ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ С ШЕСТЬЮ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам роботов с шестью степенями свободы с рабочей зоной, отделенной от зоны расположения приводов.
Известен пространственный механизм с шестью степеням свободы (патент SU 1661528 A1), содержащий основание с установленными на нем пневматическими приводами поступательного перемещения, выходное звено, на котором может быть закреплен объект манипулирования или инструмент, три соединяющие привода с конечным звеном кинематические цепи, и каждая из которых включает стержень, проходящий с возможностью поступательного перемещения через отверстие встроенного в основание шарового шарнира, один конец стержня шарнирно связан с выходным звеном, а другой - с двумя линейными приводами, причем приводы и выходное звено расположены по разные стороны от основания механизма.
Недостатком данного устройства является то, что в каждой из трех кинематических цепей один из двух пневматических приводов поступательного перемещения жестко присоединен к соответствующему стержню, а второй также является звеном, шарнирно закрепленным между основанием и первым приводом. Это, с одной стороны, налагает ограничения на возможные геометрические размеры механизма, с другой стороны, использование звена-привода увеличивает массу подвижных элементов кинематической цепи, что приводит к дополнительным затратам мощности, уменьшению точности и надежности.
За прототип принят наиболее близкий по технической сущности пространственный механизм с шестью степенями свободы (Заявка на изобретение 2012140211/11 от 20.09.2012, по которой вынесено положительное решение), содержащий основание с установленными на нем приводами, выходное звено, три кинематические цепи, каждая из которых содержит стержень, связанный с выходным звеном посредством сферического шарнира и сопряженный с основанием посредством сферического шарнира с отверстием, выполненным с возможностью поступательного перемещения стержня относительно основания, два линейных привода, неподвижные части которых установлены на основании, причем приводы и выходное звено расположены по разные стороны от основания, каждый линейный привод снабжен промежуточным звеном один конец которого шарнирно соединен с подвижной частью привода а другой - с соответствующим стержнем.
К недостаткам такого механизма можно отнести ограниченный угол поворота промежуточного звена в сферических шарнирах, что уменьшает объем рабочей зоны выходного звена.
Цель полезной модели - устранение отмеченных недостатков и повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования в пространстве по шести координатам с рабочей зоной выходного звена, отделенной от зоны расположения приводов.
Поставленная цель достигается тем, что в пространственном механизме с шестью степеням свободы, содержащий основание с установленными на нем приводами поступательного перемещения, выходное звено, на котором может быть закреплен объект манипулирования или инструмент, а также три кинематические цепи, соединяющие привода с выходным звеном, которые включают в себя соединенные с выходным звеном стержни и промежуточные звенья. Стержни шарнирно соединены с промежуточными и выходным звеньями, а также сопряжены с основанием посредством встроенных шаровых шарниров с отверстиями, обеспечивающие поступательное перемещение стержней относительно основания
Соединение стержней с промежуточными звеньями выполнено посредством карданных шарниров. В каждой кинематической цепи имеются два линейных привода. Приводы и выходное звено расположены по разные стороны от основания, каждый линейный привод снабжен промежуточным звеном один конец которого шарнирно соединен с подвижной частью привода а другой - с соответствующим стержнем. Приводы содержат закрепленный на основании неподвижный винт и подвижную часть - двигатель с приводной гайкой, причем подвижная часть связана с промежуточным звеном посредством карданного шарнира, содержащего входную и выходную вращательные кинематические пары, имеющие перпендикулярные оси и втулки, где осью и втулкой входной вращательной пары являются неподвижный винт линейного привода и приводная гайка, ось выходной вращательной пары закреплена на подвижной части привода, один конец промежуточного звена соединен с втулками выходной вращательной пары, второй конец промежуточного звена связан со стержнем посредством трех последовательно установленных вращательных пар, где осью первой пары является промежуточное звено, а осью третьей пары является стержень, причем оси вторых кинематических пар и промежуточных звеньев, относящихся к одному стержню, пересекаются в одной точке, а оси вторых кинематических пар перпендикулярны стержню.
Устройство - пространственный механизм с шестью степенями свободы представлен на Фиг. 1.
Пространственный механизм с шестью степенями свободы состоит из основания 1, выходного звена 2, трех кинематических цепей, каждая из которых включает стержень 3, связанный с конечным звеном 2 посредством сферического шарнира 4 и сопряженный с основанием 1 посредством сферического шарнира 5 с отверстием, обеспечивающим возможность поступательного перемещения стержня 3 относительно основания 1. Два линейных привода, неподвижные части которых, выполненные в виде винтов 6, закреплены на основании 1, а подвижные части 7, включающие двигатель и приводную гайку 8 связаны с одним концом промежуточного звена 9 посредством карданного шарнира, выполненного в виде имеющих ось и втулки входной и выходной вращательных кинематических пар с пересекающимися под прямым углом осями, где винт 6 играет роль оси, а приводная гайка 8 - втулки входной вращательной пары. Ось 10 выходной вращательной пары закреплена на подвижной части 7 привода, один конец промежуточного звена 9 соединен с выходными втулками вращательной пары, второй конец промежуточного звена связан со стержнем посредством трех последовательно установленных вращательных пар 11, 12, 13, осью первой пары 11 является промежуточное звено 9, а осью третьей пары 13 является стержень 3, причем оси вторых кинематических пар 12 и промежуточных звеньев 9, относящихся к одному стержню 3, пересекаются в одной точке, а оси вторых кинематических пар 12 перпендикулярны стержню 3. Такая последовательность кинематических пар аналогична карданному шарниру.
Пространственный механизм с шестью степенями свободы работает следующим образом.
Перемещение конечного звена 2 относительно основания 1, осуществляется посредством трех кинематических цепей, при этом каждый поступательный привод передает движение со своей подвижной части 7, содержащей двигатель, через приводную гайку 8 и карданный шарнир выполненный в виде имеющих ось и втулки входной и выходной вращательных кинематических пар с пересекающимися под прямым углом осями, где осью и втулкой входной вращательной пары являются неподвижный винт линейного привода 6 и приводная гайка 8, сопряженная с подвижной частью привода 7. Затем через ось 10 выходной вращательной пары, которая закреплена на подвижной части 7 привода - на соответствующее промежуточное звено 9 и затем через три последовательно установленных вращательные пары 11, 12, 13 на стержень 3, передающий движение на конечное звено 2 посредством сферического шарнира 4. Поскольку приводы расположены на основании 1 по другую сторону относительно конечного звена 2, то каждый стержень 3 перемещается относительно основания 1 через сферический шарнир 5, выполненный с возможностью поступательного перемещения стержня 3. Механизм обеспечивает конечному звену 2 шесть степеней свободы.