МАНИПУЛЯТОР С ПЯТЬЮ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам роботов.
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 основанием 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.
К его недостаткам можно отнести наличие в двух кинематических цепях поступательных кинематических пар, склонных к перегибам и заклиниваниям, а также ограничены возможности перемещения выходного звена по вертикали.
Цель полезной модели - устранение отмеченных недостатков и повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования.
Поставленная цель достигается тем, что манипулятор параллельной структуры, имеющий пять степеней свободы, содержит основание, выходное звено, подвижную платформу, установленную на платформе каретку продольного перемещения с закрепленным на ней приводом выходного звена, а также кинематические цепи, связывающие основание с кареткой. Платформа и каретка выполнены прямоугольной формы из полых труб и сочлены между собой с взаимно перпендикулярным расположением длинных сторон, при этом элементы труб коротких сторон платформы и длинных сторон каретки выполнены разрезными и соединены с помощью телескопических муфт с возможностью изменения ширины платформы и длины каретки. Кроме того, платформа соединена с основанием посредством установленных попарно на длинных сторонах платформы четырех кинематических цепей, каждая из которых содержит жестко установленный на основании вращательный привод и два шарнирно соединенных между собой передаточных звена, первое из них закреплено на оси привода, а второе шарнирно сопряжено с длинной стороной платформы, причем оси вращения приводов и поворота шарнирных соединений кинематических цепей параллельны направлению длинных сторон платформы, Каретка установлена на платформе с возможностью движения вдоль платформы и вращения вокруг собственной оси с помощью комбинированного двигателя и двух скользящих шарниров, расположенных на противоположных длинных сторонах платформы соответственно, при этом соединение каретки с комбинированным двигателем осуществлено посредством центральной оси, а с поворотными шарнирами - двумя перемычками.
Устройство - пространственный механизм с пятью степенями свободы представлено на Фиг. 1.
Предложенный манипулятор с пятью степенями свободы содержит основание 1, выходное звено 2, подвижную платформу 3, связанную с основанием четырьмя приводами 4, установленную на платформе каретку продольного перемещения 5 с закрепленным на ней приводом 6 выходного звена 2. Платформа 3 и каретка 5 выполнены прямоугольной формы из полых труб и сопряжены между собой с взаимно перпендикулярным расположением длинных сторон, при этом элементы труб коротких сторон платформы и длинных сторон каретки выполнены разрезными и соединены с помощью телескопических муфт 7 с возможностью изменения ширины платформы и длины каретки. Кроме того, платформа 3 соединена с основанием 1 посредством установленных попарно на длинных сторонах платформы четырех кинематических цепей, каждая из которых содержит два шарнирно сопряженные между собой передаточных звена 8 и 9, первый из них закреплен на оси привода 4, а второй шарнирно сопряжен с длинной стороной платформы 3, причем оси поворота приводов 4 и шарнирных соединений кинематических пар 8 и 9 параллельны направлению длинных сторон платформы, Установленная на платформе каретка 5 с возможностью движения вдоль платформы и вращения вокруг собственной оси с помощью комбинированного двигателя 10 и двух скользящих шарниров 11, расположенных на противоположных длинных сторонах платформы 3, при этом соединение каретки 5 с комбинированным двигателем 10 осуществлено посредством центральной оси 12, а с поворотными шарнирами 11 - двумя перемычками 13.
Манипулятор на основе механизма с пятью степенями свободы работает следующим образом.
Рабочая зона выходного звена манипулятора располагается между кинематически связанным выходным звеном 2 и основанием 1 посредством приводов 4. Совместное действие всех четырех приводов позволяет перемещать в пространстве подвижную платформу 3. Перемещение одного или части приводов или их противоположное перемещение приводит к наклону или повороту платформы 3 относительно продольной оси. Кроме того, совместное действие приводов 4 приводит наряду с поворотом платформы 3 к ее перемещению в поперечном направлении. На подвижной платформе 3 расположена подвижная продольная каретка 5, перемещение которой производится размещенным на платформе приводом поступательного перемещения 10, связанный с выходным звеном 2, на котором может быть закреплен инструмент или обрабатываемая деталь (на фиг. 1 не показаны).
Таким образом, приводы 4 совместно обеспечивают вертикальное перемещение выходного звена 6, его поворот вокруг продольно оси вместе с подвижной платформой 3, а также его перемещение в поперечном направлении.
Привод 10 и поступательные кинематические пары 8 позволяют осуществить поступательное перемещение выходного звена 2 в плоскости подвижной платформы 3 вдоль продольной оси, также привод 10 поворачивает выходное звено 2 вокруг поперечной оси. На выходном звене 2 может быть закреплен инструмент или обрабатываемая деталь. Манипулятор обеспечивает выходному звену пять степеней подвижности.