Манипуляционный пространственный механизм

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам, роботов, выполняющих вращательные движения.
Известен пространственный механизм, принятый в качестве прототипа (Крайнев А.Ф. Идеология конструирования. - М.: Машиностроение, 2003 - с. 83, схема 7.5), содержащий основание, выходное звено, в виде стержня, соединенное тремя кинематическими цепями, каждая из которых содержит приводы поступательного перемещения в виде гидроцилиндров, соединенные шарнирно с основанием и выходным звеном, свободный конец которого связан с выходным звеном рабочего органа. Выходное звено механизма также сопряжено с основанием посредством сферической опоры и проходит через отверстие в сферической головке опоры. Под действием приводов поступательного перемещения выходное звено поворачивается относительно двух осей и перемещается в отверстии сферической головки, совершая пространственное движение и определяя зону перемещения свободного конца выходного звена механизма.
Недостатком данного пространственного механизма является ограниченная зона перемещения выходного звена механизма, что снижает функциональные возможности робототехнических систем, приводимых в движение выходным звеном механизма.
Задачей и техническим результатом полезной модели является расширение функциональных и эксплуатационных возможностей устройства за счет расширения рабочей зоны перемещения выходного звена пространственного механизма, и обеспечивается шарнирно-стержневой структурой механизма с линейными приводами в качестве приводов поступательного перемещения.
Технический результат достигается тем, что манипуляционный пространственный механизм, содержит основание, выходное звено, выполненное в виде установленного на основании посредством сферической опоры стержня с рабочим органом на его свободном конце, при этом стержень размещен в диаметральном отверстии сферической головки упомянутой сферической опоры с возможностью поступательного и вращательного движения, и установленные на основании приводы поступательного перемещения, связанные с упомянутым стержнем соответствующими кинематическими цепями, причем каждая из упомянутых кинематических цепей, выполненных в количестве трех, состоит из двух промежуточных звеньев, соединенных между собой вращательной кинематической парой, при этом первое промежуточное звено каждой кинематической цепи связано с соответствующим приводом поступательного перемещения посредством сферического шарнира, второе промежуточное звено одной из кинематических цепей соединено со стержнем непосредственно, а вторые промежуточные звенья каждой из двух других кинематических цепей соединены со стержнем посредством двухподвижной вращательной кинематической пары, обеспечивающей вращательно-поступательное движение.
Полезная модель поясняется фигурой, на которой представлена структурная схема манипуляционного пространственного механизма.
Манипуляционный пространственный механизм содержит: основание 1, выходное звено, выполненное в виде стержня 4 с рабочим органом 2 на свободном конце стержня. Стержень 4 сопряжен с основанием 1 посредством сферической опоры, образованной сферической втулкой 9 и сферической головкой 13. В сферической головке 13 выполнено диаметральное отверстие 10, через которое проходит стержень 4 с возможностью поступательного и вращательного движения в отверстии.
Для перемещения стержня 4 с рабочим органом 2 используются три соединительные кинематические цепи между основанием 1 и стержнем 4. Кинематические цепи снабжены приводами поступательного перемещения - 8, 8', 8'', установленными на основании с возможностью поступательного движения относительно основания. Привод поступательного перемещения каждой из кинематических цепей связан со стержнем 4 кинематическими парами, соединенными между собой промежуточными звеньями. Одна из кинематических цепей содержит первое промежуточное звено 11 и второе промежуточное звено 12, которые связаны между собой вращательной кинематической парой 6, причем первое промежуточное звено 11 кинематической цепи связано с приводом поступательного перемещения 8, посредством кинематической пары в виде сферического шарнира 7, второе промежуточное звено 12 жестко соединено с верхним концом стержня 4. Эта кинематическая цепь обеспечивает поворот стержня вокруг оси z, а также его перемещение вдоль собственной оси.
Две другие кинематические цепи, обеспечивающие поворот стержня 4 вокруг осей х и у, имеют одинаковую структуру. Каждая их этих цепей образована первым промежуточным звеном 11', 11'' и вторым промежуточным звеном 12', 12'', связанные друг с другом вращательной кинематической парой 6', 6''. Первые промежуточные звенья 11', 11'' связаны с приводами поступательного перемещения 8', 8'' посредством сферических шарниров 7', 7'', вторые промежуточные звенья связаны со стержнем 4 посредством двухподвижных вращательных кинематических пар 3 и 5, которые дают возможность стержню 4 совершать вращательно-поступательное движение.
Манипуляционный пространственный механизм работает следующим образом.
При задействовании приводов поступательного перемещения 8, 8', 8'', установленных на основании 1, движение передается от приводов поступательного перемещения через соответствующие им кинематические цепи. Стержень 4 через кинематическую цепь звеньев 11-12, с кинематическими парами 7 и 6, от привода поступательного перемещения 8 получает перемещение вдоль собственной оси. Поворот стержня 4 вокруг осей х и у, совершается соответственно от приводов поступательного перемещения 8'' и 8' через кинематические цепи звеньев 11''-12'' и 11'-12'. Движение стержня, полученное от приводов, ориентируется в рабочем пространстве рабочего органа 2 сферической опорой, через диаметральное отверстие которой проходит стержень 4.
Рабочим органом манипуляционного пространственного механизма может быть сферическая щетка для очистки цилиндрических резервуаров.
В качестве привода поступательного перемещения могут быть использованы линейные двигатели, шаговые двигатели линейного перемещения.
Манипуляционный пространственный механизм с такой структурой при использовании приводов, совершающих поступательное движение относительно основания, обеспечивает перемещение рабочего органа в большем пространстве за счет больших углов поворота стержня с рабочим органом относительно осей координат.