ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ С КРУГОВОЙ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ

Полезная модель относится к механизмам, применяемым в технике для получения заданного движения ведомого звена.
Известен дельта-робот [Clavel R. Device for the movement and positioning of an element in space, US Patent No. 4976582, Dec. 11, 1990], имеющий пространственную параллельную структуру и состоящий из трех рычагов, прикрепленных с помощью шарниров к основанию. В параллельных цепях механизма используются параллелограммы, позволяющие сохранять пространственную ориентацию выходного звена. Недостатком такого устройства является невозможность воспринимать выходным звеном большие нагрузки ввиду исполнения параллельных цепей в виде параллелограммов, а также ограниченное число степеней свободы выходного звена, равное четырем (линейные смещения вдоль каждой из трех осей координат и поворот вокруг оси, перпендикулярной основанию).
Наиболее близким к предлагаемому устройству является ротопод [Coulombe J., Bonev I.A. A New Rotary Hexapod for Micropositioning. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) Karlsruhe, Germany. 2013, pp. 877-880, стр. 877, Fig. 2], содержащий основание, выполненное в виде круговой направляющей, выходное звено, шесть кинематических цепей, включающих каждая подвижную каретку, установленную на круговой направляющей, начальную сферическую кинематическую пару, сопряженную с кареткой, промежуточное звено, выполненное в виде стержня, и конечную сферическую кинематическую пару, сопряженную с выходным звеном.
Данный механизм принимается за прототип предлагаемого устройства. Недостаток прототипа заключается в невозможности полного контроля движений платформы при использовании менее шести приводов.
Целью полезной модели является создание такого механизма параллельной структуры, в котором движение платформы могло бы контролироваться единственным ведущим звеном.
Поставленная цель достается тем, что в предлагаемом пространственном механизме, содержащее основание, выполненное в виде круговой направляющей, и на которой установлены шесть подвижных кареток, соединенные с выходным звеном посредством шести кинематических цепей, в каждой из которой имеется промежуточное звено в виде стержня, спряженное с обоих сторон посредством двух сферических кинематических пар с кареткой и выходным звеном. Кроме того, две противоположно расположенные каретки соединены между собой центральным звеном балочного типа, имеющее установленную в центре круговой направляющей шарнирную опору с возможностью выполнения и передачи управляемого движения к этим кареткам, каждая из которых в свою очередь дополнительно соединена со смежными расположенными от нее на кольцевой направляющей каретками с помощью трехзвенных механизмов, каждый из которых состоит из двух шарнирно соединенных с каретками рычагов и промежуточного коромысла, в середине которого установлена осевая шарнирная опора, причем все вращательные пары шарниров имеют вертикальное положение осей.
На фиг. 1 показан одноподвижный плоский рычажный механизм;
На фиг. 2 показан пространственный механизм с круговой направляющей.
Пространственный механизм с круговой направляющей, содержит основание 1, выполненное в виде круговой направляющей, выходное звено 2, шесть кинематических цепей, включающих каждая подвижную каретку 3, установленную на круговой направляющей 1, начальную сферическую кинематическую пару 4, сопряженную с кареткой 3, промежуточное звено 5, выполненное в виде стержня и конечную сферическую кинематическую пару 6, сопряженную с выходным звеном 2, кроме того, механизм снабжен центральным звеном 7, сопряженным с основанием 1 с помощью расположенной в центре круговой направляющей 1 центральной вращательной расположенной в центре круговой направляющей 1 центральной вращательной кинематической парой опоры 8 и жестко связанным с двумя противоположно расположенными каретками 3, на которых установлены начальные вращательные кинематические пары 9, сопряженные с рычагами 10, которые в свою очередь сопряжены посредством промежуточных вращательных кинематических пар 11 с коромыслами 12, установленными на основании 1 посредством шарнирной опоры 13. Коромысла 12 сопряжены посредством вращательных кинематических пар 14 с рычагами 15, сопряженными посредством вращательных кинематических пар 16 с соответствующими каретками 3, причем все вращательные кинематические пары 8, 9, 11, 13, 14 и 16 расположены с вертикальными осями.
Пространственный механизм с круговой направляющей работает следующим образом: относительно основания 1, выполненного в виде круговой направляющей, выходное звено 2, перемещается под действием шести кинематических цепей, при этом каждая подвижная каретка 3, установленная на круговой направляющей 1, передает движение на сферическую кинематическую пару 4, сопряженную с кареткой 3, далее движением передается на промежуточное звено 5, выполненное в виде стержня, и затем на конечную сферическую кинематическую пару 6, сопряженную с выходным звеном 2. Начальное движение каретки приводятся центральным звеном 7, сопряженным с основанием 1. причем центральное звено имеет возможность совершать качательные движения относительно круговой направляющей 1 вокруг оси центральной вращательной кинематической пары 8, при которых движение передается двум жестко связанным с центральным звеном противоположно расположенным кареткам 3, а дополнительные усилия передаются через вращательные кинематические пары 9 сопряженным с ними рычагам 10 и далее через промежуточные вращательные кинематические пары 11 на коромысла 12, которые также совершают колебательные движения относительно основания 1 вращаясь вокруг осей неподвижных вращательных кинематических пар шарнирных опор 13, затем движение передается с помощью рычагов 15 и посредством вращательных кинематических пар 16 соответствующим смежным кареткам 3. Все вращательные кинематические пары 8, 9, 11, 13, 14, 16 расположены с вертикальными осями и таким образом они образуют плоский механизм основания.
Применение такого механизма целесообразно для задания пространственной ориентации и перемещения объектов, а также для выполнения операций, требующих движение по заданной траектории. Предлагаемый механизм может быть использован в качестве основания для создания медицинского оборудования, например, применяться в конструкциях манипуляционных операционных столов для наклонов и перемещений пациентов в процессе хирургических процедур.