RU2799609C1

RU2799609C1 - Double movement reconfigurable spherical mechanism with circular guide

Info

Publication number: RU2799609C1
Application number: RU2023103783A
Authority: RU
Inventors: Алексей Сергеевич Фомин; Павел Андреевич Ларюшкин; Илья Вячеславович Брем
Filing date: 2023-02-20
Publication date: 2023-07-07

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to mechanical systems of parallel design. A two-moving reconfigurable spherical mechanism with a circular guide includes a rack and a platform, between which three kinematic chains are installed, two of which include lower and upper levers, and the third chain consists of a rod and a fork. The mechanism rack is made in the form of a circular guide with teeth cut on it, on which carriages with gear wheels are placed, whereas the carriages form rotational hinges with lower levers, and connecting rods are installed between the upper levers and the platform by means of rotational hinges. The geometric axes of the hinges intersect at the centre of the rotational hinge between the yoke and the platform, and the rod is connected to the circular guide by means of a translational hinge. The lower and upper levers are flat.

EFFECT: expansion of the field of application.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к механическим системам параллельной структуры, применяемым при проведении технологических и исследовательских процедур.The invention relates to mechanical systems of a parallel structure used in technological and research procedures.

Известен двухподвижный сферический механизм параллельной структуры [Rosheim М.Е. Multiple rotatable links robotic manipulator. US 5,893,296, applied 13.03.1997, published 13.04.1999]. Механизм включает в свой состав неподвижное звено (стойку) и выходное звено, между которыми установлены две кинематические цепи, состоящие из рычагов. Недостатком данного механизма является отсутствие дополнительной кинематической цепи между стойкой и выходным звеном. Это недостаток снижает нагрузочную способность механизма, т.е. ограничивает его применение в технике.A two-moving spherical mechanism of a parallel structure is known [Rosheim M.E. Multiple rotatable links robotic manipulator. US 5,893,296, applied 03/13/1997, published 04/13/1999]. The mechanism includes a fixed link (rack) and an output link, between which two kinematic chains are installed, consisting of levers. The disadvantage of this mechanism is the absence of an additional kinematic chain between the rack and the output link. This disadvantage reduces the load capacity of the mechanism, i.e. limits its application in technology.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является другой двухподвижный сферический механизм параллельной структуры [Duan X., Yang Y., Cheng В. Modeling and analysis of a 2-DOF spherical parallel manipulator. Sensors. 2016; 16(9): 1485, Fig. 1, 3]. Он состоит из неподвижного звена (стойки) и выходного звена (платформы), между которыми установлены три кинематические цепи, две из которых включают нижние и верхние рычаги, выполненные сферическими, а одна цепь состоит из неподвижного стержня и вилки.Closest to the proposed device is another two-movable spherical parallel structure mechanism [Duan X., Yang Y., Cheng B. Modeling and analysis of a 2-DOF spherical parallel manipulator. Sensors. 2016; 16(9): 1485, Fig. 13]. It consists of a fixed link (rack) and an output link (platform), between which three kinematic chains are installed, two of which include lower and upper levers made spherical, and one chain consists of a fixed rod and a fork.

Данный механизм принимается за прототип предлагаемого изобретения. Недостатком прототипа является отсутствие полного поворота выходного звена вокруг одной из осей. Кроме этого в прототипе отсутствует возможность изменения центра сферического движения, что сокращает число реализуемых разнотипных траекторий движения выходного звена.This mechanism is taken as a prototype of the present invention. The disadvantage of the prototype is the lack of complete rotation of the output link around one of the axes. In addition, the prototype does not have the ability to change the center of the spherical movement, which reduces the number of implemented different types of trajectories of the output link.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании такого механизма, в котором обеспечивался бы полный поворот выходного звена, а также реализовывалась возможность изменения центра сферического движения.The technical problem solved by the invention is to create such a mechanism, which would provide a complete rotation of the output link, and also realized the possibility of changing the center of spherical movement.

Данная проблема решается тем, что в предлагаемом двухподвижном реконфигурируемом сферическом механизме с круговой направляющей, включающем стойку и платформу, между которыми установлены три кинематические цепи, две из которых включают нижние и верхние рычаги, а третья цепь состоит из стержня и вилки, согласно изобретению, стойка выполнена в виде круговой направляющей с нарезанными на ней зубьями, на которой размещены каретки с зубчатыми колесами, при этом каретки образуют вращательные шарниры с нижними рычагами, а между верхними рычагами и платформой установлены шатуны посредством вращательных шарниров, геометрические оси которых пересекаются в центре вращательного шарнира между вилкой и платформой, а стержень сопряжен с круговой направляющей посредством поступательного шарнира, при этом нижний и верхний рычаги выполнены плоскими.This problem is solved by the fact that in the proposed two-moving reconfigurable spherical mechanism with a circular guide, including a rack and a platform, between which three kinematic chains are installed, two of which include lower and upper levers, and the third chain consists of a rod and a fork, according to the invention, the rack made in the form of a circular guide with teeth cut on it, on which carriages with gears are placed, while the carriages form rotational hinges with lower levers, and connecting rods are installed between the upper levers and the platform by means of rotational hinges, the geometric axes of which intersect in the center of the rotational hinge between fork and platform, and the rod is connected to the circular guide by means of a translational hinge, while the lower and upper levers are made flat.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении выходному звену полного поворота вокруг одной из осей, а также в возможности изменения центра сферического движения.The technical result obtained by using the proposed invention consists in providing the output link with a complete rotation around one of the axes, as well as in the possibility of changing the center of spherical movement.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана модель двухподвижного реконфигурируемого сферического механизма с круговой направляющей. Механизм включает круговую направляющую 1 с нарезанными на ней зубьями, выполненную неподвижной, и выходное звено (платформу) 14, между которыми установлены две кинематические цепи, состоящие из кареток 4 и 5 с зубчатыми колесами 2 и 3, нижних рычагов 6 и 7, верхних рычагов 8 и 9 и шатунов 10 и 11, а также одна кинематическая цепь, расположенная в центре круговой направляющей 1 и состоящая из стержня 12 и вилки 13. Нижние рычаги 6 и 7 и верхние рычаги 8 и 9 выполнены плоскими.The invention is illustrated by the drawing, where in Fig. 1 shows a model of a two-moving reconfigurable spherical mechanism with a circular guide. The mechanism includes a circular guide 1 with teeth cut on it, made fixed, and an output link (platform) 14, between which two kinematic chains are installed, consisting of carriages 4 and 5 with gear wheels 2 and 3, lower levers 6 and 7, upper levers 8 and 9 and connecting rods 10 and 11, as well as one kinematic chain located in the center of the circular guide 1 and consisting of a rod 12 and a fork 13. The lower levers 6 and 7 and the upper levers 8 and 9 are made flat.

Зубчатые колеса 2 и 3 являются приводными звеньями, которым задаются входные движения. Звенья 1 и 2; 1 и 3 образуют зубчатое зацепление. Звенья 1 и 4; 1 и 5; 4 и 6; 5 и 7; 6 и 8; 7 и 9; 8 и 10; 9 и 11; 10 и 14; 11 и 14; 12 и 13; 13 и 14 образуют вращательные шарниры. Звенья 1 и 12 образуют поступательный шарнир. Геометрические оси вращательных шарниров 10-14 и 11-14 пересекаются в центре вращательного шарнира 13-14.Gears 2 and 3 are drive links, which are given input motion. Links 1 and 2; 1 and 3 form gearing. Links 1 and 4; 1 and 5; 4 and 6; 5 and 7; 6 and 8; 7 and 9; 8 and 10; 9 and 11; 10 and 14; 11 and 14; 12 and 13; 13 and 14 form rotational hinges. Links 1 and 12 form a translational hinge. The geometric axes of the rotational hinges 10-14 and 11-14 intersect at the center of the rotational hinge 13-14.

Принцип работы предлагаемого механизма заключается в следующем. При задании движения зубчатым колесам 2 и 3, каретки 4 и 5 смещаются относительно круговой направляющей 1. Движение от кареток 4 и 5 передается нижним рычагам 6 и 7, затем верхним рычагам 8 и 9 и далее шатунам 10 и 11, ориентирующим платформу 14. При этом ограничения на движение платформы 14 накладываются центральной кинематической цепью, которая оставляет ей две вращательных степени свободы. Реконфигурация механизма (изменение центра сферического движения) обеспечивается за счет вертикального смещения стержня 12 относительно круговой направляющей 1. В этом случае центр вращательного шарнира 13-14 может быть установлен на заданной высоте.The principle of operation of the proposed mechanism is as follows. When the movement is set to the gear wheels 2 and 3, the carriages 4 and 5 are displaced relative to the circular guide 1. The movement from the carriages 4 and 5 is transmitted to the lower levers 6 and 7, then to the upper levers 8 and 9 and then to the connecting rods 10 and 11, orienting the platform 14. When In this case, restrictions on the movement of the platform 14 are imposed by the central kinematic chain, which leaves it with two rotational degrees of freedom. Reconfiguration of the mechanism (changing the center of spherical movement) is provided by the vertical displacement of the rod 12 relative to the circular guide 1. In this case, the center of the rotational hinge 13-14 can be set at a given height.

Предлагаемый механизм может быть применен для позиционирования различных объектов при проведении технологических или исследовательских операций, а также при выполнении процедур, требующих полный (неограниченный) поворот вокруг вертикальной оси.The proposed mechanism can be used for positioning various objects during technological or research operations, as well as when performing procedures that require full (unlimited) rotation around the vertical axis.

Claims

A two-moving reconfigurable spherical mechanism with a circular guide, including a rack and a platform, between which three kinematic chains are installed, two of which include lower and upper levers, and the third chain consists of a rod and a fork, characterized in that the rack is made in the form of a circular guide with threaded on it with teeth, on which carriages with gears are placed, while the carriages form rotational hinges with the lower levers, and between the upper levers and the platform there are connecting rods by means of rotational hinges, the geometric axes of which intersect in the center of the rotational hinge between the fork and the platform, and the rod is conjugated with a circular guide by means of a translational hinge, while the lower and upper levers are made flat.