RU2534675C1 - Spatial mechanism having three degrees of freedom - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: spatial mechanism comprises a base, an output link, three kinematic chains, each comprising an input turning pair, an initial turning pair, an intermediate turning pair, a terminal turning pair and an output turning pair. The axes of the initial, intermediate and terminal turning pairs are parallel to each other; the axis of the initial turning pair is perpendicular to the axis of the input turning pair and the axis of the terminal turning pair is perpendicular to the axis of the output turning pair. Each turning kinematic chain is provided with a rotary drive, the axis of which is perpendicular to the axis of the input turning pair, and the input and output turning pairs can be installed to allow parallel arrangement of the axes thereof or intersection of the axes at one point.

EFFECT: invention enables translational three-coordinate movements in space and spherical orientating movements - rotation around one point.

2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к робототехнике, а именно к манипуляционным механизмам роботов с тремя степенями свободы.The invention relates to mechanical engineering, in particular to robotics, and in particular to the manipulation mechanisms of robots with three degrees of freedom.

Известно устройство (монография Xianwen Kong and Clement Gosselin, Type Synthesis of Parallel Mechanisms, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007 (Fig.f page 7)), включающее основание, выходное звено, три кинематические цепи, содержащие каждая входную вращательную кинематическую пару, причем оси всех входных вращательных кинематических пар расположены с пересечением в одной точке, начальную вращательную кинематическую пару и конечную вращательную кинематическую пару, причем оси всех конечных вращательных кинематических пар расположены с пересечением в одной точке, совпадающей с точкой пересечения всех входных вращательных кинематических пар. Недостатком данного устройства является необходимость расположения звеньев на близких сферических поверхностях.A device is known (monograph Xianwen Kong and Clement Gosselin, Type Synthesis of Parallel Mechanisms, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007 (Fig.f page 7)), including a base, an output link, three kinematic chains containing each input rotational kinematic pair, with axes all input rotational kinematic pairs are intersected at one point, the initial rotational kinematic pair and the final rotational kinematic pair, and the axes of all final rotational kinematic pairs are intersected at one point coinciding with the intersection point flow of all input rotational kinematic pairs. The disadvantage of this device is the need for the location of the links on close spherical surfaces.

Известно устройство (монография J.-P. Merlet, Parallel Robots (Second Edition), Springer 2006, (Fig.2,10 page 35)), включающее основание, выходное звено, три кинематические цепи, содержащие каждая входную вращательную кинематическую пару, начальную вращательную кинематическую пару, ось которой расположена перпендикулярно оси входной кинематической пары, и конечную вращательную кинематическую пару. Недостатком данного устройства является то, что механизм выполняет только поступательные движения.A device is known (monograph by J.-P. Merlet, Parallel Robots (Second Edition), Springer 2006, (Fig. 2, 10 page 35)), including a base, an output link, three kinematic chains containing each input rotational kinematic pair, the initial rotational kinematic pair, the axis of which is perpendicular to the axis of the input kinematic pair, and the final rotational kinematic pair. The disadvantage of this device is that the mechanism performs only translational motion.

За прототип взято устройство - пространственный механизм (монография J.-P. Merlet, Parallel Robots (Second Edition), Springer 2006, (Fig. 2.14, page 38, правый рисунок)). Механизм с тремя степенями свободы, включающий основание, выходное звено, три кинематические цепи, каждая из которых содержит входную вращательную кинематическую пару, начальную вращательную кинематическую пару, поступательную кинематическую пару, промежуточную вращательную кинематическую пару, конечную вращательную кинематическую пару, причем оси начальной и промежуточной вращательных кинематических пар расположены параллельно друг к другу, ось начальной вращательной кинематической пары расположена с пересечением оси входной вращательной кинематической пары, перпендикулярно ей, а ось промежуточной вращательной кинематической пары расположена с пересечением оси конечной вращательной кинематической пары, перпендикулярно ей.The prototype is a device - a spatial mechanism (monograph by J.-P. Merlet, Parallel Robots (Second Edition), Springer 2006, (Fig. 2.14, page 38, right figure)). A mechanism with three degrees of freedom, including a base, an output link, three kinematic chains, each of which contains an input rotational kinematic pair, an initial rotational kinematic pair, a translational kinematic pair, an intermediate rotational kinematic pair, a final rotational kinematic pair, and the axes of the initial and intermediate rotational kinematic pairs are parallel to each other, the axis of the initial rotational kinematic pair is located at the intersection of the input a thorough kinematic pair, perpendicular to it, and the axis of the intermediate rotational kinematic pair is located at the intersection of the axis of the final rotational kinematic pair, perpendicular to it.

Недостатком данного устройства является то, что механизм выполняет только сферические ориентирующие движения - вращения только вокруг одной точки.The disadvantage of this device is that the mechanism performs only spherical orienting movements - rotation only around one point.

Целью изобретения является повышение технической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования в пространстве по трем координатам на базе возможности изменения структуры, с тем чтобы один и тот же механизм выполнял поступательные трехкоординатные движения в пространстве, а также сферические ориентирующие движения - вращения вокруг одной точки.The aim of the invention is to increase the technical and operational efficiency of manipulation devices in space in three coordinates based on the possibility of changing the structure so that the same mechanism performs translational three-coordinate movements in space, as well as spherical orienting movements - rotations around one point.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве -механизм с тремя степенями свободы, включающем основание, выходное звено, три кинематические цепи, каждая из которых содержит входную вращательную кинематическую пару, начальную вращательную кинематическую пару, поступательную кинематическую пару, промежуточную вращательную кинематическую пару, конечную вращательную кинематическую пару, причем оси начальной и промежуточной вращательных кинематических пар расположены параллельно друг к другу, ось начальной вращательной кинематической пары расположена с пересечением оси входной вращательной кинематической пары, перпендикулярно ей, а ось промежуточной вращательной кинематической пары расположена с пересечением оси конечной вращательной кинематической пары, перпендикулярно ей, новым является то, что каждая кинематическая цепь снабжена дополнительным приводом вращательного перемещения, ось которого расположена с пересечением оси входной вращательной кинематической пары, перпендикулярно ей.This goal is achieved by the fact that in the known device there is a mechanism with three degrees of freedom, including a base, an output link, three kinematic chains, each of which contains an input rotational kinematic pair, an initial rotational kinematic pair, a translational kinematic pair, an intermediate rotational kinematic pair, a final rotational kinematic pair, and the axis of the initial and intermediate rotational kinematic pairs are parallel to each other, the axis of the initial rotational the kinematic pair is located at the intersection of the axis of the input rotational kinematic pair, perpendicular to it, and the axis of the intermediate rotational kinematic pair is located at the intersection of the axis of the final rotational kinematic pair, perpendicular to it, it is new that each kinematic chain is equipped with an additional rotary movement drive, the axis of which is located with the intersection of the axis of the input rotational kinematic pair, perpendicular to it.

Поступательно-вращательный пространственный механизма с тремя степенями свободы представлен на фиг.1.The translational-rotational spatial mechanism with three degrees of freedom is presented in figure 1.

Сферический пространственный механизм для ориентированных движений с тремя степенями свободы представлен на фиг.2.A spherical spatial mechanism for oriented motions with three degrees of freedom is shown in FIG. 2.

Пространственный механизм с тремя степенями включает основание 1, выходное звено 2, три кинематические цепи, каждая из которых содержит входную вращательную кинематическую пару 3, 3', 3'', начальную вращательную кинематическую пару 4, 4', 4'', промежуточную вращательную кинематическую пару 5, 5', 5'', конечную вращательную кинематическую пару 6, 6', 6'', выходную вращательную кинематическую пару 7, 7', 7'', причем оси начальной 4, 4', 4'', промежуточной 5, 5', 5'' и конечной 6, 6', 6'' вращательных кинематических пар расположены параллельно друг к другу, ось начальной вращательной кинематической пары 4, 4', 4'' расположена с пересечением оси входной вращательной кинематической пары 3, 3', 3'' перпендикулярно ей, а ось конечной вращательной кинематической пары 6, 6', 6'' расположена с пересечением оси выходной вращательной кинематической пары 7, 7', 7'' перпендикулярно ей, кроме того, в каждой кинематической цепи установлен дополнительный привод вращательного перемещения 8, 8', 8'', ось которого расположена с пересечением оси входной вращательной кинематической пары 3, 3', 3'', перпендикулярно ей.The spatial mechanism with three degrees includes a base 1, an output link 2, three kinematic chains, each of which contains an input rotational kinematic pair 3, 3 ', 3' ', an initial rotational kinematic pair 4, 4', 4 '', an intermediate rotational kinematic a pair of 5, 5 ', 5' ', the final rotational kinematic pair of 6, 6', 6 '', the output rotational kinematic pair of 7, 7 ', 7' ', and the axis of the initial 4, 4', 4 '', intermediate 5 5 ', 5' 'and the final 6, 6', 6 '' of rotational kinematic pairs are parallel to each other, the axis of the initial time The thorough kinematic pair 4, 4 ', 4' 'is located at the intersection of the axis of the input rotational kinematic pair 3, 3', 3 '' perpendicular to it, and the axis of the final rotational kinematic pair 6, 6 ', 6' 'is located at the intersection of the axis of the output rotational kinematic pair 7, 7 ', 7' 'perpendicular to it, in addition, in each kinematic chain an additional rotational displacement drive 8, 8', 8 '' is installed, the axis of which is located at the intersection of the axis of the input rotational kinematic pair 3, 3 ', 3 '' perpendicular to her.

Устройство - пространственный механизм с тремя степенями свободы, работает следующим образом.The device is a spatial mechanism with three degrees of freedom, works as follows.

Относительно основания 1 выходное звено 2 перемещается по трем координатам посредством трех соединительных кинематических цепей. При этом с каждой входной вращательной кинематической пары 3, 3', 3'' движение передается на начальную вращательную кинематическую пару 4, 4', 4'', ось которой расположена перпендикулярно оси входной кинематической пары 3, 3', 3'', далее движение передается на промежуточную вращательную кинематическую пару 5, 5', 5'', ось которой расположена параллельно оси начальной вращательной кинематической пары 4, 4', 4'', и затем на конечную вращательную кинематическую пару 6, 6', 6'', ось которой расположена параллельно осям начальной 4, 4', 4'' и промежуточной 5, 5', 5'' кинематических пар. Затем движение передается на выходную кинематическую пару 7, 7', 7''. Для осуществления вращательных движений дополнительный привод 8, 8', 8'' устанавливается в такое положение, чтобы оси входных 3, 3', 3'' и выходных 7, 7', 7'' вращательных кинематических пар пересекались бы в одной точке (фиг.1). Для осуществления поступательных перемещений выходного звена дополнительные приводы 8, 8', 8'' устанавливаются в такое положение, чтобы оси соответствующих входных пар 3, 3', 3'' и выходных 7, 7', 7'' вращательных кинематических пар были бы параллельны друг к другу, тем самым достигается расширение функциональных возможностей механизма, который может выполнять как поступательные, так и вращательные движения (фиг.2).Relative to the base 1, the output link 2 is moved in three coordinates by means of three connecting kinematic chains. Moreover, from each input rotational kinematic pair 3, 3 ', 3' ', the movement is transmitted to the initial rotational kinematic pair 4, 4', 4 '', the axis of which is perpendicular to the axis of the input kinematic pair 3, 3 ', 3' ', then the movement is transmitted to the intermediate rotational kinematic pair 5, 5 ', 5' ', the axis of which is parallel to the axis of the initial rotational kinematic pair 4, 4', 4 '', and then to the final rotational kinematic pair 6, 6 ', 6' ', the axis of which is parallel to the axes of the initial 4, 4 ', 4' 'and the intermediate 5, 5', 5 '' atic couples. Then the movement is transmitted to the output kinematic pair 7, 7 ', 7' '. To carry out rotational movements, the additional drive 8, 8 ', 8' 'is installed in such a position that the axes of the input 3, 3', 3 '' and output 7, 7 ', 7' 'rotational kinematic pairs intersect at one point (Fig .one). To perform translational movements of the output link, additional drives 8, 8 ', 8' 'are installed in such a position that the axes of the corresponding input pairs 3, 3', 3 '' and output 7, 7 ', 7' 'of the rotational kinematic pairs are parallel to each other, thereby expanding the functionality of the mechanism, which can perform both translational and rotational movements (figure 2).

Claims (1)

Пространственный механизм с тремя степенями свободы, содержащий основание, выходное звено, три кинематические цепи, каждая из которых содержит входную вращательную кинематическую пару, начальную вращательную кинематическую пару, промежуточную вращательную кинематическую пару, конечную вращательную кинематическую пару, выходную вращательную кинематическую пару, причем оси начальной, промежуточной и конечной вращательных кинематических пар расположены параллельно друг к другу, ось начальной вращательной кинематической пары расположена перпендикулярно оси входной вращательной кинематической пары, а ось конечной вращательной кинематической пары расположена перпендикулярно оси выходной вращательной кинематической пары,
отличающийся тем, что каждая кинематическая цепь снабжена приводом вращательного перемещения, ось которого расположена перпендикулярно оси входной вращательной кинематической пары, а входная и выходная вращательные кинематические пары выполнены с возможностью их установки с параллельным расположением их осей или с пересечением осей в одной точке. A spatial mechanism with three degrees of freedom, containing a base, an output link, three kinematic chains, each of which contains an input rotational kinematic pair, an initial rotational kinematic pair, an intermediate rotational kinematic pair, a final rotational kinematic pair, an output rotational kinematic pair, and the axis of the initial, intermediate and final rotational kinematic pairs are parallel to each other, the axis of the initial rotational kinematic pair is located wife perpendicular to the rotational axis of the input kinematic pair, and the final rotational axis of the kinematic pair is perpendicular to the axis of the output rotational kinematic pairs
characterized in that each kinematic chain is equipped with a rotational displacement drive, the axis of which is perpendicular to the axis of the input rotational kinematic pair, and the input and output rotational kinematic pairs are made with the possibility of their installation with the parallel arrangement of their axes or with the intersection of the axes at one point.

Images