RU207615U1

RU207615U1 - SPATIAL THREE-AXIS MECHANISM WITH TRANSLATIVE AND ROTARY MOTION OF THE OUTPUT LINK

Info

Publication number: RU207615U1
Application number: RU2021110990U
Authority: RU
Inventors: Виктор Аркадьевич Глазунов; Татьяна Витальевна Едакина; Антон Игоревич Едакин; Виолетта Владимировна Самойлова; Владимир Сергеевич Рамжаев
Priority date: 2021-04-16
Filing date: 2021-04-16
Publication date: 2021-11-03

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам, обеспечивающим поступательное перемещение рабочего органа по трем взаимно перпендикулярным осям. Установка позволяет осуществлять вращение выходного звена вокруг своей оси. Технический результат достигается тем, что в манипуляторе, содержащем основание, выходное звено, установлены три закрепленных на основании вращательных привода, оси которых имеют ортогональные направления X, У, Z, три кинематические цепи, состоящие каждая из двухзвенной кинематической пары, звенья которой шарнирно соединены между собой и выходным звеном, а также приводом посредством винтовой передачи и подвижной муфты, две двучленные пары, расположенные в горизонтальной и вертикальной плоскостях и соединяющие подвижную муфту с основанием. Манипулятор снабжен дополнительно установленной с помощью стоек платформой, в центре которой выполнено круговое окно, в нем установлены обечайка и вращающееся зубчатое колесо, сопряженное с шестерней, которая закреплена на валу установленного на платформе вращательного двигателя, при этом зубчатое колесо связано посредством поступательной кинематической пары, обечайки, карданного шарнира, соединенных штангой прямоугольного сечения, с выходным звеном, шарнирно связанным с центром подвижной платформы. 1 ил.The utility model relates to mechanical engineering, in particular to robotics, namely to spatial manipulation mechanisms that provide translational movement of the working body along three mutually perpendicular axes. The installation allows the rotation of the output link around its axis. The technical result is achieved by the fact that in the manipulator containing the base, the output link, three rotary drives fixed on the base are installed, the axes of which have orthogonal directions X, Y, Z, three kinematic chains, each consisting of a two-link kinematic pair, the links of which are hinged between itself and the output link, as well as a drive by means of a screw gear and a movable coupling, two double-member pairs located in the horizontal and vertical planes and connecting the movable coupling to the base. The manipulator is equipped with a platform additionally installed with the help of racks, in the center of which a circular window is made, a shell and a rotating gear wheel are installed in it, coupled with a gear, which is fixed on the shaft of a rotary motor installed on the platform, while the gear wheel is connected by means of a translational kinematic pair, a shell , cardan joint, connected by a rectangular bar, with an output link pivotally connected to the center of the movable platform. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к робототехнике, а именно, к пространственным манипуляционным механизмам, обеспечивающим поступательное перемещение рабочего органа по трем взаимно перпендикулярным осям. Установка позволяет осуществлять вращение выходного звена вокруг своей оси.The utility model relates to mechanical engineering, in particular, to robotics, namely, to spatial manipulation mechanisms that provide translational movement of the working body along three mutually perpendicular axes. The installation allows the rotation of the output link around its axis.

Технический результат достигается тем, что в известном манипуляторе, содержащем основание, выходное звено, установлены три закрепленных на основании вращательных привода, оси которых имеют ортогональные направления X, У, Z, три кинематические цепи, состоящие каждая из двухзвенной кинематической пары, звенья которой шарнирно соединены между собой и выходным звеном, а также приводом посредством винтовой передачи и подвижной муфты, две двучленные пары, расположенные в горизонтальной и вертикальной плоскостях и соединяющие подвижную муфту с основанием. Новым является то, что манипулятор снабжен дополнительно установленной с помощью стоек на определенной высоте от основания платформой, в центре которой выполнено круговое окно, в нем установлены обечайка и вращающееся зубчатое колесо, сопряженное с шестерней, которая закреплена на валу установленного на платформе вращательного двигателя, при этом зубчатое колесо связано посредством поступательной кинематической пары, обечайки, карданного шарнира, соединенных штангой прямоугольного сечения, с выходным звеном, шарнирно связанным с центром подвижной платформы.The technical result is achieved by the fact that in a known manipulator containing a base, an output link, three rotary drives fixed on the base are installed, the axes of which have orthogonal directions X, Y, Z, three kinematic chains, each consisting of a two-link kinematic pair, the links of which are hingedly connected between themselves and the output link, as well as a drive by means of a screw gear and a movable coupling, two double-member pairs located in the horizontal and vertical planes and connecting the movable coupling to the base. What is new is that the manipulator is equipped with a platform additionally installed with the help of racks at a certain height from the base, in the center of which a circular window is made, a shell and a rotating gear wheel are installed in it, coupled with a gear, which is fixed on the shaft of a rotary motor installed on the platform, when In this case, the gear wheel is connected by means of a translational kinematic pair, a shell, a universal joint, connected by a bar of rectangular section, with an output link pivotally connected to the center of the movable platform.

В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности к заявленной полезной модели механизм манипулятора, запатентованного № RU 133045 U1 B25J 1/00 от 04.04.2013 г. авторами Ганиевым Р.Ф., Касиловым В.П., Глазуновым В.А., Левиным С.В., Шалюхиным К.А., содержащего основание, выходное звено, три закрепленных на основании вращательных привода, оси которых имеют ортогональные направления, три кинематические цепи, состоящие каждая из двухзвенной кинематической пары, звенья которой шарнирно соединены между собой и выходным звеном, а также приводом посредством винтовой передачи и подвижной муфты, две двучленные пары, расположенные в горизонтальной и вертикальной плоскостях и соединяющие подвижную муфту с основанием.The mechanism of the manipulator, patented No. RU 133045 U1 B25J 1/00 dated 04.04.2013, by the authors R.F. Ganiev, V.P. Kasilov, V.A. Levin S.V., Shalyukhin K.A., containing a base, an output link, three rotary drives fixed on the base, the axes of which have orthogonal directions, three kinematic chains, each consisting of a two-link kinematic pair, the links of which are hingedly connected to each other and the output a link, as well as a drive by means of a screw gear and a movable coupling, two double-member pairs located in the horizontal and vertical planes and connecting the movable coupling to the base.

Недостатком манипулятора является то, что конструкция механизма не обеспечивает вращательное движение выходного звена вокруг собственной оси, что ограничивает его функциональные возможности и уменьшает область применения.The disadvantage of the manipulator is that the design of the mechanism does not provide rotary movement of the output link around its own axis, which limits its functionality and reduces the scope of application.

Целью полезной модели является устранение отмеченных недостатков, обеспечение дополнительной степени свободы механизма - вращение выходного звена вокруг собственной оси.The purpose of the utility model is to eliminate the noted drawbacks, to provide an additional degree of freedom of the mechanism - the rotation of the output link around its own axis.

Поставленная цель достигается за счет того, что предлагается пространственный трехосевой механизм с поступательным и вращательным движением выходного звена, включающий основание, выходное звено, три кинематические цепи, каждая из которых содержит вращательный привод, двухзвенную кинематическую пару, звенья которой шарнирно соединены между собой и с подвижной площадкой выходного звена, а также с вращательным приводом посредством винтовой передачи и подвижной муфты, две двучленные пары, расположенные в горизонтальной и вертикальной плоскостях и соединяющие подвижную муфту с основанием. При этом оси всех вращательных приводов имеют ортогональные направления X, Y, Z, Кроме того, в механизме использована платформа, прикрепленная с помощью стоек к основанию, в центре которой выполнено круговое окно с установленными в нем обечайкой и вращающимся зубчатым колесом, сопряженным с приводной шестерней, закрепленной на валу, соединенном с установленным на платформе вращательным двигателем, при этом зубчатое колесо связано посредством поступательной кинематической пары, обечайки, карданного шарнира, соединенных штангой прямоугольного сечения, с выходным звеном, шарнирно связанным с центром подвижной площадки. Устройство манипулятора представлено на Фиг. 1.This goal is achieved due to the fact that a spatial three-axis mechanism with a translational and rotational movement of the output link is proposed, including a base, an output link, three kinematic chains, each of which contains a rotary drive, a two-link kinematic pair, the links of which are hingedly connected to each other and to the movable the platform of the output link, as well as with a rotary drive by means of a screw transmission and a movable coupling, two double-member pairs located in the horizontal and vertical planes and connecting the movable coupling to the base. In this case, the axes of all rotary drives have orthogonal directions X, Y, Z, In addition, the mechanism uses a platform attached by means of racks to the base, in the center of which a circular window is made with a shell installed in it and a rotating gear wheel mated with a drive gear , fixed on a shaft connected to a rotary motor mounted on a platform, while the gear wheel is connected by means of a translational kinematic pair, a shell, a universal joint connected by a rectangular bar with an output link pivotally connected to the center of the movable platform. The manipulator device is shown in FIG. 1.

Предлагаемый механизм состоит из основания 1, выходного звена 2, трех кинематических цепей. Каждая кинематическая цепь содержит вращательный привод 3, двухзвенную кинематическую пару, звенья 4,5 которой шарнирно соединены между собой и с подвижной площадкой 6 выходного звена 2, а также приводом 3 посредством винтовой передачи 7 и подвижной муфты 8. В горизонтальной и вертикальной плоскостях расположены две двучленные пары 9, соединяющие подвижную муфту 8 с основанием 1. Оси всех приводов 3 имеют ортогональные направления X, У, Z. На определенной высоте на стойках 10, прикрепленных к основанию 1, расположена платформа 11, в центре которой выполнено круговое окно с установленными в нем обечайкой 12 и вращающимся зубчатым колесом 13. Зубчатое колесо 13 сопряжено с приводной шестерней 14, которая закреплена на валу установленного на платформе 11 вращательного двигателя 15. Также зубчатое колесо 13 связано посредством поступательной кинематической пары 16, обечайки 12 и карданного шарнира 17, соединенных штангой 18 прямоугольного сечения, с выходным звеном 2, шарнирно установленным в центре подвижной платформы 6.The proposed mechanism consists of a base 1, an output link 2, three kinematic chains. Each kinematic chain contains a rotary drive 3, a two-link kinematic pair, the links 4,5 of which are pivotally connected to each other and to the movable platform 6 of the output link 2, as well as the drive 3 by means of a screw gear 7 and a movable coupling 8. In the horizontal and vertical planes there are two two-member pairs 9 connecting the movable clutch 8 to the base 1. The axes of all drives 3 have orthogonal directions X, Y, Z. it with a shell 12 and a rotating gear 13. Gear 13 is mated with a drive gear 14, which is fixed on the shaft of a rotary motor 15 mounted on a platform 11. 18 rectangular section, with 2 outlet link, articulated m in the center of the movable platform 6.

Устройство (Фиг. 1) работает следующим образом.The device (Fig. 1) works as follows.

Установленные на основании 1 привода вращательного движения 3 приводят к вращению винтов винтовых передач 7, и соответствующему поступательному перемещению подвижных муфт 8 вдоль осей действия приводов 3. Необходимая жесткость, а также точность поступательного перемещения обеспечивается в каждой кинематической цепи за счет двух двучленных пар 9, соединяющих подвижные муфты 8 с основанием 1. В движение приходят двухзвенные кинематические пары, шарнирно соединенные звенья 4,5 которых перемещают по трем взаимно перпендикулярным осям выходное звено 2 вместе с установленной в центре подвижной площадкой 6. Для обеспечения дополнительной степени свободы механизма - вращения выходного звена 2 вокруг собственной оси, на определенной высоте на стойках 10, прикрепленных к основанию 1, расположена платформа 11, в центре которой выполнено круговое окно. Установленный вертикально на платформе 11 вращательный двигатель 15 приводит во вращение шестерню 14, а также сопряженное с ней зубчатое колесо 13, которое соединяется с выходным звеном 2 через круговое окно. В нем установлена обечайка 12, шарнирно сопряженная с зубчатым колесом 13, а также поступательной кинематической парой 16, позволяющей штанге 18 прямоугольного сечения перемещаться поступательно вдоль собственной оси. Штанга 18 связана посредством карданного шарнира 17 с выходным звеном 2, шарнирно установленным в центре подвижной площадке 6. К выходному звену 2 крепится рабочий орган для выполнения захвата или удержания инструмента.The rotary motion drive 3 installed on the base 1 lead to the rotation of the screws of the screw gears 7, and the corresponding translational displacement of the movable couplings 8 along the axes of the actuators 3. movable couplings 8 with a base 1. Two-link kinematic pairs come into motion, the hinged links 4.5 of which move along three mutually perpendicular axes the output link 2 together with the movable platform 6 installed in the center. To provide an additional degree of freedom of the mechanism - the rotation of the output link 2 around its own axis, at a certain height on racks 10 attached to the base 1, there is a platform 11, in the center of which a circular window is made. The rotary motor 15 installed vertically on the platform 11 drives the gear 14 in rotation, as well as the gear 13 associated with it, which is connected to the output link 2 through the circular window. A shell 12 is installed in it, pivotally coupled with a gear wheel 13, as well as a translational kinematic pair 16, which allows the rod 18 of rectangular cross-section to move translationally along its own axis. The rod 18 is connected by means of a cardan joint 17 with the output link 2, pivotally mounted in the center of the movable platform 6. A working body is attached to the output link 2 for gripping or holding the tool.

Конструкция механизма позволяет обеспечить четыре степени свободы, включающие перемещение выходного звена в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, а также вращение его вокруг собственной оси, обеспечивая тем самым расширение функциональных возможностей манипулятора в целом.The design of the mechanism allows for four degrees of freedom, including the movement of the output link in three mutually perpendicular planes, as well as its rotation around its own axis, thereby expanding the functionality of the manipulator as a whole.

Claims

Spatial three-axis mechanism with translational and rotational movement of the output link, including a base, an output link, three kinematic chains, each of which contains a rotary drive, a two-link kinematic pair, the links of which are pivotally connected to each other and to the movable platform of the output link, as well as a rotary drive by means of a screw gear and a movable coupling, two double-member pairs located in the horizontal and vertical planes and connecting the movable coupling to the base, while the axes of all rotary drives have orthogonal directions X, Y, Z, characterized in that it is equipped with an additionally located platform attached with the help of racks to the base, in the center of which a circular window is made with a shell installed in it and a rotating gear wheel, mated with a drive gear fixed on a shaft connected to a rotary motor installed on the platform, while the gear wheel is connected by a translational kinematic pair, a shell, a universal joint connected by a rectangular bar, with an output link pivotally connected to the center of the movable platform.