RU2751777C1 - Multi-circuit hinge mechanism - Google Patents

Multi-circuit hinge mechanism Download PDF

Info

Publication number
RU2751777C1
RU2751777C1 RU2020123325A RU2020123325A RU2751777C1 RU 2751777 C1 RU2751777 C1 RU 2751777C1 RU 2020123325 A RU2020123325 A RU 2020123325A RU 2020123325 A RU2020123325 A RU 2020123325A RU 2751777 C1 RU2751777 C1 RU 2751777C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
links
hinged
double
pairs
hinge mechanism
Prior art date
Application number
RU2020123325A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Пожбелко
Original Assignee
Владимир Иванович Пожбелко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Иванович Пожбелко filed Critical Владимир Иванович Пожбелко
Priority to RU2020123325A priority Critical patent/RU2751777C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2751777C1 publication Critical patent/RU2751777C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Hinges (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering.SUBSTANCE: invention relates to mechanical engineering and can be used in manipulators of a parallel structure, in the field of construction based on movable frames and in radar devices with variable-shaped antennas. The multi-circuit hinge mechanism contains links articulated with each other, forming a closed kinematic chain. The mentioned kinematic chain is formed by double-hinged links, articulated with each other to form hinged parallelograms installed one inside the other. The tops of the parallelograms are connected in pairs by double-hinged links and rotary kinematic pairs with parallel axes of their angular rotation.EFFECT: simplification of the design and reduction in the labor intensity of manufacturing and assembly of the multi-circuit hinge mechanism, as well as the expansion of the space of movement of the working body.3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может найти применение в робототехнике (для создания механизмов параллельной структуры), в строительстве (для создания подвижных каркасов строительных сооружений), в индустрии складывающейся объемной тары и в радиолокационных устройствах (для создания рефлекторов переменной формы).The invention relates to mechanical engineering and can be used in robotics (for creating mechanisms of a parallel structure), in construction (for creating movable frames of building structures), in the industry of folding bulk containers and in radar devices (for creating reflectors of variable shape).

Известен шарнирный механизм параллелограмма, содержащий замкнутую кинематическую цепь с вращательными кинематическими парами (А.Ф. Крайнев, Фундаментальный словарь «Механика машин», - М.: «Машиностроение». С. 159, рис. б) - аналог.Known hinge mechanism of a parallelogram, containing a closed kinematic chain with rotary kinematic pairs (AF Krainev, Fundamental dictionary "Mechanics of machines", - M .: "Mechanical engineering". S. 159, Fig. B) - analogue.

Недостатками известного шарнирного механизма параллелограмма являются неработоспособность и избыточная (т.е. не зависящая от приводного двигателя) подвижность механизма в особых (крайних) положениях, когда шарнирный механизм становится неуправляемым и может самопроизвольно переходить из параллелограмма (с вращением ведущего и ведомого кривошипов в одну сторону) в анти-параллелограмм (с вращением этих кривошипов, наоборот, в разные стороны).The disadvantages of the known parallelogram hinge mechanism are inoperability and excessive (i.e., independent of the drive motor) mobility of the mechanism in special (extreme) positions, when the hinge mechanism becomes uncontrollable and can spontaneously move from the parallelogram (with rotation of the driving and driven cranks in one direction ) into an anti-parallelogram (with the rotation of these cranks, on the contrary, in different directions).

Наиболее близким, по технической сущности и достигаемому эффекту, к предлагаемому изобретению является многоконтурный шарнирный механизм, содержащий шарнирно-сочлененные между собой звенья, образующие замкнутую кинематическую по периферии которой расположены три шарнирных четырехзвенника с одной общей вершиной М, лежащей на общей линии, соединяющей центры шарниров каждого из трехшарнирных шатунов всех параллелограммов (Крайнев А.Ф. Словарь-справочник по механизмам. Издание второе. - М.: «Машиностроение», 1987. С. 385, рис. а) - прототип.The closest, in technical essence and the achieved effect, to the proposed invention is a multi-circuit hinge mechanism containing articulated links between each other, forming a closed kinematic along the periphery of which there are three hinged four-link links with one common vertex M lying on a common line connecting the centers of the hinges each of the three-joint connecting rods of all parallelograms (Krainev AF Dictionary-reference book on mechanisms. Second edition. - M .: "Mechanical Engineering", 1987. S. 385, Fig. a) - prototype.

Недостатками указанного многоконтурного шарнирного механизма являются:The disadvantages of this multi-circuit hinge mechanism are:

1. Сложность конструкции и трудоемкость точного изготовления сложных трехшарнирных звеньев, применяемых в качестве шатунов в замкнутой кинематической цепи.1. The complexity of the design and laboriousness of precise manufacturing of complex three-joint links used as connecting rods in a closed kinematic chain.

2. Большие габариты и сложность сборки замкнутых контуров механизма с избыточными связями (в количестве q≥1) его звеньев.2. Large dimensions and complexity of assembly of closed loops of the mechanism with redundant connections (in the amount of q≥1) of its links.

3. Данный шарнирный механизм содержит вредные избыточные связи звеньев (повышающие трение в кинематических парах и поэтому снижающие срок службы механизма из-за износа), так как указанный 10-звенный механизм

Figure 00000001
с pv=14 вращательными кинематическими парами согласно (классической в механике машин) формуле Чебышева вообще имеет отрицательную подвижность (W<0) и поэтому является неработоспособным:3. This hinge mechanism contains harmful redundant links of the links (increasing friction in kinematic pairs and therefore reducing the service life of the mechanism due to wear), since the specified 10-link mechanism
Figure 00000001
with p v = 14 rotational kinematic pairs according to the (classical in machine mechanics) Chebyshev formula generally has negative mobility (W <0) and therefore is inoperative:

Figure 00000002
Figure 00000002

Следовательно, данная многоконтурная замкнутая кинематическая цепь указанного механизма (по сравнению с нормальным механизмом, где W2=1) содержит следующее количество вредных избыточных связей (q), равное:Consequently, this multi-circuit closed kinematic chain of the specified mechanism (in comparison with the normal mechanism, where W 2 = 1) contains the following amount of harmful excess connections (q), equal to:

Figure 00000003
Figure 00000003

В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в создании работоспособного многоконтурного шарнирного механизма без вредных избыточных связей (q=0), упрощении его конструкции, снижении трудоемкости его изготовления и сборки, а также уменьшении его габаритов.The invention is based on a technical problem, which consists in creating a workable multi-circuit hinge mechanism without harmful redundant links (q = 0), simplifying its design, reducing the labor intensity of its manufacture and assembly, as well as reducing its dimensions.

Получение технического результата достигается за счет того, что предлагаемый многоконтурный шарнирный VIP-механизм содержит замкнутую кинематическую цепь, которая составлена из установленных один внутри другого шарнирных параллелограммов, вершины которых попарно соединены между собой через двухшарнирные звенья посредством многократных, например, двойных шарниров, составленных из вращательных кинематических пар с параллельными осями вращения таким образом, что вся собираемая в замкнутые контуры кинематическая цепь состоит только из простых двухшарнирных звеньев и только из многократных соединяющих их шарниров с параллельными между собой осями их углового поворота.The technical result is achieved due to the fact that the proposed multi-circuit hinged VIP-mechanism contains a closed kinematic chain, which is composed of hinged parallelograms installed one inside the other, the tops of which are connected in pairs through double-hinged links by means of multiple, for example, double hinges composed of rotational kinematic pairs with parallel axes of rotation in such a way that the entire kinematic chain assembled into closed circuits consists only of simple double-hinged links and only of multiple hinges connecting them with parallel axes of their angular rotation.

Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5.The essence of the invention is illustrated by drawings in Fig. 1, fig. 2, fig. 3, fig. 4 and FIG. five.

На фиг. 1 изображен общий вид многоконтурного шарнирного VIP-механизма, содержащего шарнирно-сочлененные между собой звенья, образующие замкнутую кинематическую цепь, которая составлена из установленных один внутри другого параллелограммов ABCD (поставлен из звеньев 1, 2, 3 и 4) и EGNM (составлен из звеньев 5, 6, 7 и 8), вершины которых (А и Е, В и G, С и N, D и М) попарно соединены между собой через двушарнирные звенья 9, 10, 11 и 12 посредством многократных, например, двойных шарниров (обозначены «j2»), составленные их вращательных кинематических пар таким образом, что вся собираемая в замкнутые контуры (обозначены 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12) и только из установленных на всех вершинах параллелограммов ABCD и EGNM многократных соединяющих их шарниров А, В, С, D, Е, G, N и М с параллельными между собой осями их углового поворота.FIG. 1 shows a general view of a multi-circuit hinged VIP-mechanism, containing articulated links between themselves, forming a closed kinematic chain, which is made up of parallelograms installed one inside the other ABCD (delivered from links 1, 2, 3 and 4) and EGNM (made up of links 5, 6, 7 and 8), the tops of which (A and E, B and G, C and N, D and M) are interconnected in pairs through double-hinged links 9, 10, 11 and 12 by means of multiple, for example, double hinges ( designated "j 2 "), composed of their rotational kinematic pairs in such a way that all collected in closed circuits (designated 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 and 12) and only from installed on all vertices of parallelograms ABCD and EGNM multiple joints connecting them A, B, C, D, E, G, N and M with parallel axes of their angular rotation.

Для представленного на фиг. 1 варианта выполнения шарнирного механизма со стойкой ЕМ и ведущим звеном EG, замкнутая кинематическая цепь которого состоит из 12 звеньев (

Figure 00000004
включая стойку), 16 вращательных кинематических пар pv=16 (по 2 пары на каждой из 8 вершин А, В, С, D, Е, G, N, М) согласно формуле Чебышева можно установить его заданную положительную подвижность:For the example shown in FIG. 1 embodiment of the hinge mechanism with the EM rack and the EG drive link, the closed kinematic chain of which consists of 12 links (
Figure 00000004
including the rack), 16 rotational kinematic pairs p v = 16 (2 pairs on each of the 8 vertices A, B, C, D, E, G, N, M) according to Chebyshev's formula, its given positive mobility can be set:

Figure 00000005
Figure 00000005

Таким образом, представленный на фиг. 1 многоконтурный шарнирный механизм, имеющий W=+1, является вполне работоспособным и не содержит вредных избыточных связей (q=0).Thus, as shown in FIG. 1, the multi-circuit hinge mechanism with W = + 1 is fully functional and does not contain harmful redundant links (q = 0).

На фиг. 2 представлен вариант сборки замкнутой кинематической цепи пространственного многоконтурного шарнирного VIP-механизма, с параллельными между собой осями углового поворота всех многократных шарниров (

Figure 00000006
pv=28, W=+1).FIG. 2 shows a variant of assembling a closed kinematic chain of a spatial multi-circuit hinge VIP-mechanism, with parallel axes of angular rotation of all multiple hinges (
Figure 00000006
p v = 28, W = + 1).

На фиг. 3 представлен вариант сборки цепи 5-контурного шарнирного VIP-механизма с расположением соединяющих параллелограммы двухшарнирных звеньев 9, 10, 11 и 12 в одной плоскости их сборки в замкнутые контуры и выбором в качестве ведущего соединяющего звена 9.FIG. 3 shows a variant of assembling a chain of a 5-contour hinged VIP-mechanism with the arrangement of double-hinged links 9, 10, 11 and 12 connecting the parallelograms in one plane of their assembly into closed loops and choosing 9 as the leading connecting link.

На фиг. 4 представлен вариант сборки кинематической цепи 5-контурного шарнирного VIP-механизма с соединением вершин параллелограммов ABCD и EGNM через попарно скрещивающиеся двухшарнирные звенья 9 и 10, а также 11 и 12, расположенные в параллельных плоскостях и сборки в замкнутые контуры.FIG. 4 shows a variant of the assembly of the kinematic chain of a 5-contour hinged VIP-mechanism with the connection of the vertices of the parallelograms ABCD and EGNM through pairwise crossing double-hinged links 9 and 10, as well as 11 and 12, located in parallel planes and assembling into closed contours.

На фиг. 5 представлен вариант сборки 9-контурного шарнирного VIP-механизма (с замкнутыми контурами L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7, L8 и L9, состоящего из 20 только двухшарнирных звеньев

Figure 00000007
соединенных между собой только многократными шарнирами (это 8 двойных шарниров - обозначены «j2» и 4 тройных шарнира - обозначены «j3»), содержащими pv=2*8+3*4=28 вращательных кинематических пар.FIG. 5 shows a variant of the assembly of a 9-contour hinged VIP-mechanism (with closed loops L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , L 5 , L 6 , L 7 , L 8 and L 9 , consisting of 20 only double-hinged links
Figure 00000007
connected to each other only by multiple hinges (these are 8 double hinges - designated "j 2 " and 4 triple hinges - designated "j 3 "), containing p v = 2 * 8 + 3 * 4 = 28 rotational kinematic pairs.

Расчет подвижности шарнирного VIP-механизма на фиг. 5 по формуле Чебышева:The calculation of the mobility of the hinged VIP-mechanism in Fig. 5 according to the Chebyshev formula:

Figure 00000008
Figure 00000008

также дает положительный результат, который указывает на его полную работоспособность и отсутствие в цепи вредных избыточных связей и неуправляемых подвижностей.also gives a positive result, which indicates its full performance and the absence of harmful redundant connections and uncontrollable mobility in the chain.

На фиг. 6 представлен вариант сборки 18-звенного

Figure 00000009
шарнирного VIP-механизма со всеми двойными шарнирами (j2) на основе pv=24 вращательных кинематических пар, который согласно формуле Чебышева:FIG. 6 shows a variant of the assembly of an 18-link
Figure 00000009
hinged VIP-mechanism with all double hinges (j 2 ) based on p v = 24 rotational kinematic pairs, which, according to the Chebyshev formula:

Figure 00000010
Figure 00000010

имеет увеличенное до W=3 число управляемых степеней свободы.has an increased number of controlled degrees of freedom up to W = 3.

Работа представленного многоконтурного шарнирного VIP-механизма заключается в следующем.The work of the presented multi-circuit hinged VIP-mechanism is as follows.

Поворот относительно стойки ведущего звена 1 VIP-механизма через многократные шарниры преобразуется в различные законы движения всех остальных двухшарнирных звеньев VIP-механизма и обеспечивает широкий диапазон кинематических характеристик, устанавливаемых на эти ведомые звенья рабочих органов (за счет возникающей переменной конфигурации всех замкнутых контуров кинематической цепи).Rotation relative to the rack of the leading link 1 of the VIP-mechanism through multiple hinges is converted into various laws of motion of all other double-hinged links of the VIP-mechanism and provides a wide range of kinematic characteristics installed on these driven links of the working bodies (due to the resulting variable configuration of all closed loops of the kinematic chain) ...

Достигаемый в предлагаемом многоконтурном шарнирном VIP-механизме положительный эффект заключается в следующем:The positive effect achieved in the proposed VIP multi-circuit hinge mechanism is as follows:

1. Упрощение конструкции, снижение трудоемкости изготовления и сборки многоконтурного механизма, а также уменьшение его габаритов за счет выполнения на основе только предельно простых двухшарнирных звеньев.1. Simplifying the design, reducing the labor intensity of manufacturing and assembling the multi-circuit mechanism, as well as reducing its dimensions due to the implementation on the basis of only extremely simple double-hinged links.

2. Снижение потерь на трение и увеличение срока службы шарнирного механизма за счет выполнения его замкнутой кинематической цепи без вредных избыточных связей с заданной управляемой во всех положениях подвижностью звеньев при W≥+1.2. Reducing friction losses and increasing the service life of the hinge mechanism due to the implementation of its closed kinematic chain without harmful redundant links with a given controllable in all positions the mobility of the links at W≥ + 1.

3. Расширение функциональных возможностей и расширение рабочего пространства движений рабочего органа за счет выполнения VIP-механизма с пространственной замкнутой кинематической цепью (фиг. 2).3. Expansion of functionality and expansion of the working space of the movements of the working body due to the implementation of the VIP-mechanism with a spatial closed kinematic chain (Fig. 2).

Claims (3)

1. Многоконтурный шарнирный механизм, содержащий шарнирно сочлененные между собой звенья, образующие замкнутую кинематическую цепь, отличающийся тем, что замкнутая кинематическая цепь образована двухшарнирными звеньями, шарнирно сочлененными между собой с образованием установленных один внутри другого шарнирных параллелограммов, вершины которых попарно соединены между собой посредством двухшарнирных звеньев и вращательных кинематических пар с параллельно расположенными осями их углового поворота.1. A multi-circuit hinge mechanism containing links articulated with each other, forming a closed kinematic chain, characterized in that the closed kinematic chain is formed by double-hinged links, articulated with each other with the formation of hinged parallelograms installed one inside the other, the vertices of which are connected in pairs by means of two-hinged links and rotational kinematic pairs with parallel axes of their angular rotation. 2. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что двухшарнирные звенья замкнутой кинематической цепи расположены в одной плоскости.2. The mechanism of claim. 1, characterized in that the double-hinged links of the closed kinematic chain are located in the same plane. 3. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что вершины шарнирных параллелограммов попарно соединены между собой посредством попарно скрещивающихся двушарнирных звеньев, расположенных в параллельных плоскостях.3. The mechanism of claim. 1, characterized in that the tops of the hinged parallelograms are connected in pairs by means of pairwise crossing double-hinged links located in parallel planes.
RU2020123325A 2020-07-07 2020-07-07 Multi-circuit hinge mechanism RU2751777C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020123325A RU2751777C1 (en) 2020-07-07 2020-07-07 Multi-circuit hinge mechanism

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020123325A RU2751777C1 (en) 2020-07-07 2020-07-07 Multi-circuit hinge mechanism

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2751777C1 true RU2751777C1 (en) 2021-07-16

Family

ID=77019771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020123325A RU2751777C1 (en) 2020-07-07 2020-07-07 Multi-circuit hinge mechanism

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2751777C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4976582A (en) * 1985-12-16 1990-12-11 Sogeva S.A. Device for the movement and positioning of an element in space
RU173729U1 (en) * 2017-01-23 2017-09-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) SPATIAL MECHANISM WITH THREE DEGREES OF FREEDOM
RU186575U1 (en) * 2018-01-17 2019-01-24 Ооо "Спецмеханика" SPATIAL MECHANISM
RU191807U1 (en) * 2018-07-24 2019-08-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) SPATIAL MECHANISM OF PARALLEL STRUCTURE WITH FIVE DEGREES OF FREEDOM
RU2720270C1 (en) * 2019-10-04 2020-04-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Folding mechanism with six degrees of freedom
RU2722165C1 (en) * 2019-11-19 2020-05-27 Владимир Иванович Пожбелко Spatial platform vip-manipulator

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4976582A (en) * 1985-12-16 1990-12-11 Sogeva S.A. Device for the movement and positioning of an element in space
RU173729U1 (en) * 2017-01-23 2017-09-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) SPATIAL MECHANISM WITH THREE DEGREES OF FREEDOM
RU186575U1 (en) * 2018-01-17 2019-01-24 Ооо "Спецмеханика" SPATIAL MECHANISM
RU191807U1 (en) * 2018-07-24 2019-08-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) SPATIAL MECHANISM OF PARALLEL STRUCTURE WITH FIVE DEGREES OF FREEDOM
RU2720270C1 (en) * 2019-10-04 2020-04-28 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет", ФГБОУ ВО "СибГИУ" Folding mechanism with six degrees of freedom
RU2722165C1 (en) * 2019-11-19 2020-05-27 Владимир Иванович Пожбелко Spatial platform vip-manipulator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3640150A (en) Power driven actuator of the compound planetary gear type
CN106239497B (en) Fluid bone flexible mechanical arm assembly
US8245595B2 (en) Two-axis non-singular robotic wrist
US20140020500A1 (en) Parallel robot with two degrees of freedom having two kinematic chains with maximized flexure stiffness
CN107225559B (en) A kind of four-degree-of-freedom high speed parallel robot of achievable SCARA movement
CN102229141A (en) Parallel mechanism capable of realizing four-degree-of-freedom movement
EP2999572A1 (en) Compact parallel kinematics robot
RU2751777C1 (en) Multi-circuit hinge mechanism
RU2729690C1 (en) Hinged clamping device
JP7039092B2 (en) Flexible hinge with a large spatial stroke in a planar composite structure
RU2403141C2 (en) Spatial mechanism
RU2777123C1 (en) Hinged multiple mechanism
RU2765030C1 (en) Folding joint manipulator
RU2821637C1 (en) Folding symmetrical manipulator mechanism
RU2758377C1 (en) Spatial manipulator
CN106625614B (en) Six-degree-of-freedom parallel mechanism based on differential driving structure
RU2773552C1 (en) Parallel structure mechanism with six degrees of freedom
RU2765386C1 (en) Articulated mechanism of variable structure
RU2753064C1 (en) Pivot mechanism
RU2804700C1 (en) Folding multi-arm robot manipulator
RU2751011C1 (en) Lever five-link mechanism
RU2009884C1 (en) Manipulator arm
RU2751779C1 (en) Copying manipulator
RU2759552C1 (en) Spatial platform folding manipulator
RU2751780C1 (en) Platform manipulator with three degrees of freedom