RU203527U1

RU203527U1 - SPATIAL MECHANISM WITH CONSTANT INPUT POINT OF THE WORKING BODY

Info

Publication number: RU203527U1
Application number: RU2020131179U
Authority: RU
Inventors: Виктор Аркадьевич Глазунов; Татьяна Витальевна Сусакова; Антон Игоревич Едакин; Виолетта Владимировна Самойлова; Владимир Сергеевич Рамжаев
Priority date: 2020-09-22
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2021-04-08

Abstract

Полезная модель относится к области робототехники и может быть использована в конструкциях манипуляционных механизмов с постоянством точки ввода рабочего органа, например, при выполнении многократно повторяющихся технологических действий с постоянством возврата рабочего органа в начальную точку ввода. Механизм содержит установленный на основании привод вращательного движения, выходное звено и кинематическую цепь, соединяющую упомянутый привод с выходным звеном и включающую в себя шарнирно соединенные промежуточные звенья и ременную передачу на шкивах. При этом на валу привода перпендикулярно оси его вращения установлен двигатель прямого и обратного хода, соединенный с трехзвенным кинематическим механизмом, звенья которого соединены между собой и установленной на основании дополнительной опорой вращательными шарнирами, а в середине второго звена трехзвенного механизма установлен поворотный шарнир с выходным звеном, на котором закреплен рабочий орган с рабочим инструментом, причем на хвостовике выходного звена расположен шкив, который связан посредством ременной передачи со шкивом, закрепленным на хвостовике первого звена трехзвенного механизма. Использование полезной модели обеспечивает увеличение жесткости конструкции и уменьшение массогабаритных характеристик. 1 ил.The utility model relates to the field of robotics and can be used in the design of manipulation mechanisms with a constant point of entry of the working body, for example, when performing repetitive technological actions with a constant return of the working body to the initial point of entry. The mechanism contains a rotary motion drive installed on the base, an output link and a kinematic chain connecting the said drive with the output link and including pivotally connected intermediate links and a belt drive on pulleys. At the same time, a forward and reverse motor is installed on the drive shaft perpendicular to the axis of its rotation, connected to a three-link kinematic mechanism, the links of which are interconnected and an additional support installed on the base by rotary hinges, and in the middle of the second link of the three-link mechanism there is a rotary hinge with an output link, on which the working body with the working tool is fixed, and a pulley is located on the shank of the output link, which is connected by means of a belt drive with a pulley fixed on the shank of the first link of the three-link mechanism. The use of the utility model provides an increase in the rigidity of the structure and a decrease in weight and dimensions. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к робототехнике, а именно к пространственным манипуляционным механизмам, обеспечивающим постоянство точки ввода рабочего органа, например, при выполнении многократно повторяющихся технологических действий с постоянством возврата рабочего органа в начальную точку ввода.The utility model relates to mechanical engineering, in particular, to robotics, namely to spatial manipulation mechanisms that ensure the constancy of the point of entry of the working body, for example, when performing repetitive technological actions with the constant return of the working body to the initial point of entry.

Технический результат - обеспечение постоянства точки ввода инструмента -достигается тем, что в манипуляторе, содержащем установленный на основании привод вращательного движения, выходное звено и кинематическую цепь, соединяющую привод с выходным звеном, на валу привода перпендикулярно оси его вращения установлен двигатель прямого и обратного хода, соединенный с трехзвенным кинематическим механизмом, звенья которого соединены между собой и установленной на основании дополнительной опорой вращательными шарнирами, причем соединение третьего звена с опорой осуществлено с помощью комбинированного вращательного шарнира, оси поворота которого соосны с осями привода и двигателя с одной стороны, а с другой стороны с осью поворота третьего звена, при этом в середине второго звена трехзвенного механизма установлен поворотный шарнир с выходным звеном, на котором закреплен рабочий орган, причем на хвостовике выходным звена имеется шкив, который, в свою очередь, связан посредством ременной передачи со шкивом, закрепленном на хвостовике первого звена трехзвенного механизма.The technical result - ensuring the constancy of the point of entry of the tool - is achieved by the fact that in the manipulator containing the drive of the rotary motion installed on the base, the output link and the kinematic chain connecting the drive with the output link, a forward and reverse motor is installed on the drive shaft perpendicular to the axis of its rotation, connected to a three-link kinematic mechanism, the links of which are connected to each other and an additional support installed on the base by rotary hinges, and the connection of the third link to the support is carried out using a combined rotary hinge, the pivot axes of which are coaxial with the drive and engine axes on one side, and on the other side with the axis of rotation of the third link, while in the middle of the second link of the three-link mechanism there is a pivot joint with an output link, on which the working body is fixed, and on the shank of the output link there is a pulley, which, in turn, is connected by means of a belt drive with a pulley attached to the shank of the first link of the three-link mechanism.

В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности механизм манипулятора (патент РФ №170656 U1, 2016 г), содержащий основание, установленный на нем привод вращательного движения, выходное звено и кинематическую цепь, соединяющую привод с выходным звеном. В этом манипуляторе двигатель прямого и обратного хода установлен на подвижном основании таким образом, что оси привода и двигателя параллельны и пересекаются, а выходное звено связано с приводом посредством двух взаимосвязанных кинематических цепей. Первая кинематическая цепь имеет два сопряженных звена, начало первого звена жестко связано с валом двигателя, конец второго звена шарнирно связан с рабочей площадкой выходного звена.As a prototype, the manipulator mechanism closest in technical essence (RF patent No. 170656 U1, 2016) was selected, containing a base, a rotary motion drive installed on it, an output link and a kinematic chain connecting the drive to the output link. In this manipulator, the forward and reverse motor is mounted on a movable base in such a way that the axes of the drive and the motor are parallel and intersect, and the output link is connected to the drive by means of two interconnected kinematic chains. The first kinematic chain has two mating links, the beginning of the first link is rigidly connected to the engine shaft, the end of the second link is pivotally connected to the working platform of the output link.

Сохранение положения точки ввода инструмента обеспечивается за счет второй кинематической цепи, состоящей из двух последовательно установленных ременных передач, каждая из которых содержит по два шкива. Тем самым обеспечивается параллельность оси привода со вторым звеном первой кинематической цепи и оси рабочего органа с первым звеном первой кинематической цепи.The preservation of the position of the point of entry of the tool is ensured by the second kinematic chain, consisting of two successively installed belt drives, each of which contains two pulleys. This ensures the parallelism of the axis of the drive with the second link of the first kinematic chain and the axis of the working body with the first link of the first kinematic chain.

К недостаткам манипулятора можно отнести увеличенную мощность привода и габариты для вращения всего механизма, а также расположение двигателя на подвижной платформе требует дополнительного крепления для жесткости конструкции.The disadvantages of the manipulator include increased drive power and dimensions for rotation of the entire mechanism, as well as the location of the engine on a movable platform requires additional fastening for structural rigidity.

Цель полезной модели - устранение отмеченных недостатков и повышение технической и эксплуатационной эффективности устройства манипулирования.The purpose of the utility model is to eliminate the noted shortcomings and increase the technical and operational efficiency of the manipulation device.

Поставленная цель достигается за счет того, что в пространственный механизм, обеспечивающий постоянство точки ввода рабочего инструмента, содержит установленный на основании привод вращательного движения, выходное звено и кинематическую цепь, соединяющую привод с выходным звеном и включающую в себя шарнирно соединенные промежуточные звенья, в том числе ременную передачу на шкивах На валу привода перпендикулярно оси его вращения установлен двигатель прямого и обратного хода, соединенный с трехзвенным кинематическим механизмом, звенья которого соединены между собой и установленной на основании дополнительной опорой вращательными шарнирами, причем соединение третьего звена с опорой осуществлено с помощью комбинированного вращательного шарнира, оси поворота которого параллельны с осями привода и двигателя с одной стороны, а с другой стороны с осью поворота третьего звена, при этом в середине второго звена трехзвенного механизма установлен поворотный шарнир с выходным звеном, на котором закреплен рабочий орган, причем на хвостовике выходного звена имеется шкив, который, в свою очередь, связан посредством ременной передачи со шкивом, закрепленном на хвостовике первого звена трехзвенного механизма.This goal is achieved due to the fact that the spatial mechanism, which ensures the constancy of the point of entry of the working tool, contains a rotary motion drive installed on the base, an output link and a kinematic chain connecting the drive with the output link and including hinged intermediate links, including belt drive on pulleys On the drive shaft, perpendicular to the axis of its rotation, a forward and reverse motor is installed, connected to a three-link kinematic mechanism, the links of which are connected to each other and an additional support installed on the base by rotary hinges, and the connection of the third link to the support is carried out using a combined rotary hinge , the pivot axes of which are parallel with the axes of the drive and the engine on one side, and on the other side with the pivot axis of the third link, while in the middle of the second link of the three-link mechanism there is a pivot joint with an output link, on which The working body is reattached, and on the shank of the output link there is a pulley, which, in turn, is connected by means of a belt drive with a pulley fixed on the shank of the first link of the three-link mechanism.

Устройство представлено на Фиг. 1.The device is shown in FIG. one.

Пространственный механизм состоит из основания 1, на котором установлен привод вращательного движения 2, выходного звена 3, и кинематической цепи, соединяющей привод 2 с выходным звеном 3. На валу привода 2 перпендикулярно оси его вращения установлен двигатель прямого и обратного хода 4. Вал двигателя 4 жестко сопряжен с трехзвенным кинематическим механизмом, звенья 5, 6, 7 которого соединены между собой вращательными шарнирами 8, 9. Соединение третьего звена 7 с установленной на основании дополнительной опорой 10 осуществлено посредством комбинированного вращательного шарнира 11, имеющего общие оси с приводом 2 и двигателем 4 с одной стороны, а с другой стороны с третьим звеном 7. В середине второго звена 6 трехзвенного механизма установлен поворотный шарнир 12 с выходным звеном 3, на котором закреплен рабочий орган 13. Также на хвостовике выходного звена 3 имеется шкив 14, связанный посредством ременной передачи 15 со шкивом 16, закрепленном на хвостовике первого звена 5 трехзвенного механизма.The spatial mechanism consists of a base 1, on which a rotary motion drive 2, an output link 3, and a kinematic chain connecting the drive 2 with an output link 3. A forward and reverse motor is installed on the drive shaft 2 perpendicular to the axis of rotation 4. Motor shaft 4 rigidly coupled with a three-link kinematic mechanism, the links 5, 6, 7 of which are interconnected by rotary hinges 8, 9. The connection of the third link 7 with an additional support 10 installed on the base is carried out by means of a combined rotary hinge 11 having common axes with the drive 2 and the engine 4 on the one hand, and on the other hand with the third link 7. In the middle of the second link 6 of the three-link mechanism, there is a rotary joint 12 with an output link 3, on which the working body is fixed 13. Also on the shank of the output link 3 there is a pulley 14 connected by a belt drive 15 with a 16 pulley attached to the shank of the first link 5 of the three-link mechanism.

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

Установленный на основании 1 привод вращательного движения 2 поворачивает механизм вокруг оси вращения вала, соединенного с двигателем прямого и обратного хода 4, расположенного перпендикулярно оси его вращения. При вращении вала двигателя 4 происходит смещение относительно вертикали жестко сопряженного с ним первого звена 5 трехзвенного кинематического механизма. Одновременно за счет вращательных шарниров 8, 9, связывающих звенья 5, 6, 7, отклоняется третье звено 7. Соединение третьего звена 7 с установленной на основании дополнительной опорой 10 осуществлено посредством комбинированного вращательного шарнира 11, имеющего общие оси с приводом 2 и двигателем 4 с одной стороны, а с другой стороны с третьим звеном 7.The rotary motion drive 2 installed on the base 1 rotates the mechanism around the axis of rotation of the shaft connected to the forward and reverse motor 4, located perpendicular to the axis of its rotation. When the shaft of the engine 4 rotates, the first link 5 of the three-link kinematic mechanism, rigidly coupled to it, is displaced relative to the vertical. At the same time, due to the rotary hinges 8, 9 connecting the links 5, 6, 7, the third link 7 is deflected. The connection of the third link 7 with the additional support 10 installed on the base is carried out by means of a combined rotary hinge 11 having common axes with the drive 2 and the motor 4 with one side, and on the other side with the third link 7.

Шкивы 14 и 16, закрепленные на хвостовиках соответствующих звеньев 3, 5 и связанные посредством ременной передачи 15, образуют звено, которое обеспечивает параллельность первого звена 5 трехзвенного кинематического механизма и выходного звена 3, а третье звено 7 трехзвенного кинематического механизма обеспечивает параллельность оси привода 2 со вторым звеном 6 трехзвенного механизма при повороте первого звена 5 трехзвенного механизма двигателем прямого и обратного хода 4.Pulleys 14 and 16, fixed on the shanks of the corresponding links 3, 5 and connected by a belt drive 15, form a link that ensures the parallelism of the first link 5 of the three-link kinematic mechanism and the output link 3, and the third link 7 of the three-link kinematic mechanism ensures the parallelism of the drive axis 2 with by the second link 6 of the three-link mechanism when turning the first link 5 of the three-link mechanism by the forward and reverse motor 4.

Точка ввода инструмента (на фиг. 1 обозначено буквой О) находится на пересечении оси привода 2 и оси выходного звена 3 и при поворотах валов привода 2 и двигателя 4 сохраняет свое положение. В месте пересечения осей находится отверстие в перегородке, через которое ведется работа. Инструмент расположен ниже точки О.The point of insertion of the tool (in Fig. 1 denoted by the letter O) is at the intersection of the axis of the drive 2 and the axis of the output link 3 and when turning the shafts of the drive 2 and motor 4 retains its position. At the intersection of the axes there is a hole in the partition through which the work is carried out. The instrument is located below point O.

Конструкция механизма манипулятора за счет использования в нем узла с ременной передачей движения выходного звена позволяет ему совершать циклически повторяющиеся движения и сохранять постоянство точки ввода рабочего органа механизма и соответственно и инструмента, закрепленного в нем. При этом за счет расположения опорных частей с двух сторон от выходного звена, а также размещения двигателя прямого и обратного хода на оси привода вращательного движения увеличивается жесткость конструкции и уменьшаются массогабаритные характеристики двигателей.The design of the manipulator mechanism, due to the use in it of a unit with a belt transmission of the movement of the output link, allows it to perform cyclically repeated movements and maintain the constancy of the point of entry of the working body of the mechanism and, accordingly, the tool fixed in it. At the same time, due to the location of the supporting parts on both sides of the output link, as well as the placement of the forward and reverse motor on the axis of the rotary motion drive, the rigidity of the structure increases and the weight and size characteristics of the motors decrease.

Claims

A spatial mechanism with a constant point of entry of the working tool, containing a rotary motion drive installed on the base, an output link and a kinematic chain connecting said drive with an output link and including pivotally connected intermediate links and a belt drive on pulleys, characterized in that on the shaft of said of the drive perpendicular to the axis of its rotation, a forward and reverse motor is installed, connected to a three-link kinematic mechanism, the links of which are connected to each other and an additional support installed on the base by rotary hinges, and the third link is connected to the support using a combined rotary hinge, the pivot axes of which are coaxial with the axes drive and engine and are parallel to the axes of rotation of the third link, while in the middle of the second link of the three-link mechanism there is a rotary joint with an output link, on which the working body with the working tool is fixed, and on the shank of the output link there is a pulley, which is connected by means of a belt drive with a pulley attached to the shank of the first link of the three-link mechanism.