics in the implementation of all these movements of the working body, as well as compactness, are confirmed on the operating layout developed by the author (Fig. 1-7) of a manipulator with three hinged rhombuses (according to paragraphs 1-10 of the formula).

Достигаемый в предлагаемом сферическом платформенном манипуляторе положительный эффект заключается в упрощении конструкции, расширении рабочего пространства за счет увеличения до шести числа управляемых степеней свободы с их раздельной кинематической, а также компактность в нерабочем положении.The positive effect achieved in the proposed spherical platform manipulator is to simplify the design, expand the working space by increasing the number of controlled degrees of freedom to six with their separate kinematic, as well as compactness in the non-working position.

Claims (10)

1. Сферический платформенный складывающийся манипулятор, содержащий подвижное замкнутое кинематическое соединение опорного основания, подвижной платформы и приводных одноподвижных кинематических пар, отличающийся тем, что подвижное замкнутое кинематическое соединение выполнено в виде трех пространственных четырехзвенных шарнирных ромбов, равномерно расположенных по периметру подвижной платформы и образующих три подвижные стержневые опоры манипулятора, звенья которых выполнены в виде радиально-изогнутых двухшарнирных соединительных рычагов, соединенных между собой через цилиндрические шарниры, оси которых при сборке замкнутой кинематической цепи выполнены пересекающимися в одной точке, расположенной между подвижными стержневыми опорами внутри платформенного манипулятора, противоположно расположенные вершины каждого из упомянутых шарнирных ромбов соединены с опорным основанием и с подвижной платформой через два двойных цилиндрических шарнира, из которых первый двойной шарнир образован одной парой смежных двухшарнирных звеньев шарнирного ромба, соединенных с опорным основанием, второй двойной шарнир образован другой парой смежных двухшарнирных звеньев этого ромба, соединенных с подвижной платформой, а упомянутые шарнирные ромбы выполнены в виде радиально-изогнутых рычажных звеньев, например, круглого сечения или в виде пластин.1. A spherical platform folding manipulator containing a movable closed kinematic connection of the support base, a movable platform and drive single-moving kinematic pairs, characterized in that the movable closed kinematic connection is made in the form of three spatial four-link hinged rhombuses, evenly spaced along the perimeter of the movable platform and forming three movable rod supports of the manipulator, the links of which are made in the form of radially curved two-hinged connecting levers connected to each other through cylindrical hinges, the axes of which, when assembling a closed kinematic chain, are made intersecting at one point located between the movable rod supports inside the platform manipulator, oppositely located vertices of each of mentioned hinged rhombuses are connected to the support base and to the movable platform through two double cylindrical hinges, of which the first double hinge is formed by one a pair of adjacent two-hinged links of a hinged rhombus connected to the support base, the second double hinge is formed by another pair of adjacent two-hinged links of this rhombus connected to a movable platform, and the mentioned hinged rhombuses are made in the form of radially curved lever links, for example, of circular cross section or in the form plates. 2. Сферический платформенный складывающийся манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что снабжен поступательной платформой, кинематически связанной с подвижной платформой посредством трех параллельно расположенных между собой кривошипов, выполненных в виде двухшарнирных соединительных рычагов одинаковой длины и цилиндрических шарниров, расположенных параллельно плоскости упомянутой поступательной платформы, а один их трех упомянутых кривошипов снабжен приводной вращательной кинематической парой, расположенной на подвижной платформе, для образования пространственного платформенного манипулятора с четырьмя управляемыми степенями свободы.2. Spherical platform folding manipulator according to claim 1, characterized in that it is equipped with a translational platform kinematically connected to the movable platform by means of three parallel cranks, made in the form of double-hinged connecting arms of the same length and cylindrical hinges located parallel to the plane of the said translational platform , and one of the three mentioned cranks is equipped with a drive rotational kinematic pair located on a movable platform to form a spatial platform manipulator with four controlled degrees of freedom. 3. Сферический платформенный складывающийся манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что снабжен вращательной платформой, кинематически связанной с подвижной платформой посредством трех параллельно расположенных между собой кривошипов, выполненных в виде двухшарнирных соединительных рычагов одинаковой длины и цилиндрических шарниров, расположенных перпендикулярно плоскости упомянутой вращательной платформы, а один из трех упомянутых кривошипов снабжен приводной вращательной кинематической парой, расположенной на подвижной платформе, для образования пространственного платформенного манипулятора с четырьмя управляемыми степенями свободы.3. Spherical platform folding manipulator according to claim 1, characterized in that it is equipped with a rotary platform, kinematically connected to the movable platform by means of three parallel cranks, made in the form of double-hinged connecting arms of the same length and cylindrical hinges located perpendicular to the plane of the said rotary platform , and one of the three mentioned cranks is equipped with a drive rotational kinematic pair located on a movable platform to form a spatial platform manipulator with four controlled degrees of freedom. 4. Сферический платформенный складывающийся манипулятор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что каждая из подвижных стержневых опор снабжена приводной вращательной кинематической парой, установленной на опорном основании и совмещенной с двойным шарниром, соединяющим вершину четырехзвенного шарнирного ромба с опорным основанием, и выполнена с приводом от отдельного вращательного двигателя.4. Spherical platform folding manipulator according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that each of the movable rod supports is equipped with a drive rotational kinematic pair mounted on the support base and combined with a double hinge connecting the top of the four-link hinged rhombus with the support base, and is driven by a separate rotational engine. 5. Сферический платформенный складывающийся манипулятор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что каждая из подвижных стержневых опор снабжена приводной вращательной кинематической парой, образованной поворотным гидроцилиндром или пневмоцилиндром, выполненным в виде круговой направляющей с установленным внутри нее поршнем, которые выполнены в виде рычажных звеньев радиально-изогнутых вокруг точки пересечения осей цилиндрических шарниров всех шарнирных ромбов, а упомянутая приводная вращательная кинематическая пара установлена внутри каждого из шарнирных ромбов между его противоположными вершинами.5. Spherical platform folding manipulator according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that each of the movable rod supports is equipped with a drive rotational kinematic pair formed by a rotary hydraulic cylinder or pneumatic cylinder, made in the form of a circular guide with a piston installed inside it, which are made in the form of lever links radially curved around the point of intersection of the cylindrical axes hinges of all hinged rhombuses, and the said drive rotational kinematic pair is installed inside each of the hinged rhombuses between its opposite vertices. 6. Сферический платформенный складывающийся манипулятор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что каждая из подвижных стержневых опор снабжена двумя приводными вращательными кинематическими парами, установленными соосно между собой на опорном основании и совмещенными с двойным шарниром, соединяющим смежные звенья четырехзвенного шарнирного ромба с опорным основанием, обе упомянутые приводные вращательные кинематические пары выполнены с возможностью осуществления поочередного вращения упомянутых смежных звеньев шарнирного ромба, выполняемого от разных вращательных двигателей путем их поочередного включения, а манипулятор выполнен с отдельным для каждого их трех установленных шарнирных ромбов вращательным приводом.6. Spherical platform folding manipulator according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that each of the movable rod supports is equipped with two drive rotational kinematic pairs mounted coaxially to each other on the support base and combined with a double hinge connecting adjacent links of the four-link hinged rhombus with the support base, both of the above-mentioned drive rotational kinematic pairs are made with the possibility of alternately rotating said adjacent links of the articulated rhombus, performed from different rotational motors by turning them on in turn, and the manipulator is made with a separate rotary drive for each of the three installed articulated rhombuses. 7. Сферический платформенный складывающийся манипулятор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен поворотной платформой, выполненной с возможностью осуществления полного поворота от реверсивного вращательного двигателя, а опорное основание сблокировано с упомянутой поворотной платформой, для образования пространственного платформенного манипулятора с пятью управляемыми степенями свободы.7. Spherical platform folding manipulator according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that it is equipped with a turntable, made with the possibility of full rotation from a reversible rotary engine, and the support base is interlocked with said turntable, to form a three-dimensional platform manipulator with five controlled degrees of freedom. 8. Сферический платформенный складывающийся манипулятор по п. 2, отличающийся тем, что поступательная и вращательная платформы выполнены с возможностью закрепления на них рабочих органов, совершающих круговое поступательное или вращательное перемещение относительно опорного основания во всем рабочем пространстве платформенного манипулятора.8. Spherical platform folding manipulator according to claim 2, characterized in that the translational and rotary platforms are made with the possibility of fixing working bodies on them, performing a circular translational or rotational movement relative to the support base in the entire working space of the platform manipulator. 9. Сферический платформенный складывающийся манипулятор по пп. 1, 2, отличающийся тем, что его замкнутая кинематическая цепь манипулятора выполнена с возможностью осуществления складывания по высоте манипулятора путем углового поворота всех рычажных звеньев, расположенных между опорным основанием, подвижной платформой и поступательной платформой, для возможности образования в нерабочем положении компактного по высоте пространственного манипулятора.9. Spherical platform folding manipulator according to paragraphs. 1, 2, characterized in that its closed kinematic chain of the manipulator is made with the possibility of folding along the height of the manipulator by angular rotation of all lever links located between the support base, the movable platform and the translational platform, for the possibility of forming in the non-working position a space manipulator compact in height . 10. Сферический платформенный складывающийся манипулятор по пп. 2-9, отличающийся тем, что один из трех кривошипов, расположенных между поступательной платформой и подвижной платформой, снабжен приводной самотормозящейся винтовой кинематической парой, для образования пространственного платформенного манипулятора с шестью управляемыми степенями свободы, выполненного с возможностью осуществления посредством упомянутой винтовой кинематической пары регулирования угла наклона этой поступательной платформы с установленными на ней рабочим органом относительно подвижной платформы манипулятора.10. Spherical platform folding manipulator according to paragraphs. 2-9, characterized in that one of the three cranks located between the translational platform and the movable platform is equipped with a drive self-braking helical kinematic pair to form a spatial platform manipulator with six controlled degrees of freedom, made with the possibility of implementation by means of the aforementioned helical kinematic pair of angle adjustment the inclination of this translational platform with the working body installed on it relative to the movable platform of the manipulator.
RU2021128935A 2021-10-04 Spherical platform folding arm RU2774278C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2774278C1 true RU2774278C1 (en) 2022-06-16

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2801187C1 (en) * 2023-02-20 2023-08-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Device for spatial manipulation with five degrees of freedom

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
US20020007690A1 (en) * 1999-12-06 2002-01-24 Se-Kyong Song Six-degrees-of-freedom parallel mechanism for micro-positioning work
RU2465124C1 (en) * 2011-04-04 2012-10-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина" 3d spherical mechanism with three degrees of freedom
RU133044U1 (en) * 2013-03-21 2013-10-10 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Российской Академии Наук SPATIAL MECHANISM 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 (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
US20020007690A1 (en) * 1999-12-06 2002-01-24 Se-Kyong Song Six-degrees-of-freedom parallel mechanism for micro-positioning work
RU2465124C1 (en) * 2011-04-04 2012-10-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный текстильный университет имени А.Н. Косыгина" 3d spherical mechanism with three degrees of freedom
RU133044U1 (en) * 2013-03-21 2013-10-10 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Машиноведения Им. А.А. Благонравова Российской Академии Наук SPATIAL MECHANISM 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

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2801187C1 (en) * 2023-02-20 2023-08-03 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) Device for spatial manipulation with five degrees of freedom
RU2818704C1 (en) * 2023-06-29 2024-05-03 Автономная некоммерческая организация высшего образования "Университет Иннополис" Parallel spherical manipulator of asymmetric type with three degrees of freedom

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3042102B1 (en) Apparatus for converting motion
US9528579B2 (en) Apparatus for converting motion and building assembly comprising the same
EP3073151A1 (en) Apparatus for converting motion
RU2730345C1 (en) Spherical v-manipulator
EP2888509B1 (en) Apparatus for converting motion
US20040103739A1 (en) Industrial robot
JP4696384B2 (en) Parallel link robot
RU2774278C1 (en) Spherical platform folding arm
CN108838996B (en) Five-degree-of-freedom series-parallel mechanism
JP2005180566A5 (en)
JPH0811080A (en) Drive device having 3 degrees of freedom in space
RU2651781C1 (en) Industrial purpose tripod manipulator
SU558788A1 (en) Manipulator
RU2774279C1 (en) Flat-spatial three-platform manipulator
RU2776578C1 (en) Symmetrical platform manipulator with three degrees of freedom
RU2753217C1 (en) Parallel manipulator with three degrees of freedom
RU2758391C1 (en) Relative manipulation platform
RU2753064C1 (en) Pivot mechanism
RU2751779C1 (en) Copying manipulator
RU2751781C1 (en) Platform docking manipulator
SU768630A1 (en) Manipulator
RU2784764C1 (en) Spatial parallelogram mechanism of manipulator
RU2777123C1 (en) Hinged multiple mechanism
RU2781602C1 (en) Spatially flat platform spherical manipulator
RU2804700C1 (en) Folding multi-arm robot manipulator