ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ 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 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.
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.
Цель полезной модели - устранение отмеченных недостатков и повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования.
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.
Устройство - пространственный механизм с пятью степенями свободы представлено на Фиг. 1.
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.
Пространственный механизм на основе механизма с пятью степенями свободы работает следующим образом.
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.