ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в суппортной группе металлорежущих станков и робототехнике.
Известен пространственный механизм (статья Yan Jin, I-Ming Chen, Guilin Yang Structure Synthesis and Singularity Analysis of a Parallel Manipulator Based on Selective Actuation. / Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Robotics & Automation New Orleans, LA April 2004, Fig.4), включающий основание, выходное звено, три соединительные кинематические цепи, каждая из которых содержит установленные с параллельными осями привод вращательного движения и привод поступательного движения, входное звено, промежуточное звено и два шарнира, оси которых расположены с пересечением в одной точке выходного звена. Недостатком данного устройства является то, что в каждой кинематической цепи расположены поступательные кинематические пары, склонные к перекосам и заклиниваниям, более сложные в изготовлении, чем вращательные пары.
За прототип взято устройство - пространственный механизм, который включает основание, выходное звено, три соединительные кинематические цепи, каждая из которых содержит установленные с параллельными осями привод вращательного движения и привод поступательного движения, входное звено, промежуточное звено и шарниры, оси которых расположены с пересечением в одной точке выходного звена. Каждая соединительная кинематическая цепь снабжена двумя последовательно установленными зубчатыми передачами с передаточным отношением, равным единице, расположенными в плоскостях, перпендикулярных осям соответствующих приводов.
Начальное колесо первой зубчатой передачи соединено с входным звеном соответствующей цепи. Конечное колесо первой зубчатой передачи совмещено с начальным колесом второй зубчатой передачи. Конечное колесо второй зубчатой передачи сопряжено с промежуточным звеном. Ось последнего установлена параллельно осям приводов соответствующей кинематической цепи и с пересечением в одной точке осей всех шарниров. Обеспечивается повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования в пространстве по шести координатам, [патент RU 2412798, B25J1/00].
Недостатком данного устройства является наличие большого количества звеньев, что усложняет конструкцию, увеличивает габаритно-массовые характеристики, снижает механический КПД и точность исполнительного движения выходного звена в процессе манипулирования в пространстве.
Техническим результатом разработки является расширение функциональных возможностей устройства манипулирования в пространстве, за счет обеспечения степени подвижности по шести координатам на базе кинематической развязки, что делает перемещения независимыми, сохраняет жесткость устройства манипулирования и расширяет его рабочую зону.
Указанный технический результат достигается тем, что в пространственном механизме, содержащем основание, установочный диск, опорно-поворотное устройство, соединенное с помощью шарниров с подвижным блоком, согласно заявляемому техническому решению, подвижный блок выполнен в виде наклонной платформы, шарнирно связанной с поворотным столом, установленным с возможностью вращения в горизонтальной плоскости, кроме того, механизм снабжен двумя каретками, одна из которых установлена в направляющих основания с возможностью продольного перемещения, а другая - в направляющих первой каретки с возможностью поперечного перемещения, вторая каретка с помощью вращательной пары соединена с валом электродвигателя, соединенным с поворотным столом, один торец которого жестко связан со сдвоенным шарниром, связанным, в свою очередь, с одним концом наклонной платформы и с корпусом двигателя поступательного перемещения, шток которого соединен с шарниром, связанным с опорно-поворотным устройством, а второй торец поворотного стола соединен с шарниром, связанным с корпусом второго двигателя поступательного перемещения, шток которого соединен с шарниром, связанным с наклонной платформой, другой конец которой связан со сдвоенным шарниром, соединенным с опорно-поворотным устройством, причем опорно-поворотное устройство жестко связано с двумя опорами, на торцах которых расположены вращательные шарниры, в которых закреплен установочный диск.
Сущность предлагаемого устройства пояснена чертежом, где на фиг.1 изображена схема пространственного механизма с шестью степенями свободы с кинематической развязкой.
Устройство содержит основание 1, установочный диск 2, выполненный в виде рабочего стола, первую каретку 3, установленную с возможностью продольного перемещения в направляющих 4, расположенных в основании 1. Каретка 3 связана с двигателем поступательного перемещения 5. Вторая каретка 6 установлена в первой каретке 3 в направляющих 7, с возможностью поперечного перемещения с помощью двигателя поступательного перемещения 8. Поворотный стол 9 установлен с возможностью вращения с помощью двигателя вращательного перемещения 10, ось которого расположена во вращательной паре 11. Пространственный механизм также состоит из подвижного блока, выполненного в виде наклонной платформы 12, опорно-поворотного устройства 13, трех двигателей поступательного перемещения, например, гидроцилиндров 14, 15 и 16. Шток гидроцилиндра 16 вращательным шарниром 17 соединен с установочным диском 2, а его корпус шарниром 18 соединен с опорно-поворотным устройством 13. По продольной оси А-А установочного диска 2 закреплены вращательные пары шарниров 19, установленных в опорах 20, жестко связанных с опорно-поворотным устройством 13. Кроме того, опорно-поворотное устройство 13 связано со штоком гидроцилиндра 15 через шарнир 21, а его корпус сдвоенным шарниром 22 - с поворотным столом 9. С другой стороны опорно-поворотное устройство 13 сдвоенным шарниром 23 связано с наклонной платформой 12. Наклонная платформа 12 жестко связана с корпусом шарнира 24, установленного на конце штока гидроцилиндра 14. Корпус гидроцилиндра 14 через шарнир 25 связан с поворотным столом 9. Пространственный механизм работает следующим образом. Относительно основания 1 конечное звено - установочный диск 2 перемещается поступательно вертикально посредством синхронного поворота, на соответствующие углы, наклонной платформы 12 и опорно-поворотного устройства 13 в противоположные стороны за счет перемещения штоков гидроцилиндров 14 и 15 соответственно.
Поступательные движения в горизонтальной плоскости происходят за счет движения первой 3 и второй 6 кареток, по направляющим 4 и 7 соответственно от двигателей поступательного перемещения 5 и 8. Двигатель вращательного движения 10 вращает вокруг вертикальной оси поворотный стол 9, который с помощью шарнира 11 передает вращательное движение установочному диску 2 через кинематическую цепь, состоящую из поворотного стола, наклонной платформы и опорно-поворотного устройства.
Поворот установочного диска 2 вокруг горизонтальной оси происходит за счет поступательного перемещения штока гидроцилиндра 16, а поворот вокруг горизонтальной поперечной оси, происходит за счет движения двигателей 14 и (или) 15, тем самым осуществляется поворот наклонной платформы 12 и(или) опорно-поворотного устройства 13 соответственно. Все шесть парциальных движений могут быть исполнены независимо и в любой последовательности.
Предложенный пространственный механизм с шестью степенями свободы с кинематической развязкой движений повышает техническую и эксплуатационную эффективность устройства манипулирования в пространстве, сохраняет высокую жесткость и расширяет его рабочую зону.