ПОРТАЛЬНЫЙ МАНИПУЛЯТОР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ АДДИТИВНОЙ ПЕЧАТИ

Полезная модель относится к манипуляторам параллельно-последовательной структуры с программным управлением для получения крупногабаритных изделий сложной формы методом аддитивной печати.
Известен портальный манипулятор параллельной структуры [Патент РФ на полезную модель №172752 авторов Глазунов В.А., Алешин А.К., Левин С.В., Шалюхин К.А., Рашоян Г.В., Скворцов С.А., Шептунов С.А., Исмаилова Н.А. опубликовано 21.07.2017, бюл. №21], содержащий основание, портал,  подвижную платформу, связанную с основанием приводами поступательного перемещения, продольную каретку, сопряженную с подвижной платформой посредством привода поступательного перемещения. Поперечную каретку, сопряженную с продольной кареткой также посредством привода поступательного перемещения. Выходное звено, связанное с вращательным приводом. Портал манипулятора состоит из закрепленных на основании четырех вертикальных стоек, связанных между собой продольными и поперечными горизонтальными балками и двумя со стороны поперечных балок подвижными звеньями, выполненными в виде рам, которые с одной стороны связаны с установленными на стойках подвижными приводами, а с другой стороны сопряжены с противоположными стойками поступательными кинематическими парами. Внутри портала расположена шарнирно соединенная с рамами платформа, на которой размещена продольная каретка, сопряженная с поперечной кареткой, на которой установлены вращательный двигатель с выходным звеном. При этом платформа соединена с рамами с одной стороны посредством двух вращательных кинематических пар, а с другой стороны промежуточным звеном, соединенным с рамой и платформой вращательными кинематическими парами. Продольная каретка соединена с подвижной платформой с одной стороны посредством подвижных поступательных приводов, а другой стороны посредством двух поступательных кинематических пар. Корпус вращающего двигателя, на оси которого закреплено выходное звено, жестко закреплен на поперечной каретке.
Недостатками портального манипулятора параллельной структуры является невозможность получения крупногабаритных изделий, т.к. центр не является мобильным и имеет жестко ограниченную рабочую зону.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является портальный робот [Патент РФ на изобретение №2022770 автора Беляев Н.П. опубликовано 15.11.1994]. Портальный робот содержит рельсовый путь (направляющие), портал, жестко связанный с двумя каретками, каждая из которых расположена на соответствующем рельсе и имеет две роликовые опоры (ползуны), по крайней мере одну тележку (подвижная платформа), расположенную на портале с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном к направлению рельсового пути, манипулятор, расположенный на тележке, электроприводы кареток, зубчатые рейки, прикрепленные к рельсам, две группы направляющих элементов, размещенных на одной из кареток спереди и сзади, а также систему программного управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения траектории перемещения манипулятора путем устранения качания роликовых опор, он содержит по крайней мере два гидравлических цилиндра одностороннего действия, рабочие камеры которых связаны между собой трубопроводом, при этом корпус каждого силового цилиндра соединен с кареткой, а шток - с роликовой опорой. С целью сглаживания инерционных колебаний портала, в трубопровод включен дополнительно введенный дроссель.
Недостатками приведенного портального робота является то, что, существующая конструкция не позволяет формировать траекторию укладки материала при аддитивной печати без дополнительных устройств в виде манипулятора, ограничивая тем самым рабочую зону в продольном направлении максимальным размером рабочей зоны манипулятора. Отсутствие возможности увеличения рабочей зоны объясняется наличием инерционных колебаний в процессе продольных перемещений портала.
Полезная модель направлена на получение крупногабаритных изделий высокой точности за счет увеличения границ рабочей зоны.
Это достигается тем, что портальный манипулятор для получения крупногабаритных изделий методом аддитивной печати содержит приводные телескопические и неприводные штанги с рамой. При этом верхние части приводных телескопических штанг попарно соединены с двумя неприводными штангами и с рамой. На раме установлена подвижная платформа с возможностью поперечного перемещения. При этом рама имеет возможность вертикального перемещения вдоль неприводных штанг. Нижние части всех штанг установлены с возможностью продольного перемещения посредством ползунов по двум параллельным направляющим. Направляющие закреплены на основании.
На фиг. 1 показан общий вид портального манипулятора для получения крупногабаритных изделий методом аддитивной печати.
Портальный манипулятор для получения крупногабаритных изделий методом аддитивной печати содержит основание 1 с двумя параллельными направляющими 2. На направляющих 2 установлено по два ползуна 3 с тормозными механизмами. Между этими ползунами 3 на каждой направляющей 2 установлено по одному ползуну 4. К ползуну 4 жестко закреплена нижняя часть неприводной штанги 5. Ползуны 3 с тормозными механизмами сопряжены, например, посредством шарниров, с нижней частью приводных телескопических штанг 6, установленных с возможностью продольного перемещения. Верхние части приводных телескопических штанг попарно соединены с двумя неприводными штангами 5 и рамой 7. Рама 7 крепится к верхней части неприводных штанг 5 с возможностью вертикального перемещения вдоль штанг. Подвижная платформа 8 установлена на раме 7 с возможностью поперечного перемещения, например, с помощью ходового винта 9 кинематически связанного с регулируемым электроприводом 10.
Портальный манипулятор для получения крупногабаритных изделий методом аддитивной печати работает следующим образом. Приводные телескопические штанги 6 перемещаются в горизонтальном направлении вдоль основания 1 по параллельным направляющим 2. За счет фиксации ползунов 3 тормозными механизмами на параллельных направляющих 2 приводные телескопические штанги 6 могут вращаться на ползуне 3 или раме 7. При перемещении в горизонтальном направлении вдоль основания 1 одновременно увеличивается длина двух приводных телескопических штанг 6. Чтобы не изменился вертикальный уровень рамы 7, ползуны 3 перемещаются в продольном горизонтальном направлении соответственно приводным телескопическим штангам 6, при этом их тормозные механизмы расфиксированы. При одновременном изменении длины всех приводных телескопических штанг 6 рама 7 с подвижной платформой 8 может изменить свое вертикальное положение, перемещаясь по неприводным штангам 5 с ползунами 4. При этом ползуны 3 должны быть зафиксированы своим тормозным механизмом. Перемещение подвижной платформы 8 в горизонтальном поперечном направлении происходит посредством ходового винта 9 с регулируемым электроприводом 10, не связанного с другими механизмами, а расположенным непосредственно на раме 7.
Таким образом, попарное соединение приводных телескопических штанг с двумя неприводными штангами обеспечивает жесткость конструкции портального манипулятора и как следствие приводит к повышению точности получаемого крупногабаритного изделия. Соединение всех штанг в своей верхней части с рамой, с установленной на ней подвижной платформой, обеспечивает высокую управляемость портального манипулятора, что приводит к уменьшению погрешности позиционирования подвижной платформы. Возможность поперечного перемещения подвижной платформы, установленной на раме, вертикального перемещения самой рамы вдоль неприводных штанг и продольного перемещения вместе с неприводными штангами позволяют осуществлять перемещения, не зависимыми друг от друга приводами, что исключает их влияние друг на друга, тем самым позволяет увеличивать габариты рабочего пространства и точность получаемых изделий. Установка нижних частей всех штанг на двух параллельных направляющих посредством ползунов с возможностью продольного перемещения снимает ограничения по габаритам в рабочей зоне в продольном направлении, тем самым увеличивает габариты получаемого изделия.
Полезная модель позволяет получить крупногабаритные изделия высокой точности за счет увеличения границ рабочей зоны манипулятора в стационарном состоянии.