ДВУХМОДУЛЬНЫЙ МАНИПУЛЯТОР ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ

Полезная модель относится к механическим системам параллельно-последовательной (гибридной) структуры, применяемым в технике для получения заданного движения выходного звена.
Известен поворотный гексапод с круговой направляющей (Coulombe J., Bonev LA. A new rotary hexapod for micropositioning. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Karlsruhe, Germany, 2013, pp.869-872, Figure 2), включающий неподвижное звено (стойку), выполненное в виде замкнутой круговой направляющей, и выходное звено, выполненное в виде платформы, соединенные между собой шестью кинематическими цепями, каждая из которых включает каретку и штангу. Каретка образует с круговой направляющей вращательный шарнир, а штанга входит в сферические шарниры с кареткой и платформой. Движение выходного звена контролируется шестью приводами, расположенными на каретках, выполняющих функцию ведущих звеньев. При этом на круговой направляющей нарезаны зубья, а на валах приводов кареток жестко установлены аналоги зубчатых колес, которые выполнены в виде цилиндров, установленных между двумя круглыми пластинами, и сопряжены с круговой направляющей. Недостатком такого устройства является относительно небольшое рабочее пространство.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является складной механизм параллельной структуры с круговой направляющей (Заявка на полезную модель №2022108250 от 29.03.2022), включающий неподвижное звено (стойку), выполненное в виде замкнутой круговой направляющей с нарезанными на ней зубьями, и выходное звено, выполненное в виде платформы, соединенные между собой тремя кинематическими цепями, каждая из которых включает каретку с зубчатым колесом, промежуточное звено и криволинейную штангу. Каретка образует с круговой направляющей и промежуточным звеном вращательные шарниры. При этом зубчатое колесо и круговая направляющая входят в зубчатое зацепление. Штанга образует с промежуточным звеном вращательный шарнир, а с платформой - сферический шарнир. Движение выходного звена контролируется шестью приводами, установленными в каждой кинематической цепи на каретке и промежуточном звене. В этом механизме обеспечивается значительное вертикальное смещение платформы за счет трансформации его конструкции между трехмерной и двумерной конфигурациями. В последней платформа располагается сразу над круговой направляющей, а штанги занимают горизонтальные положения.
Данный механизм принимается за прототип предлагаемого устройства. Недостаток прототипа заключается в отсутствии дополнительной цепи, которая позволила бы расширить рабочее пространство.
Техническая проблема, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в усовершенствовании конструкции прототипа путем введения дополнительной цепи, которая обеспечит расширенное рабочее пространство.
Данная проблема решается тем, что в предлагаемом двухмодульном манипуляторе параллельно-последовательной структуры, содержащем складной нижний модуль, включающий стойку в виде замкнутой круговой направляющей с нарезанными на ней зубьями и платформу, между которыми установлено три кинематических цепи, каждая из которых включает установленную на круговой направляющей каретку с зубчатым колесом, U-образное промежуточное звено, сопряженное с соответствующей кареткой посредством вращательного шарнира, ось которого проходит через центр круговой направляющей, и криволинейную штангу, сопряженную одним концом посредством вращательного шарнира с соответствующим промежуточным звеном, а другим концом посредством сферического шарнира - с платформой, при этом зубчатые колеса и криволинейные штанги сопряжены с соответствующими приводами, согласно изобретению, он снабжен установленным на платформе верхним модулем, выполненным в виде открытой кинематической цепи, состоящей из последовательно соединенных ведущего рычага, шатуна и выходного звена, снабженных отдельными приводами.
Технический результат, получаемый при использовании полезной модели, заключается в расширенных габаритах рабочего пространства за счет складной конструкции манипулятора, это способствует применению предлагаемого устройства во многих технологических процессах.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана конструкция манипулятора в сложенной и разложенной конфигурациях.
Двухмодульный манипулятор параллельно-последовательной структуры состоит из стойки 1, выполненной в виде замкнутой круговой направляющей с нарезанными на ней зубьями, кареток 2, установленных на круговой направляющей 1. Внутри кареток 2 подвижно установлены зубчатые колеса 3. Промежуточные звенья 4 выполнены U-образными и сопряжены с каретками 2 посредством вращательных шарниров, оси которых проходят через центр круговой направляющей. Штанги 5 выполнены криволинейными и входят с промежуточными звеньями 4 во вращательные шарниры, а с платформой 6 в сферические шарниры. Данные звенья образуют нижний модуль манипулятора. На платформе 6 установлен верхний модуль, выполненный в виде открытой кинематической цепи, включающей последовательно соединенные ведущий рычаг 7, шатун 8 и выходное звено 9.
Приводными звеньями (звеньями, на которые устанавливаются привода), в нижнем модуле являются зубчатые колеса 3 и криволинейные штанги 5, в верхнем модуле являются ведущий рычаг 7, шатун 8 и выходное звено 9.
Принцип действия двухмодульного манипулятора параллельно-последовательной структуры заключается в следующем. В каждой кинематической цепи нижнего модуля движение может быть задано независимо каретке 2 через зубчатое колесо 3 или криволинейной штанге 5. При задании движения зубчатым колесам 3, каретки 2 смещаются вдоль круговой направляющей 1, при этом наклоняются промежуточные звенья 4. При задании движения криволинейным штангам 5, они перемещаются из горизонтального положения в вертикальное и обратно, смещая при этом платформу 6. Одновременно в открытой кинематической цепи верхнего модуля движение может быть задано независимо ведущему рычагу 7, шатуну 8 и выходному звену 9.
Предлагаемый манипулятор может быть применен в инженерных приложениях, требующих расширенные габариты рабочего пространства. Например, в процессах по перемещению различных объектов (погрузка, выгрузка, укладка, перемещение), обработке элементов деталей машин или сборке конструкций.
Также стоит отметить, что в разложенной конфигурации нижний модуль предлагаемого манипулятора при заблокированных приводах криволинейных штанг может обеспечивать сферическое движение. При этом включение приводов криволинейных штанг позволяет изменить радиус сферы, относительно которой смещается платформа.