RU191807U1

RU191807U1 - SPATIAL MECHANISM OF PARALLEL STRUCTURE WITH FIVE DEGREES OF FREEDOM

Info

Publication number: RU191807U1
Application number: RU2018127113U
Authority: RU
Inventors: Глеб Сергеевич Филиппов; Виктор Аркадьевич Глазунов; Александр Константинович Алешин; Сергей Владимирович Левин; Гагик Володяевич Рашоян; Константин Андреевич Шалюхин; Сергей Александрович Скворцов; Олег Сергеевич Филиппов; Сергей Сергеевич Гаврюшин; Александр Григорьевич Григорьянц
Priority date: 2018-07-24
Filing date: 2018-07-24
Publication date: 2019-08-22

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам роботов.Манипулятор параллельной структуры содержит основание, соединенные между собой кинематическими цепями направляющую раму и выходное звено с установленным на нем рабочим органом. Направляющая выполнена в виде жестко закрепленной на основании по углам прямоугольной рамы, на двух параллельных сторонах которой имеются подвижные кинематические пары, а выходное звено представляет собой прямоугольную раму с расположенными на двух сторонах, параллельных соответствующим сторонам направляющей с кинематическими парами, двух пар вращательных кинематических пар, и которые соединены с этими подвижными парами двумя кинематическими цепями, каждая из которых включает в себя две пары параллельных жестких звеньев, сопряженных с одной стороны между собой и с рамой выходного звена с помощью поворотных шарниров, а с другой стороны - посредством двойного поворотного шарнира с вертикально установленным на подвижном шарнире направляющей рамы. Причем рабочий орган закреплен на средней оси рамы выходного звена, соединенной с вращательными приводами, расположенными на двух сторонах рамы между вращательными шарнирами. Манипулятор обеспечивает рабочему органу пять степеней подвижности.The utility model relates to mechanical engineering, in particular to robotics, namely to the spatial manipulation mechanisms of robots. A parallel structure manipulator contains a base, a guide frame and an output link with a working body mounted on it by kinematic chains. The guide is made in the form of a rectangular frame rigidly fixed to the base at the corners, on two parallel sides of which there are movable kinematic pairs, and the output link is a rectangular frame with two pairs of rotational kinematic pairs located on two sides parallel to the respective sides of the guide with kinematic pairs, and which are connected to these moving pairs by two kinematic chains, each of which includes two pairs of parallel rigid links, conjugated x on the one hand among themselves and with the output link frame via swivel joints, and on the other hand - via a double pivot joint with a vertical pivot mounted on a movable guide frame. Moreover, the working body is fixed on the middle axis of the frame of the output link, connected to rotational drives located on two sides of the frame between the rotary hinges. The manipulator provides the working body with five degrees of mobility.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам роботов.The utility model relates to mechanical engineering, in particular to robotics, and in particular to the spatial manipulation mechanisms of robots.

В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности манипулятор параллельной структуры с пятью степенями подвижности (Патент РФ на полезную модель №169275 от 13.03.2017, МПК B25J 1/00), включающий основание, подвижную платформу, связанную с основание четырьмя приводами, каретку продольного перемещения с установленным на ней вращательным приводом выходного звена и сопряженную с подвижной платформой посредством привода поступательного перемещения и поступательных кинематических пар, и выходное звено.As a prototype, the parallel structure manipulator with the five degrees of mobility closest in technical essence was selected (RF Patent for Utility Model No. 169275 of 03/13/2017, IPC B25J 1/00), including a base, a movable platform connected to the base with four drives, a longitudinal carriage displacements with a rotary drive of the output link installed on it and coupled to the movable platform by means of a translational displacement drive and translational kinematic pairs, and an output link.

К его недостаткам можно отнести наличие в двух кинематических цепях поступательных кинематических пар, склонных к перегибам и заклиниваниям, расположением двух двигателей в плоскости каретки продольного перемещения, делающего конструкцию более инертной, а также ограничены возможности перемещения выходного звена по вертикали.Its disadvantages include the presence of translational kinematic pairs in two kinematic chains, prone to kinks and jamming, the location of two engines in the plane of the longitudinal movement carriage, which makes the design more inert, and also limited the ability to move the output link vertically.

Цель полезной модели - устранение отмеченных недостатков и повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования.The purpose of the utility model is to eliminate the noted drawbacks and increase the technical and operational efficiency of manipulation devices.

Поставленная цель достигается тем, что предложенный манипулятор параллельной структуры, имеющий пять степеней свободы, содержит основание, соединенные между собой кинематическими цепями направляющую раму и выходное звено с установленным на нем рабочим органом. Направляющая выполнена в виде жестко закрепленной на основании по углам прямоугольной рамы, на двух параллельных сторонах которой имеются подвижные кинематические пары, а выходное звено представляет собой прямоугольную раму с расположенными на двух сторонах, параллельных соответствующим сторонам направляющей с кинематическими парами, двух пар вращательных кинематических пар, и которые соединены с этими подвижными парами двумя кинематическими цепями, каждая из которых включает в себя две пары параллельных жестких звеньев, сопряженных с одной стороны между собой и с рамой выходного звена с помощью поворотных шарниров, а с другой стороны - посредством двойного поворотного шарнира, установленного на подвижном шарнире направляющей рамы. Причем рабочий орган закреплен на средней оси рамы выходного звена, соединенной с вращательными приводами, расположенными на двух сторонах рамы между вращательными шарнирами.This goal is achieved by the fact that the proposed manipulator of parallel structure, having five degrees of freedom, contains a base, interconnected by kinematic chains of the guide frame and the output link with a working body mounted on it. The guide is made in the form of a rectangular frame rigidly fixed on the base at the corners, on two parallel sides of which there are movable kinematic pairs, and the output link is a rectangular frame with two pairs of rotational kinematic pairs located on two sides parallel to the respective sides of the guide with kinematic pairs, and which are connected to these moving pairs by two kinematic chains, each of which includes two pairs of parallel rigid links, conjugated x on the one hand among themselves and with the output link frame via swivel joints, and on the other hand - via a double pivot hinge mounted on the movable hinge of the guide frame. Moreover, the working body is fixed on the middle axis of the frame of the output link, connected to rotational drives located on two sides of the frame between the rotary hinges.

Устройство - пространственный механизм с пятью степенями свободы представлено на Фиг. 1.The device — a spatial mechanism with five degrees of freedom — is shown in FIG. one.

Предложенный пространственный механизм с пятью степенями свободы содержит основание с закрепленном на нем направляющей рамой 1 и связанную с ней кинематической цепью выходное звено 2 с установленным на нем рабочим органом 3. Направляющая прямоугольная рама 1 жестко закреплена на основании по углам, а на двух ее параллельных сторонах установлены подвижные кинематические пары 4. Выходное звено 2 также представляет собой прямоугольную раму с расположенными на двух сторонах вращательными кинематическими парами 5, которые соединены с подвижными парами 4 двумя кинематическими цепями, каждая из которых включает в себя две пары параллельных жестких звеньев 6, сопряженные с одной стороны между собой и с рамой выходного звена 2 с помощью поворотных шарниров 7, а с другой стороны - посредством двойных поворотных шарниров 8, установленных на подвижных парах 4 направляющей рамы 1. Рабочий орган 3 закреплен на средней оси 9 рамы выходного звена 2, соединенной с вращательным приводом 10 и вращательным шарниром 11, расположенными на двух сторонах рамы выходного звена 2.The proposed spatial mechanism with five degrees of freedom contains a base with a guide frame 1 fixed to it and an output link 2 connected to it by a kinematic chain with a working body 3. The guide rectangular frame 1 is rigidly fixed to the base at the corners, and on its two parallel sides movable kinematic pairs 4 are installed. The output link 2 also represents a rectangular frame with rotational kinematic pairs 5 located on two sides, which are connected to the movable pairs 4 with two kinematic chains, each of which includes two pairs of parallel rigid links 6, conjugated on one side with each other and with the frame of the output link 2 with the help of swivel joints 7, and on the other hand with the help of double swivel joints 8 installed on movable pairs 4 of the guide frame 1. The working body 3 is fixed on the middle axis 9 of the frame of the output link 2 connected to the rotary drive 10 and the rotary hinge 11 located on two sides of the frame of the output link 2.

Пространственный механизм на основе механизма с пятью степенями свободы работает следующим образом.The spatial mechanism based on a mechanism with five degrees of freedom works as follows.

Рабочая зона рабочего органа манипулятора располагается на внутри направляющей рамы 1, под рабочим органом 3, установленным на выходном звене 2, связанным с закрепленной на основании направляющей рамой 1 посредством кинематических цепей. Кинематическими парами 4 и 5 осуществляется управление приводами кинематических пар 4, 5, 6 кинематических цепей. Совместное действие приводов этих кинематические пар позволяет перемещать в пространстве подвижную рамку 2. Перемещение части кинематических пар 4 или их противоположное перемещение приводит к наклону или повороту рамки 2 относительно продольной оси. Кроме того, совместное действие кинематических пар 4, 5 приводит наряду с поворотом рамки 2 к ее перемещению в поперечном направлении. Перемещение в продольном направлении рамки 2 осуществляется размещенными на направляющей раме 1 приводами поступательного перемещения 4. Вращательные кинематические пары 11, расположенные на рамке 2, связанные с рабочим органом 3, на котором может быть закреплен инструмент или обрабатываемая деталь, обеспечивает поворот рабочего органа вокруг поперечной оси. Кроме того, привод 10 совместно обеспечивают вертикальное перемещение рабочего органа 3, его поворот вокруг продольно оси вместе с рамкой 2, а также его перемещение в поперечном направлении. Шарниры 7 позволяют осуществить поступательное перемещение рабочего органа 3 в плоскости основания вдоль продольной оси. Привод 10 в отдельности поворачивают рабочий орган 3 вокруг поперечной оси. На рабочий орган может быть закреплен инструмент или обрабатываемая деталь. Пространственный механизм параллельной структуры обеспечивает рабочему органу пять степеней подвижности.The working area of the working body of the manipulator is located on the inside of the guide frame 1, under the working body 3, mounted on the output link 2, connected to the guide frame 1 fixed on the base by means of kinematic chains. Kinematic pairs 4 and 5 control the drives of kinematic pairs 4, 5, 6 of kinematic chains. The combined action of the drives of these kinematic pairs allows you to move the moving frame 2 in space. Moving part of the kinematic pairs 4 or moving them in the opposite direction tilts or rotates the frame 2 relative to the longitudinal axis. In addition, the combined action of kinematic pairs 4, 5 leads, along with the rotation of the frame 2 to its movement in the transverse direction. Moving in the longitudinal direction of the frame 2 is carried out by translational displacement drives 4 located on the guide frame 1. Rotational kinematic pairs 11 located on the frame 2, connected with the working body 3, on which the tool or workpiece can be fixed, ensures rotation of the working body around the transverse axis . In addition, the drive 10 together provide vertical movement of the working body 3, its rotation around the longitudinal axis along with the frame 2, as well as its movement in the transverse direction. The hinges 7 allow translational movement of the working body 3 in the plane of the base along the longitudinal axis. The drive 10 individually rotates the working body 3 around the transverse axis. A tool or a workpiece can be fixed to a working body. The spatial mechanism of the parallel structure provides the working body with five degrees of mobility.

Claims

The spatial mechanism of a parallel structure with five degrees of freedom, containing a base, a guide frame interconnected by kinematic chains and an output link with a working body mounted on it, characterized in that the guide is made in the form of a rigidly fixed base on the corners of a rectangular frame, on two parallel sides which has movable kinematic pairs, and the output link is a rectangular frame with two sides located parallel to the respective sides a guide with kinematic pairs, two pairs of rotational kinematic pairs, and which are connected to these moving pairs by two kinematic chains, each of which includes two pairs of parallel rigid links, interfaced on one side with each other and with the output link frame using swivel joints and, on the other hand, by means of a double swivel hinge mounted on the movable hinge of the guide frame, and the working body is fixed on the middle axis of the frame of the output link connected to the rotational E drives arranged on the two sides of the frame between the pivot joints.