УСТРОЙСТВО ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к устройствам, подобным рукам манипуляторов и предназначено для позиционирования полезной нагрузки, например, инструмента, телевизионной камеры, экрана и т.п. в требуемом положении после перевода ее из предыдущего положения.
Известно изобретение [1], представляющее собой гибкий суппорт, установленный на несущей конструкции. При этом гибкий суппорт выполнен в виде полнотелых сегментов, взаимодействующими между собой торцевыми выпуклыми поверхностями, образуя сочлененную структуру. Силовая пружина создает необходимое усилие взаимодействия сегментов. Конструкция позволяет устанавливать полезную нагрузку, закрепленную на свободном конце, в любом из трех измерений.
Недостаток устройства в сложности обеспечения стабильности положения полезной нагрузки при больших нагрузках.
Известен гибкий манипулятор [2], состоящий из последовательно расположенных, обкатывающихся друг по другу рабочих элементов, связанных по краям гибкой связью, отличающийся тем, что рабочие элементы выполнены в виде усеченных сегментов цилиндра или эллипса. Данное изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании промышленных роботов повышенной гибкости и, кроме того, для гибкого крепления наводящихся систем, антенн, различных излучателей и телекамер. Сущность изобретения заключается в том, что рабочие элементы манипулятора выполнены в виде усеченных сегментов цилиндра. Кроме того, рабочие элементы имеют рабочую поверхность с поперечными зубьями, ограничители бокового смещения и крепежный паз. Гибкие элементы расположены между направляющими роликами, установленными в пазах, на торцах рабочих элементов, а рабочая поверхность элементов имеет переменный радиус кривизны. Технический результат изобретения состоит в улучшении технических и эксплуатационных характеристик, повышении надежности, а также снижении массы и удешевлении манипулятора.
Известна гибкая рука робота-манипулятора [3], состоящая из множества последовательно расположенных двояковыпуклых элементов, взаимодействующих друг с другом выпуклыми поверхностями, соединенных между собой гибкими связями, одна из которых центральная, а четыре других проходят по периферии элементов. Прикладывая различные усилия к периферийным тягам создают изгиб всей конструкции в требуемом направлении, устанавливая свободный конец гибкой руки в нужном положении.
Недостаток конструкции во взаимном высоком удельном давлении элементов, что создает большие контактные напряжения, однако по своей технической сущности последнее изобретение наиболее близко заявляемому устройству и может служить прототипом.
Задачей, решаемой предложенным устройством является повышение надежности фиксации полезной нагрузки в требуемом положении.
Поставленная задача решается следующим образом. В предложенном устройстве позиционирования полезной нагрузки, содержащем гибкий суппорт, установленный на несущей конструкции и образованный рядом последовательно расположенных элементов, взаимодействующих друг с другом своими наружными поверхностями и соединенных между собой, по крайней мере, одной гибкой связью, снабженной механизмом натяжения, элементы выполнены с выпукло-вогнутыми сферическими торцами, причем выпуклый торец одного элемента взаимодействует с вогнутым торцем соседнего элемента, в центре каждого элемента выполнено отверстие для центральной гибкой связи в виде двух расходящихся наружу конусов, допускающее взаимное поперечное смещение соседних элементов, натяжной механизм снабжен пружинным устройством предварительного натяжения.
При этом натяжной механизм выполнен в виде электромеханического устройства. Натяжной механизм также может быть выполнен с ручным приводом. Для повышения устойчивости конструкции радиус вогнутой сферы может быть выполнен меньшего радиуса и составлять 0,95…0,97 радиуса наружной сферы каждого элемента. С этой же целью по краю вогнутой сферы может быть выполнен круговой поясок, контактирующий со сферической рабочей поверхностью соседнего элемента.
На фиг.1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 и 3 представлена конструкция гибкого суппорта в разрезе, на фиг.4, 5. 6, 7 и 8 показана схема взаимодействия элементов устройства.
Устройство позиционирования состоит из несущей конструкции 1, на которой установлен гибкий суппорт 2, образованный рядом последовательно расположенных элементов 3, взаимодействующих друг с другом своими наружными поверхностями и соединенных между собой, по крайней мере, одной гибкой связью - тросом 4, и снабженный механизмом 5 натяжения гибкой связи, а элементы 3 выполнены с выпукло-вогнутыми сферическими торцами, причем выпуклый торец одного элемента взаимодействует с вогнутым торцом соседнего элемента, и в центре каждого элемента выполнено отверстие для центральной гибкой связи 4 в виде двух расходящихся наружу конусов, допускающее взаимное поперечное смещение соседних элементов 3 без нарушения контакта взаимодействующих поверхностей. Устройство снабжено механизмом предварительного натяжения 6.
Натяжной механизм 5 выполнен в виде электромеханического устройства или снабжен ручным приводом. Радиус вогнутой сферы составляет 0,95…0,97 радиуса наружной сферы каждого элемента 3.
По краю вогнутой сферы элемента 3 может быть выполнен круговой поясок 7 с частью вогнутой сферической поверхности, радиус которой равен радиусу кривизны сопрягаемой с ним выпуклой сферы соседнего элемента.
Механизм 6 предварительного натяжения установлен на свободном конце гибкого суппорта 2 и выполнен в виде гребенчатого зажима 8 троса 4, опертого на регулировочный винт 9, ввернутый в конечный элемент 10. Снаружи эти детали закрыты крышкой-корпусом 11.
С противоположного конца суппорта 2(трос 4 заделан во втулку 12, размещенную в стакане 13 с возможностью продольного упругого перемещения. Между втулкой 12 и стаканом 13 установлена пружина 14. Стакан 13 опирается на корпус 15 натяжного механизма 5 и взаимодействует своим буртиком с захватом 16, связанным через гайку 17 с тягой 18 механизма натяжения 5. На корпусе 15 закреплен первый элемент 19 гибкого суппорта 2.
Полезные нагрузки закрепляются на крышку-корпус 11.
Устройство работает следующим образом. При настройке устройства, механизмом предварительного натяжения 6 выставляют усилие на пружине 14 с помощью регулировочного винта 9, натягивая трос 4 до состояния, обеспечивающего удержание собственного веса гибкого суппорта 2 с прикрепленной к нему полезной нагрузкой.
При эксплуатации свободный конец суппорта 2 с закрепленной на нем полезной нагрузкой вручную переводят в необходимое положение. Натягивая трос 4 натяжным механизмом 5 фиксируют суппорт 2 с полезной нагрузкой. При необходимости, ослабляя натяжение троса 4 механизмом 5, вручную изменяют требуемое положение полезной нагрузки и снова, натягивая трос механизмом 5, обеспечивают надежную фиксацию суппорта 2.
Заявителем изготовлено опытное устройство позиционирования, которое продемонстрировало простоту управления им и высокую надежность крепления полезной нагрузки.
Список использованных источников информации
1. Патент США №4625936,1986, Гибкий суппорт и несущая конструкция,
2. Заявка РФ на изобретение №2003103649/02, 06.02.2003, Гибкий манипулятор,
3. Патент США №4393728,1983 г., Гибкая рука, преимущественно робота, (прототип).