МЕХАНИЧЕСКИЙ МАНИПУЛЯТОР РАБОЧЕГО ОРГАНА С ЧЕТЫРЬМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к манипуляторам для работы через отверстие в перегородке.
В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности механизм манипулятора, описанного в RU 170656 U1, пространственный механизм включающий основание, выходное звено с расположенном на нем рабочим органом, начальную вращательную кинематическую пару, снабженную двигателем, начальное звено, промежуточную вращательную кинематическую пару, снабженную двигателем, промежуточное звено, вторую промежуточную вращательную кинематическую пару, второе промежуточное звено и, конечную вращательную кинематическую пару, сопряженную со вторым промежуточным звеном и с выходным звеном причем оси промежуточных и конечной вращательных кинематических пар расположены параллельно друг другу перпендикулярно оси начальной вращательной кинематической пары.
Недостатками данного манипулятора являются наличие ремней, которые не обеспечивают достаточную жесткость, ограниченная рабочая область параллелограмного передаточного механизма. Помимо этого, механизм имеет значительную массу, т.к. образован несколькими массивными звеньями. Также целесообразно обеспечить вращение рабочего инструмента вокруг своей оси.
Цель полезной модели - устранение отмеченных недостатков и повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования.
Технический результат - повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования - достигается тем, что в манипуляторе, содержащем основание, на котором установлен управляющий привод комплексного поступательно-вращательного движения, связанный посредством механической кинематической передачи движения с выходным звеном, на котором закреплен рабочий орган. Кинематическая передача состоит из трех шарнирно соединенных между собой силовых рычагов, первый из которых установлен на валу привода и имеет хвостовик в виде вилки с закрепленной на ней вращательным двигателем, на валу которого жестко установлен второй рычаг, шарнирно соединенный соответственно с третьим рычагом, который в свою очередь сопряжен с выходным звеном. Выходное звено выполнено в виде трапециевидной рамки, которая с одной стороны шарнирно соединена с хвостовиком третьего рычага, причем на всех шарнирных соединениях трех рычагов и выходного звена дополнительно установлены зубчатые конические передачи, промежуточные колеса которых соединены между собой вертикальной и горизонтальной вращающимися штангами, закрепленными на плоскостях второго и третьего рычагов посредством вращательных шарниров. Кроме того, на одной из сторон рамки выходного звена установлена рабочая площадка с возможностью ее перемещения относительно рамки с помощью малогабаритного двигателя, а на площадке размещен отдельный вращательный привод с захватом рабочего органа.
Устройство манипулятора представлено на Фиг. 1.
Механический манипулятор рабочего органа с четырьмя степенями свободы включает основание 1, выходное звено 2 с расположенном на нем рабочим органом 3, кинематическую передачу, которая состоит из трех шарнирно соединенных между собой силовых рычагов, первый 4 из которых установлен на валу привода 5 и имеет хвостовик в виде вилки с закрепленной на ней вращательным двигателем 6, на валу которого жестко установлен второй рычаг 7, шарнирно соединенный соответственно с третьим рычагом 8, который в свою очередь сопряжен с выходным звеном 2, выполненным в виде трапециевидной рамки, которая одной стороной шарнирно соединена с хвостовиком третьего рычага 8, причем на всех шарнирных соединениях трех рычагов и выходного звена дополнительно установлены зубчатые конические передачи, промежуточные колеса 9 которых соединены между собой вертикальной 10 и горизонтальной 11 вращающимися штангами, закрепленными на плоскостях второго 7 и третьего 8 рычагов посредством вращательных шарниров 12. Рабочая площадка 13 установлена на одной из сторон рамки выходного звена 2 с возможностью ее перемещения относительно рамки с помощью малогабаритного двигателя 14, а на самой площадке 13 размещен отдельный двигатель 15 для вращения инструмента рабочего органа 3.
Механический манипулятор (Фиг. 1) работает следующим образом.
Сложное перемещение рабочего органа в пространстве и управление этим движением осуществляется путем управления приводом 5 и вращательными двигателями 6, 14 15, установленными как на самом основании 1, так и на силовых рычагах 4, 7, 8 и выходном звене 2, выполненном по форме трапециевидной рамки, оснащенной дополнительными приспособлениями в виде подвижной площадки 13 с малогабаритными двигателями 14, 15 для перемещения площадки относительно рамки и вращения инструмента рабочего органа 3. Кинематическая связь между приводом 5, установленным на основании, и выходным звеном 2 обеспечивается посредством трех шарнирно соединенных между собой силовых рычагов 4, 7, 8, первый из которых установлен на валу привода 5 и имеет хвостовик в виде вилки с закрепленной на ней вращательным двигателем 6, на валу которого жестко установлен второй рычаг 7, шарнирно соединенный соответственно с третьим рычагом 8, последний в свою очередь сопряжен с выходным звеном 2, выполненным в виде трапециевидной рамки, причем на всех шарнирных соединениях трех рычагов 4, 7, 8 и выходного звена 2 дополнительно установлены зубчатые конические передачи, промежуточные колеса 9 которых соединены между собой вертикальной 10 и горизонтальной 11 вращающимися штангами, закрепленными на плоскостях второго 7 и третьего 8 рычагов посредством вращательных шарниров 13. Оснащение цепи шарнирно связанных между собой силовых рычагов дополнительной кинематической линией связи в виде зубчатых конических передач придает всей кинематической передаче заданную направленность движений рычагов относительно друг друга в пределах допустимых углов поворачивания и исключает возможность их произвольного перемещения.
Таким образом, управление приводом 5 позволяет перемещать и поворачивать рабочий орган относительно горизонтальной оси, а управление вращательным двигателем 6 с помощью силовых рычагов 7 и 8 перемещать его в пределах вертикальной плоскости, кроме того, установленные на выходном звене малогабаритные двигатели 14 и 15 позволяют перемещать рабочий орган 3 относительно рамки и вращать его вокруг своей оси, что в конечном счете обеспечивают рабочему органу четыре степени манипулирования в пространстве.