ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам роботов с шестью степенями свободы с рабочей зоной, отделенной от зоны расположения приводов.
Известен пространственный механизм с шестью степеням свободы (Патент РФ 1467057, МПК 16Н 21/02, 2012 г. на изобретение «Пространственный механизм с шестью степенями свободы»), содержащий основание, конечное звено, три кинематические цепи, каждая из которых содержит стержень, сопряженный с выходным звеном сферическим шарниром и связанный с основанием сферическим шарниром с отверстием, выполненным с возможностью поступательного перемещения стержня относительно основания, два линейных привода, неподвижные части которых установлены на основании, причем приводы и выходное звено расположены по разные стороны от основания, каждый линейный привод снабжен промежуточным звеном, один конец которого соединен сферическим шарниром с подвижной частью линейного привода, а другой шарнирно связан с соответствующим стержнем, в котором каждое промежуточное звено связано со стержнем посредством карданного шарнира, выполненного в виде имеющих ось и втулки входной и выходной вращательных кинематических пар с пересекающимися под прямым углом осями, где осью выходной втулки является сам стержень, а промежуточное звено соединено с втулками входной вращательной пары.
Недостатком данного устройства является то, что карданные шарниры, связывающие промежуточные звенья со стержнем, разнесены по длине стержня, что усложняет управление манипулятором.
За прототип принят наиболее близкий по технической сущности пространственный механизм с шестью степенями свободы Патент РФ 146849, МПК 16Н 21/02, 2014 г.на изобретение «Манипулятор параллельной структуры с шестью степенями свободы»), содержащий основание, конечное звено, три кинематические цепи, каждая из которых содержит стержень, связанный с конечным звеном посредством сферического шарнира и сопряженный с основанием посредством сферического шарнира с отверстием, выполненным с возможностью поступательного перемещения стержня относительно основания, два линейных привода, содержащие закрепленный на основании неподвижный винт и подвижную часть-двигатель с приводной гайкой, причем приводы и конечное звено расположены по разные стороны от основания каждый линейный привод снабжен промежуточным звеном один конец которого связан с подвижной частью привода посредством карданного шарнира в котором, осью и втулкой входной вращательной пары являются неподвижный винт линейного привода и приводная гайка, а ось выходной вращательной пары закреплена на подвижной части привода, второй конец промежуточного звена связан со стержнем посредством трех последовательно установленных вращательных пар, осью первой пары является промежуточное звено, а осью третьей пары является стержень, причем оси вторых кинематических пар и промежуточных звеньев, относящихся к одному стержню, пересекаются в одной точке, а оси вторых кинематических пар перпендикулярны стержню.
К недостаткам такого механизма можно отнести ограниченную жесткость устройства, связанную с тремя кинематическими цепями, что снижает его нагрузочную способность. Недостаточная жесткость устройства также может привести к увеличению вибрации выходного звена и, соответственно, закрепленного на нем инструмента или детали.
Технический результат - устранение отмеченных недостатков и повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования в пространстве по шести координатам с рабочей зоной конечного звена, отделенной от зоны расположения приводов.
Поставленная задача достигается тем, что в пространственном механизме, содержащем основание, конечное звено, кинематические цепи, каждая из которых содержит стержень, связанный с конечным звеном посредством сферического шарнира и сопряженный с основанием посредством сферического шарнира с отверстием, выполненным с возможностью поступательного перемещения стержня относительно основания, шесть линейных приводов, содержащих закрепленный на основании неподвижный винт и подвижную часть - двигатель с приводной гайкой, причем приводы и конечное звено расположены по разные стороны от основания, каждый линейный привод снабжен промежуточным звеном один конец которого связан с приводом посредством карданного шарнира, в котором входная вращательная пара образована неподвижным винтом и подвижной частью линейного привода, а ось выходной вращательной пары закреплена на подвижной части привода перпендикулярно его винту, второй конец промежуточного звена связан со стержнем посредством трех последовательно установленных вращательных пар, осью первой пары является промежуточное звено, а осью третьей пары является стержень, причем оси вторых кинематических пар и промежуточных звеньев, относящихся к одному стержню, пересекаются в одной точке, а оси вторых кинематических пар перпендикулярны стержню, стержень каждой из шести кинематических цепей связан с одним линейным приводом.
В частном случае стержень одной из пяти кинематических цепей связан с двумя линейными приводами или в двух из четырех кинематических цепей связаны с двумя линейными приводами.
На фиг. 1 представлена схема пространственного механизма
Пространственный механизм (Фиг. 1) состоит из основания 1, конечного звена 2, шести кинематических цепей, каждая из которых включает стержень 3, связанный с конечным звеном 2 посредством
сферического шарнира 4 и сопряженный с основанием 1 посредством сферического шарнира 5 с отверстием, выполненным с возможностью поступательного перемещения в нем стержня 3. Два линейных привода, неподвижные части - винты 6, жестко закреплены на основании 1, а подвижные части 7, включающие двигатель и приводную гайку 8, связаны с одним концом промежуточного звена 9 посредством карданного шарнира, выполненного в виде имеющих ось и втулки входной и выходной вращательных кинематических пар с пересекающимися под прямым углом осями, где винт 6 играет роль оси, а приводная гайка 8 - втулки входной вращательной пары. Ось 10 выходной вращательной пары закреплена на подвижной части 7 привода перпендикулярно винту 6, один конец промежуточного звена 9 соединен с втулками 11 выходной вращательной пары, второй конец промежуточного звена связан со стержнем посредством трех последовательно установленных вращательных пар 12, 13, 14 и дополнительного звена 15, где осью первой кинематической пары 12 является промежуточное звено 9, втулки первой 12 и второй 13 кинематических пар связаны дополнительным звеном 15, осью третьей пары 14 является сам стержень 3, причем ось второй кинематической пары 13 перпендикулярна стержню 3, а оси кинематических пар и промежуточных звеньев, относящихся к одному стержню, пересекаются в одной точке. Такая последовательность кинематических пар аналогична карданному шарниру.
Пространственный механизм работает следующим образом.
Перемещение конечного звена 2 относительно основания 1, осуществляется посредством шести кинематических цепей, при этом каждый поступательный привод передает движение со своей подвижной части 7, содержащей двигатель, через приводную гайку 8 и карданный шарнир, выполненный в виде имеющих ось и втулки входной и выходной вращательных кинематических пар с пересекающимися под прямым углом осями, где осью и втулкой входной вращательной пары являются
неподвижный винт линейного привода 6 и приводная гайка 8, сопряженная с подвижной частью привода 7. Затем через ось 10 выходной вращательной пары, которая закреплена на подвижной части 7 привода- на соответствующее промежуточное звено 9 и затем через вращательные пары 12, 13, 14 и дополнительное звено 15 на стержень 3, передающий движение на конечное звено 2 посредством сферического шарнира 4. Поскольку приводы расположены на основании 1 по другую сторону относительно конечного звена 2, то каждый стержень 3 перемещается относительно основания 1 с помощью сферического шарнира 5, выполненного с возможностью поступательного перемещения стержня 3. Механизм обеспечивает конечному звену 2 шесть степеней свободы.