ДВУХКООРДИНАТНАЯ ПОВОРОТНАЯ ПЛАТФОРМА

Полезная модель относится к области программно управляемых приводов и может быть использовано в следящих системах, прецизионном станочном оборудовании, в роботизированных комплексах, лидарных станциях, высокоточных системах управления оружием и т.д.
В основе двухкоординатных поворотных платформ лежит механизм с параллельной кинематикой, получивший дальнейшее развитие и исследование в работе (Крайнев А.Ф. Идеология конструирования. М.: Машиностроение-1, 2003. 256 с., стр.81, рис.4.2-4.3) - [1]. Так в (Stewart D. A platform with six degrees of freedom // Proc. Inst. Mech. Eng. 1965/1966. Vol.180, pt 1, N15/P. 371-386) - [2] показаны варианты конструктивных исполнений, которые реализуют принцип работы двухкоординатной поворотной платформы, вариант описания кинематики, вариант расчета динамики. Недостатком указанных механизмов является достаточно сложная конструкция.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели и принят в качестве прототипа поворотный механизм используемый в антенном устройстве, описанном в (патент RU №2173921, H01Q 1/18, дата приоритета 09.11.1995, дата публикации - 20.09.2001)) - [3]. Поворотный механизм, содержащий неподвижное основание и подвижную платформу, связанную с неподвижным основанием с возможностью изменения пространственного положения относительно неподвижного основания, крепится на палубе судна и представляет собой трехосную конструкцию карданова подвеса, каждая из осей которого снабжена двигателем и датчиком угла поворота оси включающим в себя балансир, причем двигатели и датчики всех трех осей подключены к системе автоматического управления антенного устройства. Изменение положения подвижной платформы осуществляется за счет движения, по меньшей мере, одного из двигателей, который через соответствующую ось изменяет положение антенны. Наличие балансира утяжеляет конструкцию поворотного механизма, кроме того, для отслеживания перемещений платформы требуется три датчика, работающих одновременно.
Как следствие из вышесказанного, поворотный механизм требует значительных энергозатрат на каждое перемещение и контроль текущего положения, а так же уменьшается точность позиционирования.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является упрощение конструкции за счет уменьшения количества связей между неподвижной опорой и подвижной платформой, а также увеличение жесткости за счет установки пары винт-гайка для преобразования вращения по трем осям в линейное перемещение. В результате решения поставленной задачи значительно повысится точность позиционирования.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что в двухкоординатную поворотную платформу, содержащую неподвижное основание, подвижную платформу, связанную с неподвижным основанием с возможностью изменения пространственного положения поворотной платформы относительно неподвижного основания, и карданный подвес, введены две шариковинтовые пары, каждая из которых состоит из винта и параллельно расположенной цилиндрической направляющей, при этом каждая шариковинтовая пара снабжена приводом вращения винта винтовой пары, расположенным в нижней части цилиндрической направляющей и подвижной кареткой, при этом подвижная каретка шариковинтовой пары и нижняя часть цилиндрической направляющей связана через карданный подвес с неподвижным основанием, а верхняя часть цилиндрической направляющей связана с подвижной платформой через шаровую опору. Исходя из конструктивных особенностей заявляемой поворотной платформы достигнуто уменьшение количества связей между шаровой опорой и подвижной платформой, а также за счет установки пары винт-гайка достигнуто увеличение жесткости, вследствие увеличения жесткости достигнуто повышение точности позиционирования.
Сущность заявляемой полезной модели и возможность ее реализации поясняются представленной на фигуре кинематической схемой.
Двухкоординатная поворотная платформа содержит неподвижное основание 0 и подвижную платформу 1, которая находится в карданном подвесе, образованном кинематически связанной с платформой осью 2 и направляющими 3. Направляющие 3 кинематически связаны со второй осью 4, которая, в свою очередь, вращается в направляющих 5 и 6. С подвижной платформой 1 связаны два механизма линейного перемещения, каждый из которых снабжен двигателями 7 и 8, вращающимися в подшипниках 9, 10, 11 и 12 соответственно, ходовыми винтами 13 и 14. С ходовыми винтами 13 и 14 посредством направляющих 15 и 16 связаны оси 17 и 18. Оси 17 и 18 вращаются в направляющих 19 и 20, которые кинематически связаны с осями 21 и 22, вращающимися в направляющих 23 и 24. Также с осями 17 и 18 кинематически связаны направляющие 25 и 26, в которых перемещаются связанные с подшипниками 9, 10, 11, 12 и двигателями 7, 8 штанги 27 и 28. Механизмы линейного перемещения связаны с подвижной платформой 1 посредством шаровых опор, состоящих из связанных со штангами 27 и 28 шаровых поверхностей 29 и 30 и связанных с подвижной платформой 1 посредством сферических направляющих 31 и 32.
В качестве двигателей 7 и 8 может быть использован любой электронный программно управляемый привод, например, шаговый.
В качестве шаровых опор 29, 30, 31 и 32 могут быть использованы угловые либо прямые опоры, а также шаровые подшипники, устанавливаемые в поворотную платформу.
Заявляемая двухкоординатная поворотная платформа работает следующим образом.
В основу работы двухкоординатной поворотной платформы положен принцип стола Стьюарта и заключается в управляемом изменении расстояния между карданным подвесом, включающим в себя, оси 17 и 18 вращающихся в направляющих 19 и 20, которые кинематически связаны с осями 21 и 22, вращающимися в направляющих 23 и 24, и шаровой опоры, включающей в себя шаровые поверхностей 29 и 30 и сферические направляющие 31 и 32, за счет вращения ходового винта 11 и 12. Это позволяет осуществлять передвижение объектов, прикрепленных к подвижной платформе, посредством всевозможных креплений. Передвижение объектов происходит по прямой в плоскости OXY (фиг.), так же подвижная платформа 1 способна совершать повороты вдоль осей OY и OZ.
Таким образом, при меньшем количестве связей между неподвижным основанием и подвижной платформой обеспечивается две степени свободы подвижной платформы относительно неподвижного основания, а использование пары винт-гайка для преобразования вращения в линейное перемещение увеличивает жесткость.
Рассмотренное показывает, что заявляемая полезная модель осуществима и дает технический результат, заключающийся в упрощении конструкции и увеличении жесткости, вследствие чего повышается точность позиционирования.
Источники информации
1. Крайнев А.Ф. Идеология конструирования. М.: Машиностроение-1, 2003.256 с.
2. Stewart D. A platform with six degrees of freedom // Proc. Inst. Mech. Eng. 1965/1966. Vol.180, pt 1, N15/P. 371-386
3. Патент RU №2173921, H01Q 1/18, дата приоритета 09.11.1995, дата публикации 20.09.2001.
4. Альван Х.М., Слоущ А.В. Декомпозиция задачи силового анализа многоподвижного механизма параллельной структуры. // Теория механизмов и машин, №1, 2005 г.
5. Ивахненко Д.Н., Серков Н.А., Вайнштейн И.В., Сироткин P.O. Экспериментальное исследование статической жесткости 5-ти координатного фрезерного станка с параллельной кинематикой. // Проблемы машиностроения и надежности машин, 2007 г., №5, с.102-109.