RU2722165C1 - Пространственный платформенный vip-манипулятор - Google Patents
Пространственный платформенный vip-манипулятор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2722165C1 RU2722165C1 RU2019136960A RU2019136960A RU2722165C1 RU 2722165 C1 RU2722165 C1 RU 2722165C1 RU 2019136960 A RU2019136960 A RU 2019136960A RU 2019136960 A RU2019136960 A RU 2019136960A RU 2722165 C1 RU2722165 C1 RU 2722165C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- movable
- platform
- spatial
- manipulator
- support base
- 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
- B25J1/00—Manipulators positioned in space by hand
- B25J1/02—Manipulators positioned in space by hand articulated or flexible
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
Изобретение относится к пространственным манипуляторам с несколькими степенями свободы и может быть использовано в машиностроении и медицине. Манипулятор содержит опорное основание и подвижную платформу, шарнирно соединенные между собой посредством установленных между ними стержневых подвижных опор с образованием замкнутой многоконтурной кинематической цепи. Опорное основание и подвижная платформа выполнены в виде развернутых друг относительно друга на угол β=60° равносторонних треугольников. Каждая из вершин подвижной платформы шарнирно соединена с двумя соседними вершинами опорной платформы через соединение каждой пары из шести стержневых подвижных опор посредством двойных сферических шарниров с общей осью их вращения с образованием трехсторонних замкнутых контуров пространственного механизма. В результате расширяется рабочая зона обслуживания манипулятора, и повышаются жесткость и точность его позиционирования за счет замыкания всех звеньев манипулятора в трехсторонние жесткие замкнутые контуры во всей его цепи. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к пространственным манипуляторам с несколькими степенями свободы и может быть использовано в автоматических линиях, обрабатывающих центрах и различном технологическом оборудовании, и транспортирующих системах в машиностроении и медицине.
Известен пространственный манипулятор, содержащий основание и подвижную платформу, подвижно соединенные между собой посредством трех расположенных по окружности шарнирных 4-звенных параллелограмных механизмов, звенья которых образуют замкнутые кинематические цепи с податливыми четырехсторонними замкнутыми контурами (Clavel R. Device for the movement and positioning of an element in space/Устройство для движения и позиционирования зажатого элемента в пространстве. United States Patent No.4.975.582 от 1990 г.) - аналог.
Недостатками известного пространственного манипулятора являются:
1. Ограниченная зона рабочего пространства манипулятора из-за возможности перемещения подвижной платформы с рабочим органом или деталью только в трех направлениях (из шести возможных в пространстве) из-за малого числа степеней его свободы W, равного только трем (W=3).
2. Низкая жесткость и точность позиционирования, а также низкая нагрузочная способность из-за наличия выполнения замкнутой цепи манипулятора с податливыми под рабочей нагрузкой четырехсторонними замкнутыми контурами.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому изобретению, является пространственный платформенный манипулятор, содержащий опорное основание и подвижную платформу, шарнирно соединенные между собой посредством трех установленных двухзвенных стержневых поворотных опор, образующих с опорным основанием и подвижной платформой замкнутую кинематическую цепь, в которой опорное основание и подвижная платформа выполнены в виде симметрично установленных между собой равносторонних треугольников, где каждая из вершин подвижной платформы шарнирно соединена с одной вершин опорной платформы посредством множества вращательных кинематических пар, образующих замкнутые кинематические цепи с податливыми шестисторонними замкнутыми контурами пространственного механизма (схема пространственного платформенного манипулятора в статье Мирзаев Р.А., Смирнов Н.А. «Исследование кинематики манипулятора параллельной структуры (дельта-механизма)»/Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета, 2012. Вып. О.С. 46-50, рис. 1) - прототип.
Недостатками указанного пространственного платформенного манипулятора являются:
1. Сложность системы управления и большие габариты манипулятора из-за необходимости применения электромеханических приводов формирования положения каждой поворотных опор.
2. Ограниченная зона рабочего пространства манипулятора из-за возможности перемещения подвижной платформы с рабочим органом или деталью только в трех направлениях (из шести возможных в пространстве) из-за малого числа степеней его свободы W, равного только трем (согласно представленного в этой статье расчета W по известной в ТММ формуле Чебышева-Малышева получено значение W=3).
3. Низкая жесткость и точность позиционирования, а также нагрузочная способность из-за выполнения замкнутой цепи манипулятора с податливыми под рабочей нагрузкой шестисторонними шарнирными замкнутыми контурами.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в увеличение рабочего пространства манипулятора за счет увеличения числа степеней свободы для перемещения в окружающем пространстве подвижной платформы с установленным на ней рабочим органом или деталью, а также повышение жесткости и точности позиционирования манипулятора в сочетании с увеличением его нагрузочной способности.
Получение технического результата достигается за счет того, что пространственный платформенный VIP-манипулятор содержит опорное основание и подвижную платформу, шарнирного соединенные между собой посредством установленных между ними стержневых подвижных опор и выполненных в виде развернутых друг относительно друга на угол β=60° равносторонних треугольников, каждая из вершин подвижной платформы шарнирно соединена с двумя соседними вершинами опорной платформы через соединение каждой пары из шести стержневых подвижных опор посредством двойных сферических шарниров с общей осью их вращения, образующих трехсторонние замкнутые контуры пространственного механизма. Стержневые подвижные опоры снабжены устройством изменения их длины в виде самотормозящейся винтовой пары и/или подвижного гидроцилиндра. Замкнутая кинематическая цепь манипулятора выполнена в виде многорядного, например, двухрядного устройства, образованного путем последовательного соединения между собой отдельных платформенных пространственных механизмов посредством симметричного закрепления опорного основания одного из пространственных механизмов на подвижной платформе другого пространственного механизма.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4.
На фиг. 1 изображен общий вид пространственного платформенного VIP-манипулятора, содержащего опорное основание 1 с вершинами А, В, С и подвижную платформу 2 с вершинами D, Е, N, шарнирно соединенных между собой посредством установленных между ними шести стержневых подвижных опор 3, 4, 5, 6, 7 и 8. Опорное основание 1 и подвижная платформа 2 выполнены в виде развернутых друг относительно друга на угол β=60° равносторонних треугольников ABC и DEN, каждая из вершин D, Е и N подвижной платформы 2 шарнирно соединена с двумя соседними вершинами А, В и С опорной платформы 1 через соединение каждой пары из шести стержневых подвижных опор 3, 4, 5, 6, 7 и 8 посредством шести двойных сферических шарниров 9, 10, 11, 12, 13 и 14 с общей осью их вращения, образующих трехсторонние замкнутые контуры пространственного механизма в виде ANC, CNE, СЕВ, EBD, DBA и DAN. Каждый из трех указанных двойных сферических шарниров 12, 13 и 14 на вершинах D, Е и N подвижной платформы 2 выполнен в виде шестиподвижного сферического соединительного устройства, а каждый из трех других сферических шарниров 9, 10 и 11 на вершинах А, В и С опорного основания 1 выполнен в виде четырехподвижного соединительного устройства, образованного соединением двух стержневых подвижных опор с опорным основанием 1 через крестовину с четырьмя вращательными кинематическими парами. Стержневые подвижные опоры 3, 4, 5, 6, 7 и 8 снабжены устройством изменения их длины 15, которое может быть выполнено в виде винтовой самотормозящейся кинематической пары 16 или/и подвижного гидроцилиндра 17.
Замкнутая кинематическая цепь VIP-манипулятора может быть выполнена в виде многорядного, например, двухрядного устройства (фиг. 1), образованного последовательным соединением между собой отдельных платформенных пространственных механизмов путем симметричного закрепления опорного основания одного из пространственных механизмов (например, с устройством 18 изменения длины его опор) на подвижной платформе другого пространственного механизма (например, с устройством 15 изменения длины его опор).
Для каждого из указанных на фиг. 1 пространственных платформенных механизмов, содержащих по 8 звеньев (6 подвижных опор и 2 треугольных платформы) и по 6 двойных сферических шарниров, согласно известной в ТММ формуле Чебышева-Малышева число степеней каждого из этих механизмов W1=6, W2=6, а общее число степеней свободы всего двухрядного устройства манипулятора будет равно их сумме, т.е. W∑=W1+W2=6+6=12.
На фиг. 2 представлен вариант выполнения устройства изменения длины стержневых подвижных опор в виде винтовых самотормозящих кинематических пар 16.
На фиг. 3 представлен вариант выполнения устройства изменения длины стержневых подвижных опор в виде подвижных гидроцилиндров 17.
На фиг. 4 представлен вариант выполнения устройства изменения длины стержневых подвижных опор в виде установленных в каждом из трехсторонних замкнутых контуров манипулятора и смонтированных на смежных стержневых подвижных опорах посредством чередования между собой винтовой самотормозящейся кинематической пары 16 на одной стержневой подвижной опоре и подвижного гидроцилиндра 17 на другой соседней стержневой подвижной опоре.
Работа представленного пространственного платформенного VIP-манипулятора заключается в следующем.
При изменении длины каждой из шести стержневых подвижных опор посредством винтовых самотормозящихся кинематических пар 16 и подвижных гидроцилиндров 17 в каждом из соединяемых пространственных механизмов (рис. 1) реализуются все 6 возможных в системе координат «x-y-z» движений подвижной платформы (т.е. три вращательных вокруг осей x, у, z и три поступательных относительно вдоль осей x, у, z). В результате сложения всех этих движений подвижная платформа на выходе двурядного манипулятора будет иметь 12 степеней свободы.
Достигаемый в предлагаемом пространственном платформенной VIP-манипуляторе положительный эффект заключается в следующем:
1. Обеспечивается увеличение рабочей зоны обслуживания манипулятора за счет увеличения до W∑=12 числа реализуемых степеней свободы при перемещении выходной подвижной платформы с рабочим органом.
2. Повышается жесткость, точность позиционирования и нагрузочная способность манипулятора за счет замыкания всех его звеньев в трехсторонние жесткие замкнутые контуры во всей его цепи (ANC, CNE, СЕВ, EBD, DBA, DAN).
Claims (3)
1. Пространственный платформенный манипулятор, содержащий опорное основание и подвижную платформу, шарнирно соединенные между собой посредством установленных между ними стержневых подвижных опор, образующих с опорным основанием и подвижной платформой замкнутую многоконтурную кинематическую цепь пространственного механизма, отличающийся тем, что опорное основание и подвижная платформа выполнены в виде развернутых друг относительно друга на β=60° равносторонних треугольников, каждая из вершин подвижной платформы шарнирно соединена с двумя соседними вершинами опорной платформы через соединение каждой пары из шести стержневых подвижных опор посредством двойных сферических шарниров с общей осью их вращения, образующих трехсторонние замкнутые контуры пространственного механизма с шестью двойными сферическими шарнирами, из которых каждый из трех двойных шарниров на вершинах подвижной платформы выполнен в виде шестиподвижного сферического соединительного устройства, а каждый из трех других двойных шарниров на вершинах опорного основания выполнен в виде четырехподвижного соединительного устройства, образованного подвижным соединением двух стержневых подвижных опор с опорным основанием через крестовину с четырьмя вращательными кинематическими парами.
2. Пространственный платформенный манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что стержневые подвижные опоры снабжены устройствами изменения их длины, выполненными в виде установленных в каждом из трехсторонних замкнутых контуров и смонтированных на смежных стержневых подвижных опорах с чередованием между собой винтовой самотормозящейся кинематической пары на одной стержневой подвижной опоре и подвижного гидроцилиндра на другой соседней стержневой подвижной опоре.
3. Пространственный платформенный манипулятор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что он выполнен многорядным, в частности двухрядным, и содержит второй пространственный механизм, при этом пространственные механизмы последовательно соединены между собой с обеспечением симметричного закрепления опорного основания одного из пространственных механизмов на подвижной платформе другого пространственного механизма.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019136960A RU2722165C1 (ru) | 2019-11-19 | 2019-11-19 | Пространственный платформенный vip-манипулятор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019136960A RU2722165C1 (ru) | 2019-11-19 | 2019-11-19 | Пространственный платформенный vip-манипулятор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2722165C1 true RU2722165C1 (ru) | 2020-05-27 |
Family
ID=70803317
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019136960A RU2722165C1 (ru) | 2019-11-19 | 2019-11-19 | Пространственный платформенный vip-манипулятор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2722165C1 (ru) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2751777C1 (ru) * | 2020-07-07 | 2021-07-16 | Владимир Иванович Пожбелко | Многоконтурный шарнирный механизм |
RU2751781C1 (ru) * | 2020-07-07 | 2021-07-16 | Владимир Иванович Пожбелко | Платформенный стыковочный манипулятор |
RU2751778C1 (ru) * | 2020-07-07 | 2021-07-16 | Владимир Иванович Пожбелко | Платформенный робот |
RU2758377C1 (ru) * | 2021-02-24 | 2021-10-28 | Владимир Иванович Пожбелко | Пространственный манипулятор |
RU2758607C1 (ru) * | 2020-12-08 | 2021-11-01 | Владимир Иванович Пожбелко | Платформенный манипулятор |
RU2759552C1 (ru) * | 2021-02-25 | 2021-11-15 | Владимир Иванович Пожбелко | Пространственный платформенный складывающийся манипулятор |
RU2774279C1 (ru) * | 2021-08-19 | 2022-06-16 | Владимир Иванович Пожбелко | Плоско-пространственный трехплатформенный манипулятор |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6425177B1 (en) * | 1996-03-11 | 2002-07-30 | Fanuc Robotics North America, Inc. | Programmable positioner for the stress-free assembly of assemblies |
US7367772B2 (en) * | 2002-07-09 | 2008-05-06 | Amir Khajepour | Light weight parallel manipulators using active/passive cables |
RU2605059C1 (ru) * | 2015-07-27 | 2016-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Лапик" | Устройство для позиционирования исполнительного органа |
RU170930U1 (ru) * | 2016-04-19 | 2017-05-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Пространственный механизм с шестью степенями свободы |
-
2019
- 2019-11-19 RU RU2019136960A patent/RU2722165C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6425177B1 (en) * | 1996-03-11 | 2002-07-30 | Fanuc Robotics North America, Inc. | Programmable positioner for the stress-free assembly of assemblies |
US7367772B2 (en) * | 2002-07-09 | 2008-05-06 | Amir Khajepour | Light weight parallel manipulators using active/passive cables |
RU2605059C1 (ru) * | 2015-07-27 | 2016-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Лапик" | Устройство для позиционирования исполнительного органа |
RU170930U1 (ru) * | 2016-04-19 | 2017-05-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | Пространственный механизм с шестью степенями свободы |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МИРЗАЕВ Р.А. и др. Исследование кинематики манипулятора параллельной структуры (дельта-механизма), Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета, 2012, N4 (44), с.46-50, рис.1. * |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2751777C1 (ru) * | 2020-07-07 | 2021-07-16 | Владимир Иванович Пожбелко | Многоконтурный шарнирный механизм |
RU2751781C1 (ru) * | 2020-07-07 | 2021-07-16 | Владимир Иванович Пожбелко | Платформенный стыковочный манипулятор |
RU2751778C1 (ru) * | 2020-07-07 | 2021-07-16 | Владимир Иванович Пожбелко | Платформенный робот |
RU2758607C1 (ru) * | 2020-12-08 | 2021-11-01 | Владимир Иванович Пожбелко | Платформенный манипулятор |
RU2758377C1 (ru) * | 2021-02-24 | 2021-10-28 | Владимир Иванович Пожбелко | Пространственный манипулятор |
RU2759552C1 (ru) * | 2021-02-25 | 2021-11-15 | Владимир Иванович Пожбелко | Пространственный платформенный складывающийся манипулятор |
RU2776578C1 (ru) * | 2021-07-26 | 2022-07-22 | Владимир Иванович Пожбелко | Симметричный платформенный манипулятор с тремя степенями свободы |
RU2782460C1 (ru) * | 2021-07-26 | 2022-10-27 | Владимир Иванович Пожбелко | Плоско-пространственный платформенный манипулятор с избыточным приводом |
RU2774279C1 (ru) * | 2021-08-19 | 2022-06-16 | Владимир Иванович Пожбелко | Плоско-пространственный трехплатформенный манипулятор |
RU2784764C1 (ru) * | 2022-04-07 | 2022-11-29 | Владимир Иванович Пожбелко | Пространственный параллелограммный механизм манипулятора |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2722165C1 (ru) | Пространственный платформенный vip-манипулятор | |
Gosselin | Cable-driven parallel mechanisms: state of the art and perspectives | |
CN108214475B (zh) | 一种单自由度联动的绳索驱动柔性机械臂关节组 | |
Lazard et al. | The (true) Stewart platform has 12 configurations | |
US20040091348A1 (en) | Parallel manipulators with four degrees of freedom | |
RU2729690C1 (ru) | Шарнирное зажимное устройство | |
JP2569277B2 (ja) | 空間3自由度の駆動装置 | |
Zabalza et al. | Tri-scott. a new kinematic structure for a 6-dof decoupled parallel manipulator | |
WO2019046898A1 (en) | TRANSLATIONAL PARALLEL MANIPULATOR | |
RU2681978C1 (ru) | Складной механизм | |
SU1668784A1 (ru) | Пространственный механизм с шестью степен ми свободы | |
RU2765030C1 (ru) | Складывающийся шарнирный манипулятор | |
Li et al. | Design and implementation of a biomimetic wire-driven underactuated serpentine manipulator | |
WO2015016692A1 (ru) | Манипулятор платформенного робота | |
RU154785U1 (ru) | Пространственный механизм | |
RU2651781C1 (ru) | Манипулятор-трипод промышленного назначения | |
Jhuang et al. | Design of one DOF closed-loop statically balanced planar linkage with link-collinear spring arrangement | |
Deashapriya et al. | Biomimetic flexible robot arm design and kinematic analysis of a novel flexible robot arm | |
RU2751778C1 (ru) | Платформенный робот | |
RU2758607C1 (ru) | Платформенный манипулятор | |
RU2773552C1 (ru) | Механизм параллельной структуры с шестью степенями свободы | |
RU2751781C1 (ru) | Платформенный стыковочный манипулятор | |
Yaşır et al. | Static force balancing of a 2R1T parallel manipulator with remote center of motion | |
RU164757U1 (ru) | Манипулятор параллельной структуры с шестью степенями свободы | |
RU2784764C1 (ru) | Пространственный параллелограммный механизм манипулятора |