RU179567U1 - SPATIAL MECHANISM WITH A CIRCULAR GUIDE - Google Patents

Abstract

Задачей полезной модели является создание такого механизма параллельной структуры, в котором движение платформы могло бы контролироваться единственным ведущим звеном. Технический результат достигается тем, что в нем две противоположно расположенные каретки соединены между собой центральным звеном, сопряженным с основанием посредством осевой шарнирной опоры, установленной в центре круговой направляющей с возможностью управляемого качательного движения центрального звена, при этом дополнительно каждая сопряженная с центральным звеном каретка соединена со смежными расположенными на кольцевой направляющей каретками с помощью трехзвенного механизма, каждый из которых состоит из двух шарнирно соединенных с каретками рычагов и промежуточного коромысла, имеющее в середине вертикальную осевую шарнирную опору, причем все вращательные кинематические пары расположены с вертикальными осями. 2 илл.The objective of the utility model is to create such a mechanism of parallel structure in which the movement of the platform could be controlled by a single leading link. The technical result is achieved by the fact that in it two oppositely located carriages are interconnected by a central link conjugated to the base by means of an axial articulated support mounted in the center of the circular guide with the possibility of controlled oscillating movement of the central link, while in addition each carriage connected to the central link is connected to adjacent carriages located on the ring guide using a three-link mechanism, each of which consists of two articulated joints connected with the carriages of the levers and the intermediate beam, having in the middle a vertical axial articulated support, and all rotational kinematic pairs are located with vertical axes. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к механизмам, применяемым в технике для получения заданного движения ведомого звена.The utility model relates to the mechanisms used in the technique to obtain a given movement of the driven unit.

Известен дельта-робот [Clavel R. Device for the movement and positioning of an element in space, US Patent No. 4976582, Dec. 11, 1990], имеющий пространственную параллельную структуру и состоящий из трех рычагов, прикрепленных с помощью шарниров к основанию. В параллельных цепях механизма используются параллелограммы, позволяющие сохранять пространственную ориентацию выходного звена. Недостатком такого устройства является невозможность воспринимать выходным звеном большие нагрузки ввиду исполнения параллельных цепей в виде параллелограммов, а также ограниченное число степеней свободы выходного звена, равное четырем (линейные смещения вдоль каждой из трех осей координат и поворот вокруг оси, перпендикулярной основанию).Known Delta Robot [Clavel R. Device for the movement and positioning of an element in space, US Patent No. 4976582, Dec. 11, 1990], having a spatial parallel structure and consisting of three levers attached by hinges to the base. In parallel circuits of the mechanism, parallelograms are used, which allow preserving the spatial orientation of the output link. The disadvantage of this device is the inability to accept heavy loads due to the execution of parallel circuits in the form of parallelograms, as well as a limited number of degrees of freedom of the output link equal to four (linear displacements along each of the three coordinate axes and rotation around an axis perpendicular to the base).

Наиболее близким к предлагаемому устройству является ротопод [Coulombe J., Bonev I.A. A New Rotary Hexapod for Micropositioning. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) Karlsruhe, Germany. 2013, pp. 877-880, стр. 877, Fig. 2], содержащий основание, выполненное в виде круговой направляющей, выходное звено, шесть кинематических цепей, включающих каждая подвижную каретку, установленную на круговой направляющей, начальную сферическую кинематическую пару, сопряженную с кареткой, промежуточное звено, выполненное в виде стержня, и конечную сферическую кинематическую пару, сопряженную с выходным звеном.Closest to the proposed device is a rotopod [Coulombe J., Bonev I.A. A New Rotary Hexapod for Micropositioning. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) Karlsruhe, Germany. 2013, pp. 877-880, p. 877, Fig. 2], comprising a base made in the form of a circular guide, an output link, six kinematic chains, including each movable carriage mounted on a circular guide, an initial spherical kinematic pair mated to the carriage, an intermediate link made in the form of a rod, and an end spherical kinematic a pair associated with the output link.

Данный механизм принимается за прототип предлагаемого устройства. Недостаток прототипа заключается в невозможности полного контроля движений платформы при использовании менее шести приводов.This mechanism is taken as a prototype of the proposed device. The disadvantage of the prototype is the inability to fully control the movements of the platform when using less than six drives.

Целью полезной модели является создание такого механизма параллельной структуры, в котором движение платформы могло бы контролироваться единственным ведущим звеном.The purpose of the utility model is to create such a mechanism of parallel structure in which the movement of the platform could be controlled by a single leading link.

Поставленная цель достается тем, что в предлагаемом пространственном механизме, содержащее основание, выполненное в виде круговой направляющей, и на которой установлены шесть подвижных кареток, соединенные с выходным звеном посредством шести кинематических цепей, в каждой из которой имеется промежуточное звено в виде стержня, спряженное с обоих сторон посредством двух сферических кинематических пар с кареткой и выходным звеном. Кроме того, две противоположно расположенные каретки соединены между собой центральным звеном балочного типа, имеющее установленную в центре круговой направляющей шарнирную опору с возможностью выполнения и передачи управляемого движения к этим кареткам, каждая из которых в свою очередь дополнительно соединена со смежными расположенными от нее на кольцевой направляющей каретками с помощью трехзвенных механизмов, каждый из которых состоит из двух шарнирно соединенных с каретками рычагов и промежуточного коромысла, в середине которого установлена осевая шарнирная опора, причем все вращательные пары шарниров имеют вертикальное положение осей.The goal is achieved by the fact that in the proposed spatial mechanism, containing the base, made in the form of a circular guide, and on which there are six movable carriages connected to the output link through six kinematic chains, each of which has an intermediate link in the form of a rod, conjugated with both sides by means of two spherical kinematic pairs with a carriage and an output link. In addition, two oppositely located carriages are interconnected by a central link of the beam type having an articulated support mounted in the center of the circular guide with the possibility of performing and transmitting controlled movement to these carriages, each of which in turn is additionally connected to adjacent on the ring guide carriages using three-link mechanisms, each of which consists of two levers pivotally connected to the carriages and an intermediate beam, in the middle of which set of axial hinge support, wherein all rotational pair of hinges are upright axes.

На фиг. 1 показан одноподвижный плоский рычажный механизм;In FIG. 1 shows a single-motion flat linkage mechanism;

На фиг. 2 показан пространственный механизм с круговой направляющей.In FIG. 2 shows a spatial mechanism with a circular guide.

Пространственный механизм с круговой направляющей, содержит основание 1, выполненное в виде круговой направляющей, выходное звено 2, шесть кинематических цепей, включающих каждая подвижную каретку 3, установленную на круговой направляющей 1, начальную сферическую кинематическую пару 4, сопряженную с кареткой 3, промежуточное звено 5, выполненное в виде стержня и конечную сферическую кинематическую пару 6, сопряженную с выходным звеном 2, кроме того, механизм снабжен центральным звеном 7, сопряженным с основанием 1 с помощью расположенной в центре круговой направляющей 1 центральной вращательной расположенной в центре круговой направляющей 1 центральной вращательной кинематической парой опоры 8 и жестко связанным с двумя противоположно расположенными каретками 3, на которых установлены начальные вращательные кинематические пары 9, сопряженные с рычагами 10, которые в свою очередь сопряжены посредством промежуточных вращательных кинематических пар 11 с коромыслами 12, установленными на основании 1 посредством шарнирной опоры 13. Коромысла 12 сопряжены посредством вращательных кинематических пар 14 с рычагами 15, сопряженными посредством вращательных кинематических пар 16 с соответствующими каретками 3, причем все вращательные кинематические пары 8, 9, 11, 13, 14 и 16 расположены с вертикальными осями.The spatial mechanism with a circular guide contains a base 1 made in the form of a circular guide, an output link 2, six kinematic chains, including each movable carriage 3 mounted on a circular guide 1, an initial spherical kinematic pair 4, conjugated with the carriage 3, an intermediate link 5 made in the form of a rod and a final spherical kinematic pair 6, conjugated to the output link 2, in addition, the mechanism is equipped with a central link 7, conjugated to the base 1 using located in the center ntre circular guide 1 of the central rotational centrally located circular guide 1 of the central rotational kinematic pair of support 8 and rigidly connected to two oppositely arranged carriages 3, on which the initial rotational kinematic pairs 9 are mounted, coupled with levers 10, which in turn are interfaced by intermediate rotational kinematic pairs 11 with the rocker arms 12 mounted on the base 1 by means of a hinged support 13. The rocker arms 12 are conjugated by means of rotational and nematic pairs 14 with the levers 15, by means of rotational kinematic mating pairs 16 with corresponding sliders 3, wherein all rotational kinematic pairs 8, 9, 11, 13, 14 and 16 are arranged with vertical axes.

Пространственный механизм с круговой направляющей работает следующим образом: относительно основания 1, выполненного в виде круговой направляющей, выходное звено 2, перемещается под действием шести кинематических цепей, при этом каждая подвижная каретка 3, установленная на круговой направляющей 1, передает движение на сферическую кинематическую пару 4, сопряженную с кареткой 3, далее движением передается на промежуточное звено 5, выполненное в виде стержня, и затем на конечную сферическую кинематическую пару 6, сопряженную с выходным звеном 2. Начальное движение каретки приводятся центральным звеном 7, сопряженным с основанием 1. причем центральное звено имеет возможность совершать качательные движения относительно круговой направляющей 1 вокруг оси центральной вращательной кинематической пары 8, при которых движение передается двум жестко связанным с центральным звеном противоположно расположенным кареткам 3, а дополнительные усилия передаются через вращательные кинематические пары 9 сопряженным с ними рычагам 10 и далее через промежуточные вращательные кинематические пары 11 на коромысла 12, которые также совершают колебательные движения относительно основания 1 вращаясь вокруг осей неподвижных вращательных кинематических пар шарнирных опор 13, затем движение передается с помощью рычагов 15 и посредством вращательных кинематических пар 16 соответствующим смежным кареткам 3. Все вращательные кинематические пары 8, 9, 11, 13, 14, 16 расположены с вертикальными осями и таким образом они образуют плоский механизм основания.The spatial mechanism with a circular guide works as follows: relative to the base 1, made in the form of a circular guide, the output link 2 is moved under the action of six kinematic chains, with each movable carriage 3 mounted on the circular guide 1, transmits movement to a spherical kinematic pair 4 coupled to the carriage 3, then the movement is transmitted to the intermediate link 5, made in the form of a rod, and then to the final spherical kinematic pair 6, conjugated to the output link m 2. The initial movement of the carriage is given by the central link 7, conjugated with the base 1. moreover, the central link has the ability to make oscillating movements relative to the circular guide 1 around the axis of the central rotational kinematic pair 8, in which the movement is transmitted to two oppositely located carriages 3 rigidly connected to the central link 3 , and additional forces are transmitted through rotational kinematic pairs 9 to their associated levers 10 and then through intermediate rotational kinematically e pairs 11 on the rocker arms 12, which also oscillate with respect to the base 1, rotating around the axes of the stationary rotational kinematic pairs of the pivot bearings 13, then the movement is transmitted using the levers 15 and by the rotational kinematic pairs 16 to the corresponding adjacent carriages 3. All rotational kinematic pairs 8, 9, 11, 13, 14, 16 are located with vertical axes and thus they form a flat base mechanism.

Применение такого механизма целесообразно для задания пространственной ориентации и перемещения объектов, а также для выполнения операций, требующих движение по заданной траектории. Предлагаемый механизм может быть использован в качестве основания для создания медицинского оборудования, например, применяться в конструкциях манипуляционных операционных столов для наклонов и перемещений пациентов в процессе хирургических процедур.The use of such a mechanism is advisable for setting spatial orientation and moving objects, as well as for performing operations that require movement along a given path. The proposed mechanism can be used as the basis for the creation of medical equipment, for example, used in the design of manipulation operating tables for tilting and moving patients in the process of surgical procedures.

Claims (1)

Пространственный механизм с круговой направляющей, содержащий основание, выполненное в виде круговой направляющей, выходное звено, шесть кинематических цепей, каждая из которых включает подвижную каретку, установленную на круговой направляющей, начальную сферическую кинематическую пару, сопряженную с кареткой, промежуточное звено, выполненное в виде стержня, спряженное с обоих сторон посредством двух сферических кинематических пар с кареткой и выходным звеном, отличающийся тем, что в нем две противоположно расположенные каретки соединены между собой центральным звеном балочного типа, имеющим установленную в центре круговой направляющей шарнирную опору с возможностью выполнения и передачи центральным звеном управляемого качательного движения этим кареткам, при этом дополнительно каждая сопряженная с центральным звеном каретка соединена со смежными расположенными на кольцевой направляющей каретками с помощью трехзвенных механизмов, каждый из которых состоит из двух шарнирно соединенных с каретками рычагов и промежуточного коромысла, в середине которого установлена шарнирная опора, причем все вращательные кинематические пары расположены с вертикальными осями.A spatial mechanism with a circular guide, containing a base made in the form of a circular guide, an output link, six kinematic chains, each of which includes a movable carriage mounted on a circular guide, an initial spherical kinematic pair mated to the carriage, an intermediate link made in the form of a rod conjugated on both sides by means of two spherical kinematic pairs with a carriage and an output link, characterized in that in it there are two oppositely located carriages connected they are interconnected by a central link of the beam type having a pivot bearing mounted in the center of the circular guide with the possibility of performing and transmitting the controlled swinging movement by the central link to these carriages, in addition each carriage connected to the central link is connected to adjacent carriages located on the annular guide using three-link mechanisms , each of which consists of two levers pivotally connected to the carriages and an intermediate beam, in the middle of which is installed detecting hinge support, wherein all rotational kinematic pairs are arranged with vertical axes.

Images