ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ С ТРЕМЯ СТЕПЕНЯМИ СВОБОДЫ
SPATIAL MECHANISM HAVING THREE DEGREES OF FREEDOM

Изобретение относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к манипуляционным механизмам роботов с тремя степенями свободы.
Известно устройство (монография Xianwen Kong and Clement Gosselin, Type Synthesis of Parallel Mechanisms, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007 (Fig.f page 7)), включающее основание, выходное звено, три кинематические цепи, содержащие каждая входную вращательную кинематическую пару, причем оси всех входных вращательных кинематических пар расположены с пересечением в одной точке, начальную вращательную кинематическую пару и конечную вращательную кинематическую пару, причем оси всех конечных вращательных кинематических пар расположены с пересечением в одной точке, совпадающей с точкой пересечения всех входных вращательных кинематических пар. Недостатком данного устройства является необходимость расположения звеньев на близких сферических поверхностях.
Известно устройство (монография J.-P. Merlet, Parallel Robots (Second Edition), Springer 2006, (Fig.2,10 page 35)), включающее основание, выходное звено, три кинематические цепи, содержащие каждая входную вращательную кинематическую пару, начальную вращательную кинематическую пару, ось которой расположена перпендикулярно оси входной кинематической пары, и конечную вращательную кинематическую пару. Недостатком данного устройства является то, что механизм выполняет только поступательные движения.
За прототип взято устройство - пространственный механизм (монография J.-P. Merlet, Parallel Robots (Second Edition), Springer 2006, (Fig. 2.14, page 38, правый рисунок)). Механизм с тремя степенями свободы, включающий основание, выходное звено, три кинематические цепи, каждая из которых содержит входную вращательную кинематическую пару, начальную вращательную кинематическую пару, поступательную кинематическую пару, промежуточную вращательную кинематическую пару, конечную вращательную кинематическую пару, причем оси начальной и промежуточной вращательных кинематических пар расположены параллельно друг к другу, ось начальной вращательной кинематической пары расположена с пересечением оси входной вращательной кинематической пары, перпендикулярно ей, а ось промежуточной вращательной кинематической пары расположена с пересечением оси конечной вращательной кинематической пары, перпендикулярно ей.
Недостатком данного устройства является то, что механизм выполняет только сферические ориентирующие движения - вращения только вокруг одной точки.
Целью изобретения является повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования в пространстве по трем координатам на базе возможности изменения структуры, с тем чтобы один и тот же механизм выполнял поступательные трехкоординатные движения в пространстве, а также сферические ориентирующие движения - вращения вокруг одной точки.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве -механизм с тремя степенями свободы, включающем основание, выходное звено, три кинематические цепи, каждая из которых содержит входную вращательную кинематическую пару, начальную вращательную кинематическую пару, поступательную кинематическую пару, промежуточную вращательную кинематическую пару, конечную вращательную кинематическую пару, причем оси начальной и промежуточной вращательных кинематических пар расположены параллельно друг к другу, ось начальной вращательной кинематической пары расположена с пересечением оси входной вращательной кинематической пары, перпендикулярно ей, а ось промежуточной вращательной кинематической пары расположена с пересечением оси конечной вращательной кинематической пары, перпендикулярно ей, новым является то, что каждая кинематическая цепь снабжена дополнительным приводом вращательного перемещения, ось которого расположена с пересечением оси входной вращательной кинематической пары, перпендикулярно ей.
Поступательно-вращательный пространственный механизма с тремя степенями свободы представлен на фиг.1.
Сферический пространственный механизм для ориентированных движений с тремя степенями свободы представлен на фиг.2.
Пространственный механизм с тремя степенями включает основание 1, выходное звено 2, три кинематические цепи, каждая из которых содержит входную вращательную кинематическую пару 3, 3', 3'', начальную вращательную кинематическую пару 4, 4', 4'', промежуточную вращательную кинематическую пару 5, 5', 5'', конечную вращательную кинематическую пару 6, 6', 6'', выходную вращательную кинематическую пару 7, 7', 7'', причем оси начальной 4, 4', 4'', промежуточной 5, 5', 5'' и конечной 6, 6', 6'' вращательных кинематических пар расположены параллельно друг к другу, ось начальной вращательной кинематической пары 4, 4', 4'' расположена с пересечением оси входной вращательной кинематической пары 3, 3', 3'' перпендикулярно ей, а ось конечной вращательной кинематической пары 6, 6', 6'' расположена с пересечением оси выходной вращательной кинематической пары 7, 7', 7'' перпендикулярно ей, кроме того, в каждой кинематической цепи установлен дополнительный привод вращательного перемещения 8, 8', 8'', ось которого расположена с пересечением оси входной вращательной кинематической пары 3, 3', 3'', перпендикулярно ей.
Устройство - пространственный механизм с тремя степенями свободы, работает следующим образом.
Относительно основания 1 выходное звено 2 перемещается по трем координатам посредством трех соединительных кинематических цепей. При этом с каждой входной вращательной кинематической пары 3, 3', 3'' движение передается на начальную вращательную кинематическую пару 4, 4', 4'', ось которой расположена перпендикулярно оси входной кинематической пары 3, 3', 3'', далее движение передается на промежуточную вращательную кинематическую пару 5, 5', 5'', ось которой расположена параллельно оси начальной вращательной кинематической пары 4, 4', 4'', и затем на конечную вращательную кинематическую пару 6, 6', 6'', ось которой расположена параллельно осям начальной 4, 4', 4'' и промежуточной 5, 5', 5'' кинематических пар. Затем движение передается на выходную кинематическую пару 7, 7', 7''. Для осуществления вращательных движений дополнительный привод 8, 8', 8'' устанавливается в такое положение, чтобы оси входных 3, 3', 3'' и выходных 7, 7', 7'' вращательных кинематических пар пересекались бы в одной точке (фиг.1). Для осуществления поступательных перемещений выходного звена дополнительные приводы 8, 8', 8'' устанавливаются в такое положение, чтобы оси соответствующих входных пар 3, 3', 3'' и выходных 7, 7', 7'' вращательных кинематических пар были бы параллельны друг к другу, тем самым достигается расширение функциональных возможностей механизма, который может выполнять как поступательные, так и вращательные движения (фиг.2).