RU2799610C1

RU2799610C1 - Five-movement manipulator for grinding of ceramics

Info

Publication number: RU2799610C1
Application number: RU2023103787A
Authority: RU
Inventors: Виктор Аркадьевич Глазунов; Оксана Андреевна Фомина; Андрей Александрович Романов; Сергей Александрович Скворцов
Filing date: 2023-02-20
Publication date: 2023-07-07

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to mechanical devices used for processing industrial materials. A five-movable manipulator for grinding ceramic products includes a stand and a platform, between which kinematic chains are installed. The chains consist of guides rigidly fixed on the rack, as well as three-pair sliders and rods. The manipulator is equipped with two-pair sliders, one rod is installed between each two-pair slider and the platform. In one of the kinematic chains connected to a three-pair slider, the rod is made in the form of a group of links, consisting of a fork, an upper cross, a rod, a lower cross and an output link on which the tool is rigidly mounted. A three-pair slider and fork, as well as a platform and an output link, form rotational hinges between themselves, the axes of which are parallel to each other.

EFFECT: expansion of the scope and implementation of new functional properties of the manipulator.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к механическим устройствам, применяемым для обработки промышленных материалов.The invention relates to mechanical devices used for processing industrial materials.

Известен манипулятор параллельной структуры «Дельта-робот» [Azad F.A., Rahimi S., Hairi Yazdi M.R., Masouleh M.T. Design and evaluation of adaptive and sliding mode control for a 3-DOF Delta parallel robot. Proceedings of the 28th Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE), 2020, pp. 1-7; Fig. 1]. Манипулятор состоит из неподвижного звена (стойки) и выходного звена (платформы), между которыми установлено три кинематических цепи, каждая из которых снабжена приводом. Недостатком такого манипулятора является отсутствие вращательных степеней свободы выходного звена.Known manipulator parallel structure "Delta robot" [Azad F.A., Rahimi S., Hairi Yazdi M.R., Masouleh M.T. Design and evaluation of adaptive and sliding mode control for a 3-DOF Delta parallel robot. Proceedings of the 28th Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE), 2020, pp. 1-7; Fig. 1]. The manipulator consists of a fixed link (rack) and an output link (platform), between which three kinematic chains are installed, each of which is equipped with a drive. The disadvantage of such a manipulator is the absence of rotational degrees of freedom of the output link.

Наиболее близким к заявляемому манипулятору является «Дельта-робот» с линейными приводами [Carabin G., Scalera L., Wongratanaphisan Т., Vidoni R. An energy-efficient approach for 3D printing with a Linear Delta Robot equipped with optimal springs. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2021, 67, 102045; Fig. 1]. Он имеет параллельную структуру и состоит из неподвижного звена (стойки) и выходного звена (платформы), между которыми установлены три кинематические цепи, каждая из которых включает направляющую, жестко установленную на стойке, трехпарный (образующий с сопрягаемыми звеньями три кинематические пары) ползун и пару штанг. Каждая кинематическая цепь снабжена линейным приводом, а выходному звену обеспечиваются три поступательные степени свободы.Closest to the claimed manipulator is the "Delta Robot" with linear actuators [Carabin G., Scalera L., Wongratanaphisan T., Vidoni R. An energy-efficient approach for 3D printing with a Linear Delta Robot equipped with optimal springs. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 2021, 67, 102045; Fig. 1]. It has a parallel structure and consists of a fixed link (rack) and an output link (platform), between which three kinematic chains are installed, each of which includes a guide rigidly mounted on the rack, a three-pair (forming three kinematic pairs with mating links) slider and a pair rods. Each kinematic chain is equipped with a linear drive, and the output link is provided with three translational degrees of freedom.

Данная модель «Дельта-робота» принимается за прототип предлагаемого изобретения. Недостаток прототипа заключается в полном отсутствии вращательных степеней свободы выходного звена. Данный недостаток ограничивает возможности практического применения прототипа.This model of "Delta-robot" is taken as a prototype of the proposed invention. The disadvantage of the prototype is the complete absence of rotational degrees of freedom of the output link. This disadvantage limits the practical application of the prototype.

Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании такого манипулятора, в котором кроме поступательных степеней свободы выходного звена, обеспечивались бы также и вращательные.The technical problem solved by the invention is to create such a manipulator, in which, in addition to the translational degrees of freedom of the output link, rotational ones would also be provided.

Данная проблема решается тем, что в предлагаемом пятиподвижном манипуляторе для шлифовки керамических изделий, включающем стойку и платформу, между которыми установлены кинематические цепи, состоящие из направляющих, жестко зафиксированных на стойке, трехпарных ползунов и штанг, согласно изобретению, манипулятор снабжен двухпарными ползунами, при этом между каждым двухпарным ползуном и платформой установлено по одной штанге, причем в одной из кинематических цепей, соединенных с трехпарным ползуном, штанга выполнена в виде группы звеньев, состоящей из вилки, верхней крестовины, стержня, нижней крестовины и выходного звена, на котором жестко установлен инструмент, при этом трехпарный ползун и вилка, а также платформа и выходное звено образуют между собой вращательные шарниры, оси которых параллельны друг другу.This problem is solved by the fact that in the proposed five-moving manipulator for grinding ceramic products, including a rack and a platform, between which kinematic chains are installed, consisting of guides rigidly fixed on the rack, three-pair sliders and rods, according to the invention, the manipulator is equipped with two-pair sliders, while between each two-pair slider and the platform, one rod is installed, and in one of the kinematic chains connected to the three-pair slider, the rod is made in the form of a group of links consisting of a fork, an upper cross, a rod, a lower cross and an output link on which the tool is rigidly mounted , while the three-pair slider and fork, as well as the platform and the output link, form between themselves rotational hinges, the axes of which are parallel to each other.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в обеспечении вращательных степеней свободы выходного звена. Данное преимущество способствует расширению возможностей практического применения предлагаемого манипулятора.The technical result obtained by using the proposed invention is to provide rotational degrees of freedom of the output link. This advantage contributes to the expansion of the practical application of the proposed manipulator.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана кинематическая схема пятиподвижного манипулятора для шлифовки керамических изделий. Манипулятор включает неподвижное звено (стойку) 1 и платформу 15, между которыми установлено пять кинематических цепей. Цепи выполнены трех типов. Цепь первого типа состоит из направляющей 2, жестко установленной на стойке 1, трехпарного (образующего с сопрягаемыми звеньями три кинематические пары) ползуна 3 и штанг 4. Цепи второго типа состоят из направляющих 2, жестко установленных на стойке 1, двухпарных (образующих с сопрягаемыми звеньями две кинематические пары) ползунов 5, а также штанг 6. Цепь третьего типа состоит из направляющей 2, жестко установленной на стойке 1, трехпарного ползуна 7, штанги 8, вилки 9, верхней крестовины 10, стержня 11, нижней крестовины 12 и выходного звена 13, на котором жестко установлен инструмент 14.The invention is illustrated by the drawing, where in Fig. 1 shows a kinematic diagram of a five-moving manipulator for grinding ceramic products. The manipulator includes a fixed link (rack) 1 and a platform 15, between which five kinematic chains are installed. Chains are made of three types. The chain of the first type consists of a guide 2, rigidly mounted on the rack 1, a three-pair (forming three kinematic pairs with mating links) slider 3 and rods 4. Chains of the second type consist of guides 2, rigidly installed on the rack 1, two-pair (forming with mating links two kinematic pairs) of sliders 5, as well as rods 6. The chain of the third type consists of a guide 2 rigidly mounted on a rack 1, a three-pair slider 7, a rod 8, a fork 9, an upper cross 10, a rod 11, a lower cross 12 and an output link 13 , on which the tool 14 is rigidly mounted.

Ползуны 3, 5 и 7, а также вилка 9 являются приводными звеньями, которым задаются входные движения. Звенья 2 и 3;2 и 5; 2 и 7 образуют поступательные шарниры. Звенья 3 и 4; 4 и 15; 5 и 6; 6 и 15; 7 и 8; 8 и 15 образуют сферические шарниры. Звенья 7 и 9; 9 и 10; 10 и 11; 11 и 12; 12 и 13; 13 и 15 образуют вращательные шарниры.Sliders 3, 5 and 7, as well as fork 9 are drive links, which are given input motion. Links 2 and 3; 2 and 5; 2 and 7 form translational hinges. Links 3 and 4; 4 and 15; 5 and 6; 6 and 15; 7 and 8; 8 and 15 form spherical hinges. Links 7 and 9; 9 and 10; 10 and 11; 11 and 12; 12 and 13; 13 and 15 form rotational hinges.

Принцип работы предлагаемого манипулятора заключается в следующем. При смещении трехпарных и двухпарных ползунов 3, 5 и 7 относительно направляющих 2, жестко установленных на стойке 1, движение передается на штанги 4, 6 и 8, а также на кинематическую цепь, состоящую из вилки 9, верхней крестовины 10, стержня 11, нижней крестовины 12 и выходного звена 13 с жестко установленным инструментом 14, а далее на платформу 15. Так обеспечиваются четыре степени свободы платформе 15 (три линейных смещения и поворот относительно оси, параллельной оси между сферическими шарнирами 4-15). Пятая степень свободы (поворот вокруг оси вращательного шарнира 13-15) обеспечивается за счет кинематической цепи, включающей вилку 9, верхнюю крестовину 10, стержень 11, нижнюю крестовину 12 и выходное звено 13 с жестко установленным инструментом 14. В данной цепи при повороте вилки 9, движение через верхнюю крестовину 10 передается на стержень 11 и далее через нижнюю крестовину 12 на выходное звено 13 с жестко установленным на нем инструментом 14.The principle of operation of the proposed manipulator is as follows. When the three-pair and two-pair sliders 3, 5 and 7 are displaced relative to the guides 2, rigidly mounted on the rack 1, the movement is transmitted to the rods 4, 6 and 8, as well as to the kinematic chain, consisting of a fork 9, an upper cross 10, a rod 11, a lower crosspiece 12 and output link 13 with a rigidly installed tool 14, and then onto platform 15. This provides four degrees of freedom to platform 15 (three linear displacements and rotation about an axis parallel to the axis between spherical hinges 4-15). The fifth degree of freedom (rotation around the axis of the rotational hinge 13-15) is provided by a kinematic chain, including the fork 9, the upper cross 10, the rod 11, the lower cross 12 and the output link 13 with a rigidly mounted tool 14. In this chain, when the fork 9 is turned , the movement through the upper cross 10 is transmitted to the rod 11 and further through the lower cross 12 to the output link 13 with the tool 14 rigidly mounted on it.

Предлагаемый манипулятор может быть применен в устройствах и технологиях по обработке промышленных материалов.The proposed manipulator can be used in devices and technologies for processing industrial materials.

Claims

A five-movable manipulator for grinding ceramic products, including a rack and a platform, between which kinematic chains are installed, consisting of guides rigidly fixed on the rack, three-pair sliders and rods, characterized in that the manipulator is equipped with two-pair sliders, while between each two-pair slider and the platform there is one rod, and in one of the kinematic chains connected to a three-pair slider, the rod is made in the form of a group of links, consisting of a fork, an upper cross, a rod, a lower cross and an output link on which the tool is rigidly mounted, while the three-pair slider and the fork , as well as the platform and the output link form rotational hinges between themselves, the axes of which are parallel to each other.