Шагающий транспортный механизм для перемещения по произвольно-ориентированным в пространстве поверхностям

Область техники
Полезная модель относится к машиностроению и может использоваться при проведении различных инспекционных и технологических работ, во время которых требуется совершать перемещения по вертикальным и наклонным поверхностям, в том числе, расположенных по отношению друг к другу под различными углами.
Уровень техники
Из полезной модели RU 32080 U1 (опубл. 10.09.2003 Бюл. №25) известен шагающий транспортный механизм, содержащий несколько размещенных в одной плоскости звеньев, соединенных между собой с помощью узлов поворота с осями вращения, перпендикулярными этой плоскости.
Известен шагающий транспортный механизм, содержащий две голени и два бедра, связанных между собой поворотными узлами, при этом голени соединены с захватами с помощью шарниров, и оси вращения поворотных узлов бедро-бедро параллельны опорной поверхности, а бедро-голень перпендикулярны опорной поверхности (патент RU 2092367 С1).
Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности является шагающий транспортный механизм, известный из описания к патенту RU 2033365 С1. Известный механизм содержит несколько отдельных звеньев, сочлененных между собой поворотными узлами. При этом концевые звенья жестко связаны с опорами, выполненными в виде вакуумных захватов.
Недостатком всех указанных механизмов, в том числе ближайшего аналога, является необходимость в выполнении многочисленных маневров по параллельной ориентации опоры относительно плоскости при движении в режиме «переход с одной поверхности на другую». Кроме того, использование только шарниров вращения в указанных конструкциях, требует обеспечения их согласованной работы при выполнении каждого шага, что вызывает необходимость применения сложной системы управления с развитой сенсорной подсистемой.
Задача полезной модели - преодоление недостатков ближайшего аналога, а именно упрощение алгоритма перехода с одной поверхности на другую, в том числе имеющих разную пространственную ориентацию.
Раскрытие полезной модели
Заявляемая полезная модель направлена на повышение маневренности и упрощение алгоритма перехода с одной поверхности на другую.
Техническим результатом является упрощение алгоритма перемещения в режимах «движение по плоскостям», в том числе имеющих разную пространственную ориентацию и «переход с одной поверхности на другую». В последнем случае упрощается реализация поступательного перемещения опоры, что позволяет создавать достаточное усилие прижима в случае использования вакуумных захватных устройств.
Технический результат достигается тем, что шагающий транспортный механизм содержит три звена, размещенных в одной плоскости: центральное звено с механизмом линейного перемещения, позволяющего изменять его длину и два боковых звена, снабженных опорами со средствами их фиксации относительно поверхности перемещения, при этом одно из боковых звеньев связано с центральным двумя узлами поворота, ось одного из которых параллельна плоскости звеньев, а ось другого перпендикулярна ей. Другое боковое звено связано с центральным тремя узлами поворота, что обеспечивает его вращение в трех взаимно-перпендикулярных плоскостях.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются:
снабжение опор узлами поворота, обеспечивающих их поворот перпендикулярно собственной оси;
наличие механизма удлинения (линейного перемещения) центрального звена.
Осуществление полезной модели
На фиг. 1 представлена схема механизма, позициями обозначены: 1 - центральное звено; 2 - боковое звено (I); 3 - боковое звено (II); 4 - опора бокового звена (I); 5 - опора бокового звена (II); 6 - механизм удлинения центрального звена (узел линейного перемещения); 7 - шарнир вращения (I) вокруг оси X; 8 - шарнир вращения (II) вокруг оси X; 9 - шарнир вращения вокруг оси Y; 10 - шарнир вращения (I) вокруг оси Z; 11 - шарнир вращения (II) вокруг оси Z.
Основой механизма фиксации служит центральное звено 1, с механизмом удлинения (поступательного перемещения) 6, выбранном из числа известных, например с использованием передачи типа «винт-гайка». К центральному звену 1 с помощью шарниров вращения 7 и 8 крепятся боковые звенья 2 и 3, на концах которых установлены опоры 4 и 5 соответственно, с механизмом фиксации относительно поверхности перемещения, выбранного из числа известных, это могут быть, например, вакуумные, магнитные или механические захватные устройства. Боковые звенья 2 и 3 и их опоры 4 и 5 связаны между собой шарнирами вращения 10 и 11 соответственно, оси вращения которых находятся в плоскости перпендикулярной плоскостям осей вращения шарниров 7 и 8. Для изменения направления движения механизма используется шарнир вращения 9, расположенный между центральным звеном 1 и шарниром 8 бокового звена 3.
Кроме указанных узлов, шагающий механизм содержит необходимые для его функционирования систему управления, систему датчиков, источники питания, двигатели, передаточные механизмы и т.д., которые выбираются из числа известных.
Устройство функционирует следующим образом. Перед началом движения обе опоры 4 и 5 фиксируются на плоской поверхности (вертикальной, наклонной, горизонтальной). Затем одна из опор расфиксируется и начинает перемещаться. При этом возможны два типа движений:
приставными шагами, за счет работы шарниров вращения 7 и 8, а также механизма поступательного перемещения 6, что показано на фиг. 2;
переворотом, за счет работы или только шарниров вращения 7 и 8, или совместной с ними работы механизма поступательного перемещения 6, с целью изменения длины шага, что показано на фиг. 3.
Изменение направления движения осуществляется с помощью шарнира вращения 9, при фиксации на поверхности одной из опор и положении «над поверхностью» другой, что показано на фиг. 4.
При переходе с поверхности на поверхность, например с горизонтальной на вертикальную, что показано на фиг. 5, за счет вращения шарниров 7 и 8 происходит фиксация одной из опор на вертикальной поверхности (стадия 1). Затем также за счет вращения шарниров 7 и 8 на вертикальной поверхности фиксируется вторая опора. С помощью механизма поступательного перемещения 6 возможно изменять положение опоры на поверхности, создавать дополнительное усилие прижима в случае использования вакуумных захватов, обеспечивать плоскопараллельное движение опоры.
Обеспечение движения механизма по плоскостям, расположенным под некоторым углом друг к другу, осуществляется за счет вращения шарниров 10 и 11 соответственно, что показано на фиг. 6.