МЕХАНИЗМ С ТРОСОВЫМИ ПРИВОДАМИ

Устройство относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам роботов с тросовыми приводами - кабельным роботам.
Пространственные механизмы с тросовыми приводами находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства и могут работать в крайне агрессивных средах, в которых рабочая зона сопоставима с размерами объекта или превосходит его, что делает такие механизмы более предпочтительными по сравнению с обычными роботами и манипуляторами. Удаленное расположение приводов и электронных компонентов позволяет отказаться от особых требований к техническим характеристикам этих частей манипуляторов. Недостатком в этом случае будет являться необходимость учитывать внешние условия среды, особенно плотной, например воды. Известны примеры, когда при проведении работ в открытом море тросовый привод, воспринимая колебания водной глади, заставлял операторов вырабатывать особые модели управления таким приводом. Незаменимы такие механизмы и в задачах точного позиционирования грузов, для решения которых они могут быть реализованы как на базе обычного однобалочного или двухбалочного мостового крана или в виде специального спредера. Кабельные краны-манипуляторы с тросовыми приводами находят широкое применение при строительстве и эксплуатации солнечных электростанций, особенностью которых является необходимость размещения как можно большего количества позиционируемых зеркал на ограниченном пространстве.
Известен механизм с тросовыми приводами, содержащий подвижное выходное звено, размещенное между опорными звеньями, на которых установлены исполнительные механизмы, соединенные с пультом управления, и систему тросов, соединяющих каждый исполнительный механизм с выходным звеном с возможностью его перемещения (см. Патент США 9048779, МПК В65Н 59/38, 2013 г.).
Данное устройство наиболее близко к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату и принято в качестве его прототипа.
Известное устройство содержит полую пространственную раму из опорных жестко соединенных между собой звеньев в виде выпуклого многоугольника, имеющего четыре вершины, в каждой из которых установлено направляющее устройство и исполнительные механизмы, согласованное перемещение которых по направляющим устройствам приводит к изменению положения выходного звена, соединенного с каждым из исполнительных механизмов тросами.
Известный механизм с тросовыми приводами работает следующим образом: сигнал с пульта управления передается на каждый из четырех исполнительных механизмов, которые могут перемещаться скоординировано, например, два механизма оттягивают выходное звено, а два других ослабляют тросы, что удаляет от них выходное звено или иначе, только один механизм оттягивает выходное звено, а три других ослабляют тросы.
Недостатком известного устройства является возможность позиционирования выходного звена в пространстве только по трем координатам, что снижает эксплуатационные характеристики механизма.
Техническим результатом полезной модели является возможность позиционирования выходного звена в пространстве по шести координатам при повышении технической и эксплуатационной эффективности устройства.
Заявленный результат достигается тем, что механизм с тросовыми приводами, содержащий подвижное выходное звено, размещенное между опорными звеньями, на которых установлены исполнительные механизмы, соединенные с пультом управления, и систему тросов, соединяющих каждый исполнительный механизм с выходным звеном с возможностью его перемещения, содержит плоское основание, на котором по окружности в вершинах вписанного в нее равностороннего треугольника закреплены опорные звенья механизма в виде равновеликих вертикальных стоек, на каждой из которых установлено поворотное устройство для вращения вокруг вертикальной оси горизонтальной поворотной площадки, на которой установлен верхний исполнительный механизм, состоящий из пары мотор-редукторов, с установленным на оси каждого из них барабаном с возможностью его независимого реверсивного вращения, штангу, соединенную с выходным звеном, так что центр тяжести штанги совмещен с геометрическим центром выходного звена, пару установленных на основании дополнительных опорных звеньев механизма в виде равновеликих вертикальных стоек, на каждой из которых установлено поворотное устройство для вращения вокруг вертикальной оси горизонтальной поворотной площадки, на которой установлен нижний исполнительный механизм, состоящий из мотор-редуктора, с установленным на его оси барабаном с возможностью его реверсивного вращения, причем каждый барабан расположен под одним из торцов штанги, система тросов состоит из нижних тросов нижнего исполнительного механизма и пар верхних тросов верхних исполнительных механизмов, выходное звено оснащено крепежным элементом, в виде собранных в равносторонний треугольник горизонтальных стержней, каждый из которых перпендикулярен центральной оси соответствующей пары тросов, каждый нижний трос прикреплен к одному из торцов штанги и соединен с расположенным под ним барабаном, а каждый верхний трос соединен с барабаном одного из верхних исполнительных механизмов и противолежащим торцом стержня на выходном звене.
Применение четырех пар тросов с возможностью независимого изменения длины каждого из них позволяет позиционировать выходное звено по шести пространственным координатам, при этом возможность сохранения равенства углов между центральными осями каждой пары тросов, путем поворота в горизонтальной плоскости поворотных площадок с помощью поворотных устройств, способствует расширению габаритных размеров рабочего пространства механизма, что в совокупности повышает эффективность устройства.
На фиг. 1 представлен предложенный механизм с тросовыми приводами (исходное положение).
На фиг. 2 - план положений механизма: а) перемещение в плоскости XY поворот по Z; б) перемещение в плоскости XY поворот по - Z; в) перемещение в плоскости XY поворот по ZXY.
Устройство содержит подвижное выходное звено 1 (фиг. 1), плоское основание 2, на котором по окружности в вершинах вписанного в нее равностороннего треугольника (показан штрихами) закреплены опорные равновеликие вертикальные стойки 3, на каждой из которых установлено поворотное устройство 4 для вращения вокруг вертикальной оси горизонтальной поворотной площадки 5, на которой установлен верхний исполнительный механизм, состоящий из пары мотор-редукторов 6, с установленным на оси каждого из них барабаном 7 с возможностью его независимого реверсивного вращения, штангу 8, соединенную с выходным звеном, так что центр тяжести штанги совмещен с геометрическим центром выходного звена, пару установленных на основании равновеликих вертикальных стоек 9, на каждой из которых установлено поворотное устройство 10 для вращения вокруг вертикальной оси горизонтальной поворотной площадки 11, на которой установлен нижний исполнительный механизм, состоящий из мотор-редуктора 12, с установленным на его оси барабаном 13 с возможностью его реверсивного вращения, причем каждый барабан расположен под одним из торцов штанги, система тросов состоит из нижних тросов А1 и А2 нижнего исполнительного механизма и пар верхних тросов Б1 и Б2, В1 и В2, Г1 и Г2 верхних исполнительных механизмов, выходное звено оснащено крепежным элементом, в виде собранных в равносторонний треугольник горизонтальных стержней 14, каждый из которых перпендикулярен центральной оси (показана штрих-пунктиром) соответствующей пары тросов, каждый нижний трос прикреплен к одному из торцов штанги и соединен с расположенным под ним барабаном, а каждый верхний трос соединен с барабаном одного из верхних исполнительных механизмов и противолежащим торцом стержня на выходном звене.
Механизм с тросовыми приводами работает следующим образом.
Электрические мотор-редукторы 6 и 12 и поворотные устройства 4 и 10 в зависимости от получаемых с пульта управления (на чертеже не показан) сигналов вращают барабаны 7 и 13 и поворотные площадки 5 и 11, размещенные на стойках 3 и 9, соответственно, установленных на основании 2. Наматывание и сматывание с барабанов, соединенных с крепежным элементом 14 на выходном звене 1 верхних пар тросов Б1 и Б2, В1 и В2, Г1 и Г2 и соединенных со штангой 8 нижней пара тросов А1 и А2 (фиг. 2), приводит к изменению их длины, что обеспечивает изменение положения выходного звена относительно основания. Благодаря такой конструкции груз, подвешенный на выходном звене, может изменять свое положение в пространстве по 6-и координатам. Перемещение выходного звена иллюстрируют кинематические схемы на фиг. 2а, 2б и 2в.
Применение предложенного механизма позволяет позиционировать выходное звено по шести пространственным координатам, что повышает эксплуатационные возможности устройства.