ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ С ПОСТОЯНСТВОМ ТОЧКИ ВВОДА РАБОЧЕГО ОРГАНА

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам, обеспечивающим постоянство точки ввода рабочего органа, например, при выполнении многократно повторяющихся технологических действий с постоянством возврата рабочего органа в начальную точку ввода.
Технический результат - обеспечение постоянства точки ввода инструмента -достигается тем, что в манипуляторе, содержащем установленный на основании привод вращательного движения, выходное звено и кинематическую цепь, соединяющую привод с выходным звеном, на валу привода перпендикулярно оси его вращения установлен двигатель прямого и обратного хода, соединенный с трехзвенным кинематическим механизмом, звенья которого соединены между собой и установленной на основании дополнительной опорой вращательными шарнирами, причем соединение третьего звена с опорой осуществлено с помощью комбинированного вращательного шарнира, оси поворота которого соосны с осями привода и двигателя с одной стороны, а с другой стороны с осью поворота третьего звена, при этом в середине второго звена трехзвенного механизма установлен поворотный шарнир с выходным звеном, на котором закреплен рабочий орган, причем на хвостовике выходным звена имеется шкив, который, в свою очередь, связан посредством ременной передачи со шкивом, закрепленном на хвостовике первого звена трехзвенного механизма.
В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности механизм манипулятора (патент РФ №170656 U1, 2016 г), содержащий основание, установленный на нем привод вращательного движения, выходное звено и кинематическую цепь, соединяющую привод с выходным звеном. В этом манипуляторе двигатель прямого и обратного хода установлен на подвижном основании таким образом, что оси привода и двигателя параллельны и пересекаются, а выходное звено связано с приводом посредством двух взаимосвязанных кинематических цепей. Первая кинематическая цепь имеет два сопряженных звена, начало первого звена жестко связано с валом двигателя, конец второго звена шарнирно связан с рабочей площадкой выходного звена.
Сохранение положения точки ввода инструмента обеспечивается за счет второй кинематической цепи, состоящей из двух последовательно установленных ременных передач, каждая из которых содержит по два шкива. Тем самым обеспечивается параллельность оси привода со вторым звеном первой кинематической цепи и оси рабочего органа с первым звеном первой кинематической цепи.
К недостаткам манипулятора можно отнести увеличенную мощность привода и габариты для вращения всего механизма, а также расположение двигателя на подвижной платформе требует дополнительного крепления для жесткости конструкции.
Цель полезной модели - устранение отмеченных недостатков и повышение технической и эксплуатационной эффективности устройства манипулирования.
Поставленная цель достигается за счет того, что в пространственный механизм, обеспечивающий постоянство точки ввода рабочего инструмента, содержит установленный на основании привод вращательного движения, выходное звено и кинематическую цепь, соединяющую привод с выходным звеном и включающую в себя шарнирно соединенные промежуточные звенья, в том числе ременную передачу на шкивах На валу привода перпендикулярно оси его вращения установлен двигатель прямого и обратного хода, соединенный с трехзвенным кинематическим механизмом, звенья которого соединены между собой и установленной на основании дополнительной опорой вращательными шарнирами, причем соединение третьего звена с опорой осуществлено с помощью комбинированного вращательного шарнира, оси поворота которого параллельны с осями привода и двигателя с одной стороны, а с другой стороны с осью поворота третьего звена, при этом в середине второго звена трехзвенного механизма установлен поворотный шарнир с выходным звеном, на котором закреплен рабочий орган, причем на хвостовике выходного звена имеется шкив, который, в свою очередь, связан посредством ременной передачи со шкивом, закрепленном на хвостовике первого звена трехзвенного механизма.
Устройство представлено на Фиг. 1.
Пространственный механизм состоит из основания 1, на котором установлен привод вращательного движения 2, выходного звена 3, и кинематической цепи, соединяющей привод 2 с выходным звеном 3. На валу привода 2 перпендикулярно оси его вращения установлен двигатель прямого и обратного хода 4. Вал двигателя 4 жестко сопряжен с трехзвенным кинематическим механизмом, звенья 5, 6, 7 которого соединены между собой вращательными шарнирами 8, 9. Соединение третьего звена 7 с установленной на основании дополнительной опорой 10 осуществлено посредством комбинированного вращательного шарнира 11, имеющего общие оси с приводом 2 и двигателем 4 с одной стороны, а с другой стороны с третьим звеном 7. В середине второго звена 6 трехзвенного механизма установлен поворотный шарнир 12 с выходным звеном 3, на котором закреплен рабочий орган 13. Также на хвостовике выходного звена 3 имеется шкив 14, связанный посредством ременной передачи 15 со шкивом 16, закрепленном на хвостовике первого звена 5 трехзвенного механизма.
Устройство (Фиг. 1) работает следующим образом.
Установленный на основании 1 привод вращательного движения 2 поворачивает механизм вокруг оси вращения вала, соединенного с двигателем прямого и обратного хода 4, расположенного перпендикулярно оси его вращения. При вращении вала двигателя 4 происходит смещение относительно вертикали жестко сопряженного с ним первого звена 5 трехзвенного кинематического механизма. Одновременно за счет вращательных шарниров 8, 9, связывающих звенья 5, 6, 7, отклоняется третье звено 7. Соединение третьего звена 7 с установленной на основании дополнительной опорой 10 осуществлено посредством комбинированного вращательного шарнира 11, имеющего общие оси с приводом 2 и двигателем 4 с одной стороны, а с другой стороны с третьим звеном 7.
Шкивы 14 и 16, закрепленные на хвостовиках соответствующих звеньев 3, 5 и связанные посредством ременной передачи 15, образуют звено, которое обеспечивает параллельность первого звена 5 трехзвенного кинематического механизма и выходного звена 3, а третье звено 7 трехзвенного кинематического механизма обеспечивает параллельность оси привода 2 со вторым звеном 6 трехзвенного механизма при повороте первого звена 5 трехзвенного механизма двигателем прямого и обратного хода 4.
Точка ввода инструмента (на фиг. 1 обозначено буквой О) находится на пересечении оси привода 2 и оси выходного звена 3 и при поворотах валов привода 2 и двигателя 4 сохраняет свое положение. В месте пересечения осей находится отверстие в перегородке, через которое ведется работа. Инструмент расположен ниже точки О.
Конструкция механизма манипулятора за счет использования в нем узла с ременной передачей движения выходного звена позволяет ему совершать циклически повторяющиеся движения и сохранять постоянство точки ввода рабочего органа механизма и соответственно и инструмента, закрепленного в нем. При этом за счет расположения опорных частей с двух сторон от выходного звена, а также размещения двигателя прямого и обратного хода на оси привода вращательного движения увеличивается жесткость конструкции и уменьшаются массогабаритные характеристики двигателей.