ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ СО СТАБИЛИЗИРУЮЩИМИ КИНЕМАТИЧЕСКИМИ ЦЕПЯМИ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам роботов с тремя степенями свободы и кинематической развязкой. Установка позволяет осуществлять перемещение закрепленного на конечном звене объекта вдоль трех взаимно перпендикулярных осей.
Известен пространственный механизм, описанный в работе X.Kong, C.Gosselin Type Synthesis of Parallel Mechanisms Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007, P.15, fig.1.7а, включающий основание, выполненное в виде платформы с вертикальной стойкой, конечное звено и три привода поступательного перемещения, расположенные с взаимно перпендикулярными осями, каждый содержит вращательный двигатель, вал которого связан с винтом, а гайка закреплена на каретке, движущейся по направляющей, три кинематические цепи, каждая имеет три вращательные кинематические пары, оси которых параллельны оси соответствующего двигателя и два промежуточных звена, расположенные между вращательными кинематическими парами.
Его недостатком является расположение двух поступательных двигателей на стойке, что снижает жесткость механизма. Кроме того, использование пары направляющая-каретка совместно с приводом винт-гайка усложняет устройство и увеличивает его стоимость.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленной полезной модели является робототехническая установка (Патент на полезную модель RU №115709 B25J 9/00 от 10.05.2012 г. «Робототехническая технологическая установка») включающая основание, выполненное в виде платформы с вертикальной стойкой, конечное звено и три привода поступательного перемещения, включающие вращательный двигатель и пару винт-гайка, два из которых установлены на платформе основания, а третий - на вертикальной стойке, причем оси двигателей взаимно перпендикулярны, три кинематические цепи, каждая из которых содержит три вращательные кинематические пары, оси которых параллельны оси соответствующего двигателя и два промежуточных звена, расположенных между вращательными кинематическими парами.
Эта установка принята за прототип. К ее недостаткам следует отнести повышенную вибрацию из-за колебаний гайки относительно винта, которая в конечном счете оказывает отрицательное влияние на точность действия инструмента или другого оборудования, установленного на конечном звене.
Технический результат - устранение отмеченных недостатков.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве - пространственном механизме, включающем основание, выполненное в виде платформы с вертикальной стойкой, конечное звено и три привода поступательного перемещения, включающие вращательный двигатель и пару винт-гайка, два из которых установлены на платформе основания, а третий - на вертикальной стойке, причем оси двигателей взаимно перпендикулярны, три кинематические цепи, каждая из которых содержит три вращательные кинематические пары, оси которых параллельны оси соответствующего двигателя и два промежуточных звена, расположенных между вращательными кинематическими парами. Новым является то, что каждая кинематическая цепь дополнительно снабжена двумя стабилизирующими кинематическими цепями, содержащими по три вращательные кинематические пары, имеющие параллельные оси, и по два промежуточных звена, расположенных между ними, причем первые вращательные пары соответствующих кинематических цепей расположены на каждой из трех гаек с взаимно перпендикулярными осями, а третьи вращательные пары вспомогательных цепей закреплены на основании.
На Фиг.1 показана схема пространственного механизма, на Фиг.2 - схема одной кинематической цепи.
Предлагаемый пространственный механизм состоит из основания 1 (Фиг.1), трех приводов поступательного перемещения, жестко закрепленных на основании 1 посредством опор 2 и состоящих из вращательных двигателей 3 с винтовыми валами 4, на которых установлены подвижные гайки 5, образующие с винтом кинематическую пару «винт-гайка», а также трех кинематических цепей, соединяющих привода поступательного перемещения и конечное звено 6. Два двигателя 3 установлены горизонтально, а третий - вертикально таким образом, что обеспечивается взаимно перпендикулярное направление осей. Каждая кинематическая цепь содержит три вращательные кинематические пары 7, 8, 9 (см. фиг.2), оси которых параллельны оси соответствующего двигателя, и два промежуточных звена 10, 11, соединенные между собой вращательной кинематической парой 8, при этом каждая кинематическая цепь дополнительно снабжена двумя стабилизирующими кинематическими цепями между опорами приводов 2 и гайкой 5, содержащими по три вращательные кинематические пары 12, 13, 14 с параллельным расположением осей и по два промежуточных соединенных между собой звена 15, 16, причем первые вращательные пары 12 стабилизирующих кинематических цепей расположены на каждой из трех гаек 5 с взаимно перпендикулярными осями, а третьи вращательные пары 14 вспомогательных цепей закреплены на опорах 2 приводов.
Пространственный механизм работает следующим образом. Закрепленные на основании 1 посредством опор 2 вращательные двигатели 3 вызывают вращение винтовых валов 4 и соответствующее поступательное перемещение гаек 5. В движение приводятся соответствующие кинематические цепи, содержащие три вращательные кинематические пары 7, 8, 9, оси которых параллельны оси соответствующего винтового вала 4 и два промежуточных звена 10 и 11, расположенных между вращательными кинематическими парами, приводят в движение выходное звено 6, на котором может быть закреплено захватное устройство для удержания обрабатываемой детали или инструмента. Для увеличения жесткости механизма, повышения точности и уменьшения колебаний в каждую кинематическую цепь включены стабилизирующие кинематические цепи содержащие по три вращательные кинематические пары 12, 13, 14, имеющие параллельные оси, и расположенных между ними два промежуточных звена 15, 16, причем первые вращательные пары 12 соответствующих кинематических цепей расположены на каждой из трех гаек 5 с взаимно перпендикулярными осями, а третьи вращательные пары 14 вспомогательных цепей закреплены на опорах 2, расположенных на основании 1. Поскольку оси кинематических пар обеих стабилизирующих кинематических цепей перпендикулярны друг другу и соответствующему винту 4, то гайка 5 может двигаться только поступательно, уменьшая колебания гайки 5 и соответственно передачу этих колебаний через кинематическую пару звеньев 10, 11 на конечное звено 6, которое предназначено для крепления какого-либо захватного устройства, либо для удержания обрабатываемой детали или инструмента.
Использование дополнительных стабилизирующих кинематических цепей позволяет уменьшить колебания гайки относительно винта, повышая тем самым жесткость механизма и увеличивая точность действий оборудования, установленного на конечном звене.