ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ТРЕХОСЕВОЙ МЕХАНИЗМ С ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ И ВРАЩАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ВЫХОДНОГО ЗВЕНА

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к робототехнике, а именно, к пространственным манипуляционным механизмам, обеспечивающим поступательное перемещение рабочего органа по трем взаимно перпендикулярным осям. Установка позволяет осуществлять вращение выходного звена вокруг своей оси.
Технический результат достигается тем, что в известном манипуляторе, содержащем основание, выходное звено, установлены три закрепленных на основании вращательных привода, оси которых имеют ортогональные направления X, У, Z, три кинематические цепи, состоящие каждая из двухзвенной кинематической пары, звенья которой шарнирно соединены между собой и выходным звеном, а также приводом посредством винтовой передачи и подвижной муфты, две двучленные пары, расположенные в горизонтальной и вертикальной плоскостях и соединяющие подвижную муфту с основанием. Новым является то, что манипулятор снабжен дополнительно установленной с помощью стоек на определенной высоте от основания платформой, в центре которой выполнено круговое окно, в нем установлены обечайка и вращающееся зубчатое колесо, сопряженное с шестерней, которая закреплена на валу установленного на платформе вращательного двигателя, при этом зубчатое колесо связано посредством поступательной кинематической пары, обечайки, карданного шарнира, соединенных штангой прямоугольного сечения, с выходным звеном, шарнирно связанным с центром подвижной платформы.
В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности к заявленной полезной модели механизм манипулятора, запатентованного № RU 133045 U1 B25J 1/00 от 04.04.2013 г. авторами Ганиевым Р.Ф., Касиловым В.П., Глазуновым В.А., Левиным С.В., Шалюхиным К.А., содержащего основание, выходное звено, три закрепленных на основании вращательных привода, оси которых имеют ортогональные направления, три кинематические цепи, состоящие каждая из двухзвенной кинематической пары, звенья которой шарнирно соединены между собой и выходным звеном, а также приводом посредством винтовой передачи и подвижной муфты, две двучленные пары, расположенные в горизонтальной и вертикальной плоскостях и соединяющие подвижную муфту с основанием.
Недостатком манипулятора является то, что конструкция механизма не обеспечивает вращательное движение выходного звена вокруг собственной оси, что ограничивает его функциональные возможности и уменьшает область применения.
Целью полезной модели является устранение отмеченных недостатков, обеспечение дополнительной степени свободы механизма - вращение выходного звена вокруг собственной оси.
Поставленная цель достигается за счет того, что предлагается пространственный трехосевой механизм с поступательным и вращательным движением выходного звена, включающий основание, выходное звено, три кинематические цепи, каждая из которых содержит вращательный привод, двухзвенную кинематическую пару, звенья которой шарнирно соединены между собой и с подвижной площадкой выходного звена, а также с вращательным приводом посредством винтовой передачи и подвижной муфты, две двучленные пары, расположенные в горизонтальной и вертикальной плоскостях и соединяющие подвижную муфту с основанием. При этом оси всех вращательных приводов имеют ортогональные направления X, Y, Z, Кроме того, в механизме использована платформа, прикрепленная с помощью стоек к основанию, в центре которой выполнено круговое окно с установленными в нем обечайкой и вращающимся зубчатым колесом, сопряженным с приводной шестерней, закрепленной на валу, соединенном с установленным на платформе вращательным двигателем, при этом зубчатое колесо связано посредством поступательной кинематической пары, обечайки, карданного шарнира, соединенных штангой прямоугольного сечения, с выходным звеном, шарнирно связанным с центром подвижной площадки. Устройство манипулятора представлено на Фиг. 1.
Предлагаемый механизм состоит из основания 1, выходного звена 2, трех кинематических цепей. Каждая кинематическая цепь содержит вращательный привод 3, двухзвенную кинематическую пару, звенья 4,5 которой шарнирно соединены между собой и с подвижной площадкой 6 выходного звена 2, а также приводом 3 посредством винтовой передачи 7 и подвижной муфты 8. В горизонтальной и вертикальной плоскостях расположены две двучленные пары 9, соединяющие подвижную муфту 8 с основанием 1. Оси всех приводов 3 имеют ортогональные направления X, У, Z. На определенной высоте на стойках 10, прикрепленных к основанию 1, расположена платформа 11, в центре которой выполнено круговое окно с установленными в нем обечайкой 12 и вращающимся зубчатым колесом 13. Зубчатое колесо 13 сопряжено с приводной шестерней 14, которая закреплена на валу установленного на платформе 11 вращательного двигателя 15. Также зубчатое колесо 13 связано посредством поступательной кинематической пары 16, обечайки 12 и карданного шарнира 17, соединенных штангой 18 прямоугольного сечения, с выходным звеном 2, шарнирно установленным в центре подвижной платформы 6.
Устройство (Фиг. 1) работает следующим образом.
Установленные на основании 1 привода вращательного движения 3 приводят к вращению винтов винтовых передач 7, и соответствующему поступательному перемещению подвижных муфт 8 вдоль осей действия приводов 3. Необходимая жесткость, а также точность поступательного перемещения обеспечивается в каждой кинематической цепи за счет двух двучленных пар 9, соединяющих подвижные муфты 8 с основанием 1. В движение приходят двухзвенные кинематические пары, шарнирно соединенные звенья 4,5 которых перемещают по трем взаимно перпендикулярным осям выходное звено 2 вместе с установленной в центре подвижной площадкой 6. Для обеспечения дополнительной степени свободы механизма - вращения выходного звена 2 вокруг собственной оси, на определенной высоте на стойках 10, прикрепленных к основанию 1, расположена платформа 11, в центре которой выполнено круговое окно. Установленный вертикально на платформе 11 вращательный двигатель 15 приводит во вращение шестерню 14, а также сопряженное с ней зубчатое колесо 13, которое соединяется с выходным звеном 2 через круговое окно. В нем установлена обечайка 12, шарнирно сопряженная с зубчатым колесом 13, а также поступательной кинематической парой 16, позволяющей штанге 18 прямоугольного сечения перемещаться поступательно вдоль собственной оси. Штанга 18 связана посредством карданного шарнира 17 с выходным звеном 2, шарнирно установленным в центре подвижной площадке 6. К выходному звену 2 крепится рабочий орган для выполнения захвата или удержания инструмента.
Конструкция механизма позволяет обеспечить четыре степени свободы, включающие перемещение выходного звена в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, а также вращение его вокруг собственной оси, обеспечивая тем самым расширение функциональных возможностей манипулятора в целом.