ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ МАНИПУЛЯТОРА

Полезная модель относится к робототехнике и может быть использована в роботизированных комплексах для проведения монтажных, буровзрывных, очистных и строительных работ при работе в опасных для человека условиях: ядерные и химические полигоны, жерла вулканов, объекты в космосе.
Для повышения точности позиционирования рабочего инструмента, связанного со схватом манипулятора, в состав манипулятора вводятся механизмы параллельной структуры, чаще всего дельта механизмы и триподы (см., например, Bonev, I., Delta Parallel Robot - the Story of Success. Online article available at http://www.parallemic.org/Reviews/Review002.html 2001 г; Патент РФ на изобретение №95116560 «Аварийно-спасательная машина» и другие).
При работе в стесненных условиях проблематично использование дельта механизмов из-за больших поперечных габаритных размеров.
В качестве прототипа выбран манипулятор параллельно-последовательной структуры на базе трипода и на подвижной основе (см. Несмиянов И.А. Особенности структурного исследования манипуляторов параллельно-последовательной структуры. Современное машиностроение. Наука и образование. 2016. №5. С. 715-722). Манипулятор содержит подвижное горизонтальное основание, шарнирно связанное с ним вертикальное основание с приводом, обеспечивающим его отклонение от вертикали. На вертикальном основании установлен трипод, на рабочей площадке которого закреплен захват.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: подвижное горизонтальное основание, шарнирно связанное, с возможностью отклонения, вертикальное основание имеющее привод, на котором установлен трипод с захватом.
К недостаткам прототипа относится: 1) невозможность размещения и позиционирования рабочего инструмента больших линейных размеров, удерживаемых в схвате манипулятора, например таких как бурильная машина, зарядное устройство барабанного типа; 2) отсутствие возможности поворота всего инструмента относительно оси, перпендикулярной площадке трипода. Например, при проведении буровых работ, необходимо поворачивать инструмент при бурении центральных и оконтуривающих шпуров проходки.
Задачей полезной модели является повышение эффективности за счет расширения возможностей манипулятора при выполнении конкретных работ в автоматическом режиме в особых условиях.
Это достигается тем, что пространственный механизм манипулятора, содержит подвижное горизонтальное основание, шарнирно связанное с вертикальным основанием, с возможностью отклонения его от вертикали и имеющем привод, на котором установлен трипод с захватом. В предложенном решении на рабочей площадке трипода с возможностью вращения относительно ее перпендикулярной оси шарнирно установлено выходное звено, имеющее привод, на свободном конце выходного звена закреплен захват.
В случае выполнения, например буровых работ, необходимо чтобы длина выходного звена была равна не менее половины длины самого длинного рабочего инструмента, размещенного в захвате. Так если, например, шаг проходки, в условиях проведения буровых работ на Луне, установлен 150 см, то длины бурильной машины и зарядного барабана будут около 200 см. В этом случае длина выходного звена должна быть не менее 100 см.
Известно, что к рабочему инструменту высокой сложности подводятся различные кабели (силовые, систем управления и контроля), а значит, произвольное вращение выходного звена на один или несколько оборотов может привести к их повреждению. Для исключения таких ситуаций выходное звено поворачивается в обе стороны на угол не более 180 градусов. При бурении, например, боковых шпуров проходки, бурильную машину, вместе с выходным звеном, необходимо повернуть в обе стороны на угол 90 градусов. А при бурении половых шпуров, бурильная машина должна быть повернута на 180 градусов от исходного положения.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана схема пространственного механизма манипулятора.
Пространственный механизм манипулятора содержит подвижное горизонтальное основание 1, которое шарнирно связано с вертикальным основаним 2 с возможностью его отклонения от вертикали. Вертикальное основание 2 имеет привод 3. На вертикальном основании 2 установлен, например с помощью шарнира, трипод 4. Выходное звено 5 шарнирно установлено на рабочей площадке 6 трипода 4 с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной рабочей площадке 6 трипода. На площадке трипода установлен привод 7, обеспечивающий вращение выходного звена 5. Оптимально длину выходного звена выполнить не менее половины длины рабочего инструмента, размещенного в захвате 8. Захват закреплен, например, болтами на свободном конце выходного звена 5.
Рассмотрим работу устройства на примере выполнения буровых работ. В захвате 8 закрепляется инструмент больших линейных размеров, например бурильная машина (на фигуре не показана). Подвижное горизонтальное основание 1 останавливается возле переднего фронта проходки. При помощи привода 3 поворачивается на необходимый угол вертикальное основание 2. При помощи трипода 4 рабочая площадка 6 выставляется параллельно плоскости переднего фронта проходки. В соответствии с паспортом на буровые работы выполняется бурение всех горизонтальных шпуров центральной части проходки и оконтуривающих шпуров крыши проходки. Отклонив бурильную машину на соответствующий паспорту угол, при помощи привода 3 и приводов трипода 4, бурятся наклонные шпуры центральной части проходки. Рабочая площадка 6 выставляется параллельно плоскости переднего фронта проходки. При помощи привода 7 выходное звено 5 с бурильной машиной, в захвате 8, поворачивается на 90 градусов от исходного положения по часовой стрелке и выполняется бурение оконтуривающих шпуров правого борта выработки. Аналогично бурятся шпуры левого борта выработки. После поворота звена 5 с бурильной машиной на 180 градусов от исходного положения в любую сторону, бурятся половые оконтуривающие шпуры.
Таким образом, предложенное решение обеспечивает возможность использования инструмента больших линейных размеров и поворот инструмента в захвате относительно оси, перпендикулярной площадке трипода, что существенно расширяет возможности использования рабочего инструмента при выполнении конкретных работ в автоматическом режиме в особых условиях. Тем самым повышается эффективность манипулятора.