ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам роботов параллельной структуры.
Известен пространственный механизм, содержащий основание, выходное звено, установленное на ориентирующем узле и выполненное с возможностью размещения на нем рабочего инструмента, и три соединительные кинематические цепи, связывающие основание с ориентирующим узлом, каждая из которых включает в себя линейный привод, на оси которого установлен вращательный двигатель.
(Патент РФ №125118, B25J 1/00, 2012 г.)
Принятый в качестве прототипа пространственный механизм, включает основание, выходное звено, три соединительные кинематические цепи, каждая из которых содержит последовательно установленные с параллельными осями приводы вращательного и поступательного движения, связанные с выходным звеном механизма посредством двух последовательно установленных зубчатых передач с передаточным отношением, равным единице, начальное колесо первой зубчатой передачи соединено с приводом вращательного движения соответствующей цепи, конечное колесо первой зубчатой передачи совмещено с начальным колесом второй зубчатой передачи, конечное колесо второй зубчатой передачи соединено с промежуточным звеном, ось которого параллельна осям соответствующих приводов, причем оси всех трех промежуточных звеньев пересекаются в одной точке выходного звена.
Недостатком данного устройства является наличие трех позиционирующих кинематических цепей с большими габаритами. Кроме того, имеет место три ориентирующие кинематические цепи, содержащие дуги с прорезями, что способствует наличию перекосов и заклиниваний.
Цель полезной модели - устранение отмеченных недостатков и повышение технической и эксплуатационной эффективности механизмов манипулирования в пространстве.
Поставленная цель достигается тем, что пространственный механизм, содержащий основание, выходное звено, установленное на ориентирующем узле и выполненное с возможностью размещения на нем рабочего инструмента, и три соединительные кинематические цепи, связывающие основание с ориентирующим узлом, каждая из которых включает в себя линейный привод, на оси которого установлен вращательный двигатель, причем каждая из упомянутых кинематических цепей снабжена двухзвенным карданным валом, каждый из которых включает в себя пару карданных шарниров, соединяющих между собой звенья соответствующего карданного вала, при этом входные звенья карданных валов связаны с соответствующими вращательными двигателями, а их выходные звенья (хвостовики) объединены между собой посредством жесткой пластины через шарниры свободного вращения с возможностью вращения этих звеньев карданных валов относительно пластины, причем выходные звенья двух первых карданных валов связаны с двумя ведущими зубчатыми колесами передаточного механизма, выполненного по схеме трехступенчатой передачи вращательного движения и в котором выходные шестерни кинематически связаны с упомянутым ориентирующим узлом, который выполнен в виде сопряженных между собой под 90° трех конических шестерен, одна из которых закреплена на хвостовике карданного вала третьей кинематической цепи, а две другие конические шестерни сопряжены с выходными шестернями передаточного механизма первых двух кинематических цепей, при этом упомянутое выходное звено закреплено на первой конической шестерне.
Кроме того, в предложенном устройстве передаточный механизм выполнен с трехрядным расположением взаимосвязанных между собой зубчатых колес, где в первом ряду механизма расположены ведущие колеса первых двух кинематических цепей, сопряженных с общим зубчатым колесом, которое установлено в среднем ряду на оси вращения, совмещенной с осью карданного вала третьей кинематической цепи, а в третьем ряду размещены выходные шестерни, сопряженные с соответствующими коническими шестернями ориентирующего узла.
Принципиальная схема предлагаемого механизма представлена на фиг. 1.
Пространственный механизм содержит основание (1), выходное звено (2) и три соединительные кинематические цепи, включающие каждая линейный привод (3), на оси которого установлен вращательный двигатель (4), при этом в двух соединительных кинематических цепях вращательные двигатели (4) связаны с выходным звеном (2) посредством двухзвенного карданного вала (5) и зубчатой передачи с выходом на ориентирующий узел, на котором установлено выходное звено (2), а третий вращательный двигатель (4) соединен также с ориентирующим узлом с помощью двухзвенного карданного вала (5), при этом звенья всех трех карданных валов соединены между собой посредством пары карданных шарниров (6), а их первые части объединены между собой жесткой пластиной (7) с обеспечением вращения за счет установленных шарниров свободного вращения (8) этих частей карданных валов относительно пластины (7), при этом на выходе два первых карданных вала (5) связаны с двумя ведущими зубчатыми колесами (9) передаточного механизма, выполненного по схеме трехступенчатой передачи вращательного движения, в котором выходные шестерни (10) имеют кинематическую связь с ориентирующим узлом выходного звена (2), представляющий собой сопряженные между собой под углом 90° три конические шестерни, при этом одна коническая шестерня (11) закреплена на хвостовике (12) карданного вала третьей кинематической цепи, а две другие конические шестерни (13) сопряжены с выходными шестернями (10) передаточного механизма первых двух кинематических цепей, причем на первой конической шестерне (11) закреплено выходное звено (2) с рабочим инструментом. Передаточный механизм выполнен с трехрядным расположением взаимосвязанных между собой зубчатых колес, где в первом ряду механизма расположены ведущие колеса (9) двух первых кинематических цепей, сопряженных с общим зубчатым колесом (14), установленное в среднем ряду с осью вращения, совмещенной с осью карданного вала (5) третьей кинематической цепи, а в третьем ряду размещены выходные шестерни (10), сопряженные с соответствующими коническими шестернями (13) ориентирующего узла полезной модели в динамике.
Устройство - пространственный механизм работает следующим образом. Относительно основания (1) выходное звено (2) перемещается по шести координатам посредством трех соединительных кинематических цепей, установленные с параллельными осями привод поступательного движения (3) и привод вращательного движения (4) первых двух кинематических цепей передают движение на ведущие колеса (9) передаточного механизма, а затем конечным колесам (10) этого передаточного механизма, совмещенными с коническими зубчатыми колесами (13) ориентирующего узла, далее движение передается выходному коническому зубчатому колесу (11). Вращение ориентирующего узла вокруг оси последнего звена карданного вала (5) третей кинематической цепи обеспечивается приводом вращательного движения (4) третей кинематической цепи.