ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ С ЧЕТЫРЬМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ С ЧАСТИЧНОЙ КИНЕМАТИЧЕСКОЙ РАЗВЯЗКОЙ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам роботов. Робот совершает три поступательные движения и вращение вокруг произвольной вертикальной оси.
Известен пространственный механизм с четырьмя степенями свободы с частичной кинематической развязкой, в котором конечное звено связано с установленными на основании двигателями вращательного перемещения посредством вращательных кинематических пар, цилиндрических шестерен и промежуточных звеньев, образующих шарнирный параллелограмм.
(Arakelyan V., Maurine P., Briot S., Pion E., 2005, "Parallel robot comprising means for setting in motion a mobile element split in two separate subassemblies," Patent No. WO 2006/021629 Al, 02.03.2006)
Вертикальное движение выходного звена осуществляется двигателем поступательного перемещения с передачей движения на звенья шарнирного параллелограмма.
Недостатком данного устройства является отсутствие кинематической развязки между перемещениями в плоскости и поворотом конечного звена относительно вертикальной оси.
Известен, также, пространственный механизм с четырьмя степенями свободы с частичной кинематической развязкой, включающий основание, конечное звено, четыре двигателя, три из которых являются двигателями вращательного перемещения, три кинематические цепи, в одной из которых расположен вертикально установленный двигатель вращательного перемещения, сопряженный с карданным валом, включающим два карданных шарнира, и выходное звено, жестко сопряженное с конечным звеном механизма, во второй и третьей кинематических цепях расположены по одному установленному на основании двигателю вращательного перемещения, сопряженному посредством промежуточного и конечного шарниров с конечным звеном механизма.
(R.Clavel, 1990, "Device for movement and displacing of an element in space," US Patent No. 4,976,582, December 11)
Недостатком данного устройства является то, что в нем перемещения конечного звена в горизонтальной плоскости связано с его вертикальным перемещением и для вертикального движения конечного звена должны быть одновременно задействованы три горизонтально установленные двигателя вращательного перемещения.
Технический результат - устранение отмеченных недостатков и повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования в пространстве по четырем координатам на базе частичной кинематической развязки.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном пространственном механизме с четырьмя степенями свободы с частичной кинематической развязкой, включающем основание, конечное звено, четыре двигателя, три из которых являются двигателями вращательного перемещения, три кинематические цепи, в одной из которых расположен вертикально установленный двигатель вращательного перемещения, сопряженный с карданным валом, включающим два карданных шарнира, и выходное звено, жестко сопряженное с конечным звеном механизма, во второй и третьей кинематических цепях расположены по одному установленному на основании двигателю вращательного перемещения, сопряженному посредством промежуточного и конечного шарниров с конечным звеном механизма, в кинематической цепи, содержащей карданный вал, расположен второй двигатель, выполненный в виде двигателя поступательного перемещения, установленного соосно с двигателем вращательного перемещения, во второй и третьей кинематических цепях двигатели вращательного перемещения установлены вертикально, а конечные шарниры, сопрягающие соответствующие двигатели с конечным звеном механизма, выполнены с возможностью поступательного перемещения и установлены соосно с конечным звеном механизма.
Привод поступательного перемещения обеспечивает соответствующее поступательное перемещения конечного звена, а приводы вращательного движения обеспечивают вращение конечного звена вокруг вертикальной оси и его перемещение в плоскости, параллельной основанию.
На Фиг.1 представлен предложенный пространственный механизм с четырьмя степенями свободы с частичной кинематической развязкой.
Пространственный механизм (Фиг.1) включает основание 1, конечное звено 2, вертикально установленный двигатель вращательного перемещения 3 одной из кинематических цепей, сопряженный с вертикально установленным двигателем поступательного перемещения 4, жестко сопряженным через начальное звено 5 с входным звеном 6 первого карданного шарнира 7. Ось шарниров звена 6 установлена горизонтально. Выходное звено 8 карданного шарнира 7 жестко связано промежуточным звеном 9 с входным звеном 10 второго карданного шарнира 11. Выходное звено 12 карданного шарнира 11 жестко сопряжено с конечным звеном 2 механизма. Ось шарниров звена 12 также установлена горизонтально. Вторая и третья кинематические цепи содержат вертикально установленные на основании 1 двигатели вращательного перемещения 3', 3", сопряженные с соответствующими начальными звеньями 5', 5" которые связаны с конечным звеном 2 посредством двух шарниров -промежуточных 13 и 13', и конечных 14 и 14' и промежуточных звеньев 15 и 15' соответственно. Шарниры 13, 14 и 13', 14', установлены вертикально и параллельно оси соответствующего двигателя, причем конечные шарниры 14 и 14' выполнены с возможностью поступательного перемещения и сопряжены с конечным звеном 2, которое является их общей осью.
Пространственный механизм работает следующим образом.
Относительно основания 1 конечное звено 2 перемещается поступательно вертикально посредством вертикально установленного двигателя поступательного перемещения 4, вращение вокруг вертикальной оси происходит посредством вертикально установленного двигателя вращательного перемещения 3, эти движения передаются через начальное звено 5 на жестко сопряженное с ним входное звено 6 первого карданного шарнира 7, затем движение передается через выходное звено 8, промежуточное звено 9 на входное звено 10 второго карданного шарнира 11, после этого с выходного звена 12 второго карданного шарнира 11 движение передается на жестко сопряженное с его выходным звеном 12 конечное звено 2 механизма, причем цилиндрические шарниры 14 и 14' выполнены вращательно - поступательными и допускают вертикальное перемещение конечного звена 2. Во второй и третьей кинематических цепях двигатели вращательного перемещения 3' и 3", установлены вертикально и передают движение соответствующим начальным звеньям 5' и 5", затем движение передается последовательно на два шарнира соответственно 13, 14 и 13', 14', промежуточные звенья 15 и 15', а затем на конечное звено 2. Поскольку шарниры 14 и 14' имеют общую вертикальную ось и сопряжены с конечным звеном 2, то вращение двигателя 3 передается через карданные шарниры 7 и 11 на конечное звено 2 с передаточным отношением, равным единице. Тем самым осуществлена кинематическая развязка степеней свободы.
Использование данного устройства обеспечивает повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования в пространстве по четырем координатам на базе кинематической развязки.