МАНИПУЛЯТОР

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к манипуляторам для работы через отверстие в перегородке.
th
В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности механизм манипулятора, описанного в G. Ilewicz, J. Wojnarowski Kinematics of Constant Point Mechanism of Cardiosurgical Telemanipulator, 13 World Congress in Mechanism and Mashine Science, Guanajuanto, Mexico, 19-25 June, 2011, pp. 1-4, Fig. 1, содержащий основание, расположенный на нем вращательный двигатель, вал которого связан с подвижной платформой, второй вращательный двигатель, размещенный на платформе, причем оси вращения этих двигателей перпендикулярны и пересекаются, рабочую площадку, связанную со вторым двигателем посредством кинематической цепи, имеющей два сопряженных звена, в которой начало первого звена жестко связано с валом второго вращательного двигателя, а рабочая площадка шарнирно связана с концом второго звена, закрепленное на рабочей площадке выходное звено, рабочий орган, выполненный с возможностью перемещения относительно выходного звена, ось которого пересекается с осью первого вращательного двигателя и сопряженный с поступательным двигателем, закрепленным на рабочей площадке. В этом манипуляторе звенья образуют механизм, аналогичный двойному параллелограмму, важным свойством которого является сохранение постоянства положения точки пересечения оси первого вращательного двигателя и рабочего органа при перемещении звеньев, что обеспечивается передаточными механизмами, выполненными в виде параллелограммов, сохраняющими параллельность оси первого вращательного двигателя со вторым звеном и оси рабочего органа с первым звеном. Это может найти применение при работе через небольшое отверстие в перегородке, расположенное в точке пересечения.
К недостаткам манипулятора можно отнести ограниченную рабочую область параллелограмного передаточного механизма. Кроме того, механизм имеет значительную массу, т.к. образован несколькими массивными звеньями. Также целесообразно обеспечить вращение рабочего инструмента вокруг своей оси.
Цель полезной модели - устранение отмеченных недостатков и повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования.
Поставленная цель достигается тем, что в манипуляторе, содержащем основание, расположенный на нем вращательный двигатель, вал которого связан с подвижной платформой, второй вращательный двигатель, размещенный на платформе, причем оси вращения этих двигателей перпендикулярны и пересекаются, рабочую площадку, связанную со вторым двигателем посредством кинематической цепи, имеющей два сопряженных звена, в которой начало первого звена жестко связано с валом второго вращательного двигателя, а рабочая площадка шарнирно связана с концом второго звена, закрепленное на рабочей площадке выходное звено, рабочий орган, выполненный с возможностью перемещения относительно выходного звена, ось которого пересекается с осью первого вращательного двигателя и сопряженный с поступательным двигателем, закрепленным на рабочей площадке, подвижная платформа дополнительно связана с рабочей площадкой второй кинематической цепью, состоящей из двух последовательно установленных ременных передач, каждая из которых содержит по два шкива, связанных посредством ремня, причем входной шкив первой передачи жестко соединен с подвижной платформой, а выходной шкив первой передачи жестко соединен с началом второго звена первой кинематической цепи, входной шкив второй передачи жестко сопряжен с концом первого звена первой кинематической цепи и имеет общую ось с выходным шкивом первой ременной передачи, а с выходным шкивом второй ременной передачи, шарнирно связанным с концом второго звена первой кинематической цепи, жестко сопряжена рабочая площадка, причем последовательно с поступательным двигателем и рабочим органом соосно с ними установлен вращательный двигатель
В частном случае ременные передачи могут быть выполнены зубчатыми и иметь шкивы равного диаметра.
Устройство манипулятора представлено на Фиг. 1.
Манипулятор состоит из основания 1 с закрепленным на нем первым вращательным двигателем 2. Вал двигателя 2 связан с подвижной платформой 3, на которой размещен второй вращательный двигатель 4. Оси вращения двигателей 2 и 4 перпендикулярны и пересекаются. Подвижная платформа 3 соединяется с рабочей площадкой 5 двумя взаимосвязанными кинематическими цепями. Первая кинематическая цепь образована двумя сопряженными звеньями 6 и 7. Начало первого звена 6 жестко связано с валом второго вращательного двигателя 4, а с концом второго звена 7 связана с возможностью вращения рабочая площадка 5. Вторая кинематическая цепь, связывающая подвижную платформу 3 с рабочей площадкой 5, состоит из двух последовательно установленных ременных передач, каждая из которых содержит по два шкива, связанные посредством ремня. Входной шкив 8 первой передачи жестко соединен с подвижной платформой 3, а выходной шкив 9 первой передачи - с началом второго звена 7. Их связывает ремень 10. Входной шкив 11 второй передачи жестко сопряжен с концом первого звена 6 и имеет общую ось с выходным шкивом 9 первой ременной передачи. С выходным шкивом 12 второй ременной передачи, связанным с возможностью поворота с концом второго звена 7, жестко сопряжена рабочая площадка 5. Шкивы 11 и 12 второй ременной передачи связаны ремнем 13. На рабочей площадке 5 установлен поступательный двигатель 14 и соосно с ним выходное звено 15. На одной оси с поступательным двигателем 14 последовательно установлены вращательный двигатель 16 и рабочий орган 17, имеющий возможность перемещения относительно выходного звена 15. Ось рабочего органа 17 пересекается с осью первого вращательного двигателя 2 в точке А, которая сохраняет свое положение при перемещении звеньев манипулятора.
В частном случае ременные передачи могут быть выполнены зубчатыми и иметь шкивы равного диаметра.
Манипулятор (Фиг. 1) работает следующим образом.
Размещенный на основании 1 первый вращательный двигатель 2 поворачивает подвижную платформу 3 с расположенными на ней узлами манипулятора. Ось поворота совпадает с осью вала двигателя 2 и пересекается с осью второго вращательного двигателя 4, закрепленного на платформе 3. Вал двигателя 4 связан с одним концом первого звена 6 и поворачивает входное звено вокруг своей оси. С подвижной платформой 3 жестко сопряжен входной шкив 8 первой ременной передачи, связанный посредством ремня 10 с выходным шкивом 9 первой ременной передачи. Выходной шкив 9 первой передачи жестко соединен с одним концом второго звена 7.
С концом первого звена 6 жестко связан входной шкив 11 второй ременной передачи. Он имеет общую ось с выходным шкивом 9 первой ременной передачи. Таким образом, шкивы 8 и 9, связанные ремнем 10, формируют первую ременную передачу, обеспечивающую параллельность оси второго звена 7 и оси первого привода 2 при повороте первого звена 6 вторым вращательным двигателем 4. На противоположном от второго двигателя 4 конце первого звена 6 жестко закреплен входной шкив 11 второй ременной передачи. Он имеет общую ось с выходным шкивом 9 первой ременной передачи и образует вторую ременную передачу совместно с ремнем 13 и выходным шкивом 12, закрепленным с возможностью вращения на конце второго звена 7. Вторая ременная передача обеспечивает параллельность первого звена 6 и рабочего инструмента 17, расположенного на жестко связанной с выходным шкивом 12 рабочей площадке 5. При этом оси первого двигателя 2 и рабочего инструмента 17 пересекаются в точке А, которая сохраняет свое положение при повороте подвижной платформы 3 и первого звена 6 двигателями 1 и 4 соответственно. Точка А является неподвижной точкой пересечения плоскости перегородки рабочим органом 17. В этой точке располагается отверстие в перегородке, через которое ведется работа. Поступательное вдоль оси и вращательное перемещение рабочего органа осуществляется последовательно и соосно установленными двигателями поступательного перемещения 14 и вращательного перемещения 16.
В частном случае ременные передачи могут быть выполнены зубчатыми и иметь шкивы равного диаметра.