RU2689270C1

RU2689270C1 - Spatial mechanism for capturing, holding and moving objects

Info

Publication number: RU2689270C1
Application number: RU2018134411A
Authority: RU
Inventors: Алексей Сергеевич Фомин; Виктор Аркадьевич Глазунов
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2019-05-24

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to mechanisms used in engineering to obtain a given movement of an output link, and can be used, in particular, in medicine when performing laparoscopic operations. Mechanism contains a post, a crank, a screw con-rod, a nut with a rod rigidly installed on it and a balance arm. Mechanism is equipped with additional con-rod and rocker, which form a rotary kinematic pair, and an output link with a device for gripping and holding the object, which enters a translational kinematic pair with an additional connecting rod and a spherical kinematic pair with a rod rigidly mounted on the nut. At that axes of kinematic pairs between output link and additional connecting rod, additional rocker arm and con-rod, post and additional rocker cross one point. At that, additional connecting rod and rocker are spherical. Besides, appliance for gripping and holding objects is made in the form of gripper.

EFFECT: invention is aimed at expansion of functional capabilities.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к механизмам, применяемым в технике для получения заданного движения выходного звена, и может быть использовано, в частности, в медицине при проведении лапароскопических операций.The invention relates to mechanisms used in the technique for obtaining a given movement of the output link, and can be used, in particular, in medicine during laparoscopic operations.

Известна роботизированная хирургическая система «da Vinci» [А.В. Федоров, А.Г. Кригер, С.В. Берелавичус, М.Г. Ефанов, Д.С. Горин. Робот-ассистированные операции в абдоминальной хирургии. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова, 2010, №1, С. 16-21]. Данная система применяется при проведении ряда хирургических операций. Ее недостатком является достаточно большой вес (около 500 кг) и наличие множества приводов, что усложняет контроль данного робота и может привести к сбоям в его работе.Known robotic surgical system "da Vinci" [A. Fedorov, A.G. Krieger, S.V. Berelavichus, MG Efanov, D.S. Gorin. Robot-assisted surgery in abdominal surgery. Surgery. Journal them. N.I. Pirogov, 2010, №1, p. 16-21]. This system is used for a number of surgical operations. Its disadvantage is a sufficiently large weight (about 500 kg) and the presence of many drives, which complicates the control of this robot and can lead to failures in its operation.

Известен также механизм для воспроизведения пространственных кривых [Патент RU №2309051 МПК B43L 11/00, опубл. 27.10.2007], включающий стойку, кривошип, шатун, выполненный в виде винта, гайку с жестко установленным на ней элементом, воспроизводящим пространственную кривую, и коромысло. Кинематические пары между стойкой и кривошипом, кривошипом и шатуном, стойкой и коромыслом выполнены вращательными с параллельными осями, а кинематическая пара между гайкой и коромыслом выполнена вращательной с осью, расположенной в перпендикулярной плоскости к осям остальных вращательных кинематических пар и совпадающей с продольной осью шатуна, образующего винтовую кинематическую пару с гайкой. Механизм обладает одной степенью подвижности, движения всех его звеньев контролируются единственным приводом. Механизм позволяет воспроизводить пространственную винтовую траекторию с криволинейной осью.A mechanism for reproducing spatial curves is also known [Patent RU # 2309051 IPC B43L 11/00, publ. 10.27.2007], including a stand, a crank, a crank, made in the form of a screw, a nut with an element rigidly mounted on it that reproduces the spatial curve, and a rocker arm. The kinematic pairs between the stand and the crank, the crank and the connecting rod, the stand and the rocker arm are rotary with parallel axes, and the kinematic pair between the nut and the rocker arm is rotatable with an axis located in the plane perpendicular to the axes of the other rotary kinematic pairs and coinciding with the longitudinal axis of the connecting rod forming screw kinematic pair with a nut. The mechanism has one degree of mobility, the movements of all its links are controlled by a single drive. The mechanism allows to reproduce a spatial screw trajectory with a curvilinear axis.

Данный механизм является наиболее близким к заявляемому изобретению и принимается за прототип предлагаемого устройства. Недостатком прототипа является то, что выходным звеном в нем является гайка. В связи с тем, что расстояние от вращательной пары кривошип-шатун до гайки в процессе работы механизма является переменным, это требует выполнения элемента, воспроизводящего пространственную кривую, достаточно длинным для того, чтобы исключить пересечение воспроизводимой кривой с шатуном. Вместе с тем, увеличение длины элемента будет способствовать увеличению его веса и может привести к дополнительным инерционным нагрузкам. Недостатком данного механизма также является невозможность его применения при выполнении хирургических операций в связи с винтовым движением выходного звена.This mechanism is the closest to the claimed invention and is taken as a prototype of the proposed device. The disadvantage of the prototype is that the output link in it is a nut. Due to the fact that the distance from the rotational pair of the crank-rod to the nut during the operation of the mechanism is variable, this requires the execution of an element reproducing the spatial curve long enough to exclude the intersection of the reproducible curve with the connecting rod. At the same time, an increase in the length of an element will increase its weight and may lead to additional inertial loads. The disadvantage of this mechanism is also the impossibility of its use when performing surgical operations in connection with the screw movement of the output link.

Технической проблемой, решаемой предлагаемым изобретением, является расширение функциональных возможностей прототипа путем введения в его состав дополнительных подвижных звеньев с целью получения требуемого движения выходного звена.The technical problem solved by the invention is the expansion of the functionality of the prototype by introducing into its composition additional moving links in order to obtain the desired movement of the output link.

Данная проблема решается тем, что, предложен пространственный механизм для захвата, удержания и перемещения объектов, включающий стойку, кривошип, винтовой шатун, гайку и коромысло, в котором кинематические пары между стойкой и кривошипом, кривошипом и винтовым шатуном, стойкой и коромыслом выполнены вращательными с параллельными осями, а кинематическая пара между гайкой и коромыслом выполнена вращательной с осью, лежащей в перпендикулярной плоскости к этим осям и совпадающей с продольной осью винтового шатуна, образующего с гайкой винтовую кинематическую пару, согласно изобретению, механизм снабжен дополнительными шатуном и коромыслом, образующими между собой вращательную кинематическую пару, и выходным звеном с приспособлением для захвата и удержания объекта, входящим в поступательную кинематическую пару с дополнительным шатуном и в сферическую кинематическую пару со стержнем, жестко установленным на гайке, причем оси кинематических пар между выходным звеном и дополнительным шатуном, дополнительными коромыслом и шатуном, стойкой и дополнительным коромыслом пересекаются в одной точке, при этом дополнительные шатун и коромысло выполнены сферическими. Кроме этого, приспособление для захвата и удержания объектов выполнено в виде схвата.This problem is solved by the fact that a spatial mechanism is proposed for gripping, holding and moving objects, including a stand, a crank, a screw rod, a nut and a rocker arm, in which the kinematic pairs between the stand and the crank, the crank and the connecting rod, the stand and the rocker are rotational with parallel axes, and the kinematic pair between the nut and the rocker is rotational with an axis lying in a perpendicular plane to these axes and coinciding with the longitudinal axis of the screw rod that forms the nut of wines The new kinematic pair, according to the invention, is provided with an additional connecting rod and rocker, forming between itself a rotational kinematic pair, and an output link with a device for gripping and holding an object that is included in a forward kinematic pair with an additional connecting rod and a spherical kinematic pair with a rod rigidly mounted on the nut, with the axles of the kinematic pairs between the output link and the additional connecting rod, the additional beam and the connecting rod, the strut and the additional beam They are cut at the same point, while the additional connecting rod and rocker are spherical. In addition, a device for capturing and holding objects made in the form of gripper.

Технический эффект, получаемый при реализации изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей прототипа путем введения в его состав дополнительных подвижных звеньев, шатуна и коромысла, с целью получения требуемого движения выходного звена. Кроме этого, появляется возможность применения данного механизма при выполнении хирургических операций, так как траектория движения выходного звена не пересекается с траекторией движения подвижных звеньев.The technical effect obtained by the implementation of the invention is to expand the functionality of the prototype by introducing into its composition additional moving parts, connecting rod and rocker arm, with the aim of obtaining the desired movement of the output link. In addition, it becomes possible to use this mechanism when performing surgical operations, since the trajectory of the output link does not intersect with the motion path of the moving links.

Предлагаемое изобретение проиллюстрировано чертежом, где на фигуре 1 показан пространственный механизм для захвата, удержания и перемещения объектов, а на фигуре 2 - приспособление для захвата и удержания объекта, выполненного в виде схвата.The present invention is illustrated in the drawing, where figure 1 shows the spatial mechanism for gripping, holding and moving objects, and figure 2 is a device for gripping and holding an object, made in the form of gripper.

Механизм для захвата, удержания и перемещения объектов состоит из стойки 1, кривошипа 2, винтового шатуна 3, гайки 4 с жестко установленным на ней стержнем 5, коромысла 6, выходного звена 7, дополнительных шатуна 8 и коромысла 9.The mechanism for gripping, holding and moving objects consists of a rack 1, crank 2, screw rod 3, nut 4 with rod 5 fixed on it, rocker arm 6, output link 7, additional rod 8 and rocker arm 9.

Кинематические пары звеньев 1-2, 2-3 и 5-6 выполнены вращательными с параллельными осями. Кинематическая пара звеньев 4-6 выполнена вращательной с осью, лежащей в перпендикулярной плоскости к осям пар звеньев 1-2, 2-3 и 5-6 и совпадающей с продольной осью шатуна 3, образующего винтовую кинематическую пару звеньев 3-4 с гайкой 4. Кинематическая пара звеньев 5-7 выполнена сферической, пара звеньев 7-8 выполнена поступательной, а пары звеньев 8-9 и 9-1 выполнены вращательными.Kinematic pairs of links 1-2, 2-3 and 5-6 are made rotational with parallel axes. The kinematic pair of links 4-6 is made rotational with an axis lying in a perpendicular plane to the axes of pairs of links 1-2, 2-3 and 5-6 and coinciding with the longitudinal axis of the connecting rod 3, forming a screw kinematic pair of links 3-4 with a nut 4. The kinematic pair of links 5-7 is made spherical, a pair of links 7-8 is made progressive, and a pair of links 8-9 and 9-1 are made rotary.

На конце выходного звена 7 установлено приспособление для захвата и удержания объектов, выполненное в виде схвата.At the end of the output link 7 there is a device for gripping and holding objects, made in the form of a gripper.

Дополнительные шатун 8 и коромысло 9 выполнены сферическими, а оси кинематических пар звеньев 7-8, 8-9 и 9-1 пересекаются в одной точке. Данная конструктивная особенность предлагаемого механизма имеет принципиальное значение и обеспечивает работоспособность механизма.Additional rod 8 and the yoke 9 are made spherical, and the axes of the kinematic pairs of links 7-8, 8-9 and 9-1 intersect at one point. This design feature of the proposed mechanism is of fundamental importance and ensures the operation of the mechanism.

Принцип работы механизма заключается в следующем. Задавая вращение кривошипу 2, винтовой шатун 3 начнет вкручиваться в гайку 4, тем самым, приводя ее в движение. При этом длина между кинематическими парами 2-3 и 3-4 будет переменной. Стержень 5, жестко соединенный с гайкой 4, передаст движение выходному звену 7 через кинематическую пару звеньев 5-7. Выходное звено 7, ориентируемое в пространстве элементом 5, дополнительным шатуном 8 и дополнительным коромыслом 9, будет направлять приспособление для захвата и удержания объекта по заданной пространственной траектории.The principle of operation of the mechanism is as follows. Setting the rotation of the crank 2, the screw rod 3 will begin to screw into the nut 4, thereby setting it in motion. The length between the kinematic pairs of 2-3 and 3-4 will be variable. The rod 5, which is rigidly connected to the nut 4, will transmit movement to the output link 7 through a kinematic pair of links 5-7. The output link 7, orientated in space by the element 5, an additional connecting rod 8 and an additional beam 9, will guide the device to capture and hold the object along a given spatial trajectory.

Изобретение может быть использовано при проведении операций по перемещению объектов по заданным траекториям, в том числе применяться при выполнении хирургических операций. При этом выходное звено перемещается по траектории, которая не пересекается другими звеньями механизма в процессе его работы.The invention can be used when carrying out operations for moving objects along specified trajectories, including using them when performing surgical operations. In this case, the output link moves along a path that is not intersected by other links of the mechanism in the process of its operation.

Claims

1. A spatial mechanism for gripping, holding and moving objects, including a stand, a crank, a screw rod, a nut and a rocker arm, in which the kinematic pairs between the stand and the crank, the crank and the screw rod, the stand and the rocker are rotating with parallel axes, and the kinematic pair between the nut and the yoke is made rotational with an axis lying in a perpendicular plane to these axes and coinciding with the longitudinal axis of the screw rod that forms a screw kinematic pair with the nut, differing in that it is equipped with an additional connecting rod and rocker, forming between itself a rotational kinematic pair, and an output link with a device for gripping and holding an object that is in a forward kinematic pair with an additional connecting rod and in a spherical kinematic pair with a rod fixed on the nut, with the axis kinematic pairs between the output link and the additional connecting rod, additional rocker and connecting rod, the resistant and additional rocker intersect at one point, with additional bars Atun and rocker are spherical.

2. The spatial mechanism under item 1, characterized in that the device for gripping and holding objects is made in the form of gripper.