RU2605059C1 - Device for actuating element positioning - Google Patents
Device for actuating element positioning Download PDFInfo
- Publication number
- RU2605059C1 RU2605059C1 RU2015130905/02A RU2015130905A RU2605059C1 RU 2605059 C1 RU2605059 C1 RU 2605059C1 RU 2015130905/02 A RU2015130905/02 A RU 2015130905/02A RU 2015130905 A RU2015130905 A RU 2015130905A RU 2605059 C1 RU2605059 C1 RU 2605059C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- platform
- hinges
- frame
- actuator
- base frame
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J18/00—Arms
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к станкостроению, а именно к манипуляторам, предназначенным для использования в прецизионных станках и измерительных машинах. The invention relates to machine tool industry, namely to manipulators intended for use in precision machine tools and measuring machines.
Известно обрабатывающее устройство (см. авторское свидетельство СССР №1296401, МПК B25J 11/00, опубл. 15.03.1987), содержащее основание, поворотную платформу с инструментальной головкой, шесть приводов с поступательным перемещением выходных элементов. Корпуса приводов шарнирно связаны с основанием, а выходные элементы шарнирно связаны с платформой, оси указанных приводов расположены попарно параллельно в трех плоскостях. A processing device is known (see USSR author's certificate No. 1296401, IPC B25J 11/00, publ. March 15, 1987) containing a base, a rotary platform with a tool head, six drives with translational movement of the output elements. The drive housings are pivotally connected to the base, and the output elements are pivotally connected to the platform, the axes of these drives are arranged in pairs in parallel in three planes.
Недостатком устройства является попарно-параллельное расположение шарниров, которое влечет высокую погрешность позиционирования инструментальной головки.The disadvantage of this device is a pair-parallel arrangement of the hinges, which entails a high positioning error of the tool head.
Известно устройство для перемещения исполнительного органа (см. авторское свидетельство СССР №1224137, МПК B25J 9/12, опубликовано 15.04.1986), содержащее основание, платформу для размещения исполнительного органа и шесть приводов линейного перемещения, корпуса которых шарнирно закреплены на основании, а концы их выходных звеньев - на платформе.A device for moving the executive body (see USSR author's certificate No. 1224137, IPC B25J 9/12, published 04/15/1986) containing a base, a platform for accommodating the executive body and six linear displacement drives, the bodies of which are pivotally mounted on the base and the ends their output links are on the platform.
Однако расположение шарниров устройства не позволяет добиться низкой погрешности позиционирования исполнительного органа.However, the location of the hinges of the device does not allow to achieve a low positioning error of the executive body.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для перемещения исполнительного органа (см. авторское свидетельство СССР №1142271, МПК B25J 11/00, опубл. 28.02.1985), содержащее платформу для размещения исполнительного органа, шесть тяг, шарнирно закрепленных на платформе, каждая из которых снабжена приводом ее продольного перемещения, корпус каждого привода шарнирно закреплен на основании, а тяги расположены попарно параллельно в трех различных плоскостях.The closest in technical essence to the proposed invention is a device selected for prototype movement of an executive body (see USSR author's certificate No. 1142271, IPC B25J 11/00, publ. 02.28.1985), containing a platform for accommodating an executive body, six rods, pivotally mounted on the platform, each of which is equipped with a drive for its longitudinal movement, the housing of each drive is pivotally mounted on the base, and the rods are arranged in pairs in parallel in three different planes.
Недостатком устройства является расположение шарниров на платформе и на основании на одинаковом удалении друг от друга, что влечет высокую погрешность позиционирования исполнительного органа. The disadvantage of this device is the location of the hinges on the platform and on the base at the same distance from each other, which entails a high positioning error of the actuator.
Задачей заявляемого изобретения является выполнение схемы шестиосевой системы позиционирования платформы относительно базовой рамы обрабатывающего станка или измерительной машины, позволяющей перемещать и вращать платформу в пределах рабочей зоны машины с минимальной погрешностью.The objective of the invention is the implementation of a six-axis system for positioning the platform relative to the base frame of the processing machine or measuring machine, which allows you to move and rotate the platform within the working area of the machine with minimal error.
Технический результат заключается в повышении точности позиционирования исполнительного органа, размещенного на платформе.The technical result consists in increasing the accuracy of the positioning of the executive body located on the platform.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для позиционирования исполнительного органа внутри рабочей зоны содержит базовую раму, снабженную шестью шарнирами, платформу для размещения исполнительного органа с рабочей точкой, снабженную шестью шарнирами, шесть стержней переменной длины, каждый из которых одним концом прикреплен к шарниру рамы, а другим - к шарниру платформы, согласно решению шарниры на базовой раме и на платформе размещены попарно в трех вершинах равносторонних треугольников, при этом стержни переменной длины соединяют шарниры платформы из одной вершины с шарнирами базовой рамы из разных вершин, а центр рабочей зоны размещен в местоположении рабочей точки исполнительного органа, при котором минимальна сумма скалярных произведений единичных векторов, совпадающих с линиями, проходящими вдоль стержней переменной длины от центров шарниров на базовой раме к центрам соответствующих шарниров на платформе. The specified technical result is achieved in that the device for positioning the actuator inside the working area contains a base frame equipped with six hinges, a platform for accommodating the actuator with the operating point, equipped with six hinges, six rods of variable length, each of which is attached at one end to the hinge of the frame and others - to the platform hinge, according to the solution, the hinges on the base frame and on the platform are placed in pairs at three vertices of equilateral triangles, while the rods hinges of the same length connect the platform hinges from one vertex to the hinges of the base frame from different vertices, and the center of the working area is located at the location of the working point of the executive body, at which the minimum amount of scalar products of unit vectors coinciding with lines passing along the variable length rods from the centers of the hinges base frame to the centers of the corresponding hinges on the platform.
Изобретение поясняется чертежом. Позициями на чертеже обозначены:The invention is illustrated in the drawing. The positions in the drawing indicate:
1 - рама;1 - frame;
2 - шарнир рамы;2 - hinge of the frame;
3 - стержень;3 - a core;
4 - платформа;4 - platform;
5 - шарнир платформы;5 - hinge of the platform;
6 - исполнительный орган;6 - executive body;
7 - рабочая зона;7 - working area;
8 - рабочая точка.8 - working point.
Заявляемое устройство предназначено для позиционирования исполнительного органа 6 внутри рабочей зоны 7. Устройство содержит базовую раму 1, снабженную шестью шарнирами 2, размещенными попарно в трех вершинах равностороннего треугольника. Устройство содержит платформу 4, снабженную шестью шарнирами 5, размещенными попарно в трех вершинах равностороннего треугольника. На платформе 4 размещен исполнительный орган с рабочей точкой, например щуп для измерений или фреза для обработки. Рама 1 и платформа 4 соединены между собой шестью стержнями 3 переменной длины, каждый из которых одним концом прикреплен к шарниру 2 рамы, а другим - к шарниру 5 платформы, при этом стержни переменной длины соединяют шарниры платформы из одной вершины с шарнирами базовой рамы из разных вершин. Стержень переменной длины может быть выполнен различным образом, например представлять собой гидроцилиндр со штоком, снабженный гидроприводом, либо зубчатую рейку с шестерней, снабженной электроприводом и закрепленной в каретке. Стержни 3 предназначены для такого перемещения и вращения платформы 4 относительно базовой рамы 1, при котором рабочая точка 8 исполнительного органа 6 будет перемещаться в пределах рабочей зоны 7. The inventive device is intended for positioning the actuator 6 inside the
Центр рабочей зоны 7 размещен в местоположении рабочей точки 8 исполнительного органа 6, при котором минимальна сумма скалярных произведений единичных векторов, совпадающих с линиями, проходящими вдоль стержней 3 переменной длины от центров шарниров 2 на базовой раме 1 к центрам соответствующих шарниров 5 на платформе 4. При таком расположении рабочей зоны в ее центре достигается минимально возможная погрешность позиционирования рабочей точки. Чем дальше отклонение рабочей точки от центра рабочей зоны, тем ниже становится точность позиционирования исполнительного органа, поэтому границы рабочей зоны устанавливают на таком удалении от центра, на котором погрешность позиционирования исполнительного органа является максимально допустимой.The center of the
Положение платформы в описанной конструкции определяется расположением шарниров на раме и шарниров на платформе, а также шестью расстояниями между соответствующими парами точечных шарниров 2 и 5. Шесть таких расстояний в работающем устройстве однозначно определяют пространственное положение платформы с рабочим органом относительно базовой рамы. The position of the platform in the described construction is determined by the location of the hinges on the frame and the hinges on the platform, as well as six distances between the corresponding pairs of point hinges 2 and 5. Six such distances in the working device uniquely determine the spatial position of the platform with the working body relative to the base frame.
Критерием для получения минимальной погрешности позиционирования, при прочих равных условиях, является выполнение следующих условий: центр рабочей зоны устройства находится в точке, где сумма скалярных произведений всех возможных единичных пар векторов минимальна, а взаимные размеры между шарнирами на платформе и основании и переменные расстояния во всей рабочей зоне устройства минимально увеличивают сумму скалярных произведений векторов. Положение единичных векторов совпадает с линиями, проходящими от центров шарниров на раме к центрам соответствующих шарниров на платформе. Всего таких векторов получается 6 по числу осей стержней.Criterion for obtaining a minimum positioning error, ceteris paribus, is the following conditions: the center of the working area of the device is at the point where the sum of the scalar products of all possible unit pairs of vectors is minimal, and the mutual dimensions between the hinges on the platform and base and variable distances in the whole the working area of the device minimally increase the amount of scalar products of vectors. The position of the unit vectors coincides with the lines passing from the centers of the hinges on the frame to the centers of the corresponding hinges on the platform. There are 6 such vectors in total according to the number of axes of the rods.
При построении машины этот критерий используется следующим образом. Шарниры 2 на раме и шарниры 5 на платформе надо расположить в зависимости от размера рабочей зоны. Затем строится реально выполнимый диапазон переменных расстояний (min(Li), max(Li)) для обеспечения работы в выбранной зоне, где Li - длина i-ого стержня 3, i=[1..6]. После чего рассчитывается сумма скалярных произведений по формуле:When constructing a machine, this criterion is used as follows. Hinges 2 on the frame and hinges 5 on the platform must be positioned depending on the size of the working area. Then a feasible range of variable distances is constructed (min (Li), max (Li)) to ensure operation in the selected zone, where Li is the length of the ith rod 3, i = [1..6]. After that, the sum of scalar products is calculated by the formula:
где k - искомый параметр критерия; x, y, z - соответствующие компоненты векторов L1=(x1;y1;z1), L2=(x2;y2;z2), L3=(x3;y3;z3), L4=(x4;y4;z4), L5=(x5;y5;z5). L6=(x6;y6;z6).where k is the desired parameter of the criterion; x, y, z are the corresponding components of the vectors L 1 = (x 1 ; y 1 ; z 1 ), L 2 = (x 2 ; y 2 ; z 2 ), L 3 = (x 3 ; y 3 ; z 3 ) , L 4 = (x 4 ; y 4 ; z 4 ), L 5 = (x 5 ; y 5 ; z 5 ). L 6 = (x 6 ; y 6 ; z 6 ).
Проведя оптимизацию (выбор вариантов) взаимного расположения шарниров, выбирают такой вариант конструкции, при котором сумма скалярных произведений векторов минимальна.After optimization (choice of options) of the mutual arrangement of the hinges, choose a design option in which the sum of the scalar products of the vectors is minimal.
Так в координатно-измерительной машине КИМ-750 шарниры на раме расположены следующим образом: расстояния между ближайшими парами шарниров 2 равны 260 мм, расстояния между ближайшими парами шарниров 5 равны 33 мм, при расположении рабочей точки 8 в центре рабочей зоны 7 расстояния L1, L2, L3, L4, L5, L6 равны 854 мм, причем расстояние между плоскостью, проходящей через шарниры на раме, и плоскостью, проходящей через шарниры на платформе, равно 646 мм. При этом сумма скалярных произведений равна k=7,071927, что допускает погрешность положения центра платформы не более 1,76 от погрешности на линейных измерителях. Такое построение получено оптимизацией, т.е. математическим подбором расположения шарниров с минимальной ошибкой в реализуемой конструкции.So in the coordinate measuring machine KIM-750, the hinges on the frame are located as follows: the distances between the nearest pairs of hinges 2 are 260 mm, the distances between the nearest pairs of hinges 5 are 33 mm, when the working point 8 is in the center of the
Попытка смещения шарниров в этом устройстве (при решении этой конкретной задачи) только ухудшит результат. Полнокровная оптимизация определила минимум, и отклонения могут дать только увеличение ошибки. Например, если расположить шарниры по-другому, увеличив вышеназванные расстояния между шарнирами в 2 раза, сумма скалярных произведений увеличится и будет равна k=7,220972.An attempt to displace the hinges in this device (in solving this particular problem) will only worsen the result. Full-blooded optimization has determined a minimum, and deviations can only give an increase in error. For example, if you arrange the hinges differently, increasing the above-mentioned distances between the hinges by 2 times, the sum of the scalar products will increase and will be equal to k = 7.220972.
Всегда в погрешность положения платформы 4 входит погрешность определения длины стержней 3. Для получения нужного заданного положения платформы рассчитываются выполняемые расчетные длины стержней. Ошибка выполнения длин порождает ошибку положения платформы с ее рабочей точкой. Путем матанализа замечена закономерность, что чем меньше сумма скалярных произведений единичных векторов, тем меньше ошибка в положении платформы.Always the error in the position of the platform 4 includes the error in determining the length of the rods 3. To obtain the desired given position of the platform, the calculated calculated lengths of the rods are calculated. The length execution error generates a platform position error with its operating point. By means of matanalysis, a regularity was noted that the smaller the sum of the scalar products of unit vectors, the smaller the error in the position of the platform.
Это легко видеть в практике. Если все шесть стержней параллельны, то положение платформы вовсе не определено. Она будет качаться, как качели, на 6 стержнях, при этом сумма скалярных произведений максимальна, т.к. косинус угла 0 градусов равен 1. И наоборот, если 6 стержней в трехмерном пространстве максимально ортогональны между собой, сумма скалярных произведений минимальна, т.к. косинус угла 90 градусов равен 0, а положение платформы устойчиво.This is easy to see in practice. If all six rods are parallel, then the position of the platform is not defined at all. It will swing like a swing on 6 rods, while the sum of scalar products is maximum, because the cosine of the angle of 0 degrees is 1. And vice versa, if 6 rods in three-dimensional space are maximally orthogonal to each other, the sum of scalar products is minimal, because the cosine of the angle of 90 degrees is 0, and the position of the platform is stable.
Реальное использование заявленного изобретения происходит следующим образом. The actual use of the claimed invention is as follows.
1. Если шестиосевая машина, в которой используется заявленная система позиционирования, уже сконструирована (создана), то путем расчета суммы скалярных произведений для этой машины определяют рабочую зону, в которой погрешность удовлетворяет условиям эксплуатации.1. If the six-axis machine in which the declared positioning system is used has already been constructed (created), then by calculating the sum of scalar products for this machine, the working area in which the error satisfies the operating conditions is determined.
2. Если задана рабочая зона и необходимая погрешность, то конструируют (создают) шестиосевую машину с платформой и рамой, удовлетворяющую заданию. Машина, построенная на основе заявленного изобретения, будет наименьших габаритов для выполнения этого задания.2. If the working area and the necessary error are specified, then they design (create) a six-axis machine with a platform and a frame that satisfies the task. A machine built on the basis of the claimed invention will be of the smallest size to perform this task.
Данный технический результат помогает спроектировать оптимальное устройство путем выполнения реально исполнимых вариантов построения измерительной или обрабатывающей машины с минимальными затратами для достижения наилучшей точности.This technical result helps to design the optimal device by implementing feasible options for constructing a measuring or processing machine with minimal cost to achieve the best accuracy.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015130905/02A RU2605059C1 (en) | 2015-07-27 | 2015-07-27 | Device for actuating element positioning |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015130905/02A RU2605059C1 (en) | 2015-07-27 | 2015-07-27 | Device for actuating element positioning |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2605059C1 true RU2605059C1 (en) | 2016-12-20 |
Family
ID=58697300
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015130905/02A RU2605059C1 (en) | 2015-07-27 | 2015-07-27 | Device for actuating element positioning |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2605059C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2722165C1 (en) * | 2019-11-19 | 2020-05-27 | Владимир Иванович Пожбелко | Spatial platform vip-manipulator |
RU2774279C1 (en) * | 2021-08-19 | 2022-06-16 | Владимир Иванович Пожбелко | Flat-spatial three-platform manipulator |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1142271A1 (en) * | 1983-04-29 | 1985-02-28 | Новосибирский электротехнический институт | Device for displacing actuating member |
SU1224137A1 (en) * | 1984-10-03 | 1986-04-15 | Новосибирский электротехнический институт | Device for transferring actauating member |
US6425177B1 (en) * | 1996-03-11 | 2002-07-30 | Fanuc Robotics North America, Inc. | Programmable positioner for the stress-free assembly of assemblies |
US6581437B2 (en) * | 2000-05-12 | 2003-06-24 | Alberta Research Council Inc. | Motion platform and method of use |
RU2441743C2 (en) * | 2006-03-13 | 2012-02-10 | Абб Аг | Positioning device |
-
2015
- 2015-07-27 RU RU2015130905/02A patent/RU2605059C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1142271A1 (en) * | 1983-04-29 | 1985-02-28 | Новосибирский электротехнический институт | Device for displacing actuating member |
SU1224137A1 (en) * | 1984-10-03 | 1986-04-15 | Новосибирский электротехнический институт | Device for transferring actauating member |
US6425177B1 (en) * | 1996-03-11 | 2002-07-30 | Fanuc Robotics North America, Inc. | Programmable positioner for the stress-free assembly of assemblies |
US6581437B2 (en) * | 2000-05-12 | 2003-06-24 | Alberta Research Council Inc. | Motion platform and method of use |
RU2441743C2 (en) * | 2006-03-13 | 2012-02-10 | Абб Аг | Positioning device |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2722165C1 (en) * | 2019-11-19 | 2020-05-27 | Владимир Иванович Пожбелко | Spatial platform vip-manipulator |
RU2776578C1 (en) * | 2021-07-26 | 2022-07-22 | Владимир Иванович Пожбелко | Symmetrical platform manipulator with three degrees of freedom |
RU2774279C1 (en) * | 2021-08-19 | 2022-06-16 | Владимир Иванович Пожбелко | Flat-spatial three-platform manipulator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2647477B1 (en) | Device for error correction for CNC machines | |
Rosati et al. | On the design of adaptive cable-driven systems | |
EP2732934A2 (en) | A device for measuring a position of an end effector, especially of a manipulator or a machining tool | |
Tonapi et al. | A novel continuum robotic cable aimed at applications in space | |
Rauf et al. | Experimental results on kinematic calibration of parallel manipulators using a partial pose measurement device | |
KR20110085210A (en) | Method for estimating geometric error between linear axis and rotary axis in a multi-axis machine tool | |
Lee et al. | Error modeling for sensitivity analysis and calibration of the tri-pyramid parallel robot | |
Krol et al. | 3D-modeling and optimization spindle's node machining centre SVM1F4 | |
RU2605059C1 (en) | Device for actuating element positioning | |
Šika et al. | Calibrability as additional design criterion of parallel kinematic machines | |
CN111971526B (en) | Metering system | |
KR20130042282A (en) | Parallel manipulator with a system capable of three dimensional modeling of object and space | |
US11073383B2 (en) | Geometric error measurement method for feed drive system and computer-readable recording medium having program recorded for executing same | |
KR20170056372A (en) | Method for Measurement And Compensation of Error on Portable 3D Coordinate Measurement Machine | |
Liu et al. | A geometric approach to obtain the closed-form forward kinematics of H4 parallel robot | |
Xu et al. | Tex3: An 2R1T parallel manipulator with minimum DOF of joints and fixed linear actuators | |
Liu et al. | Research on the theory and the virtual prototype of 3-DOF parallel-link coordinate-measuring machine | |
CN102579137A (en) | Parallel surgical manipulator capable of horizontally moving three-dimensionally and rotating one-dimensionally | |
Strutinsky et al. | The development of mechatronic active control system of tool spatial position of parallel kinematics machine tool | |
Schmitt et al. | Concept of a virtual metrology frame based on absolute interferometry for multi robotic assembly | |
Iwai et al. | Development of a measuring method for motion accuracy of NC machine tools using links and rotary encoders | |
Linß | Model-based design of flexure hinges for rectilinear guiding with compliant mechanisms in precision systems | |
WO2022003222A1 (en) | Estimation and compensation of errors in the positioning of a precision machine | |
Bhutani et al. | Practical feasibility of a high-precision 3-UPU parallel mechanism | |
Xiao et al. | Configuration analysis and design of a multidimensional tele-operator based on a 3-P (4S) parallel mechanism |