пространственный механизм с четырьмя степенями свободы

Формула изобретения

Пространственный механизм с четырьмя степенями свободы, содержащий основание, выходное звено, рабочий орган, кинематически связанный с выходным звеном, три кинематические цепи, содержащие каждая двигатель поступательного перемещения, расположенный параллельно одной из ортогональных осей координат, начальную вращательную кинематическую пару, ось которой расположена перпендикулярно оси соответствующего двигателя поступательного перемещения, шарнирный параллелограмм, начальное звено которого совмещено с осью соответствующей начальной вращательной кинематической пары, а вращательные кинематические пары шарнирного параллелограмма расположены перпендикулярно оси начальной вращательной кинематической пары, конечную вращательную кинематическую пару, ось которой совмещена с осью конечного звена шарнирного параллелограмма, конечное звено кинематической цепи, сопряженное с выходным звеном механизма, причем в одной из кинематических цепей расположен двигатель вращательного перемещения, ось которого расположена параллельно оси соответствующего двигателя поступательного перемещения, а также выходная вращательная кинематическая пара, ось которой параллельна оси двигателя вращательного перемещения, сопрягающая конечное звено кинематической цепи с выходным звеном механизма, а конечные звенья двух других кинематических цепей жестко связаны с выходным звеном механизма, отличающийся тем, что конечное звено кинематической цепи, содержащей двигатель вращательного перемещения, сопряжено посредством выходной вращательной кинематической пары с выходным звеном механизма и жестко связано с рабочим органом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к машиностроению, в частности к робототехнике, к манипуляторам, выполняющим поступательные движения по трем координатам и вращение вокруг одной оси.

Изобретение может быть использовано в машиностроительной, легкой, текстильной, пищевой и других отраслях промышленности для выполнения как основных технологических операций, например, механической обработки изделий, так и вспомогательных операций, связанных с транспортировкой, сортировкой, укладкой и упаковкой полуфабрикатов и готовых изделий.

Известно устройство (патент United States Patent Application Publication. Pub. N: US 2007/0062321 A1. Pub. Date: Mar. 22, 2007. DEVICE FOR THE MOVEMENT AND ORIENTATION OF AN OBJECT IN SPACE AND USE THEREOF IN RAPID MACHINING. Inventors: Danien Chablat, Nantes (FR); Philippe Wenger, Sainte Luce Sur Loire (FR)), пространственный механизм с четырьмя степенями свободы включает основание, выходное звено, рабочий орган, кинематически связанный с выходным звеном, три кинематические цепи, содержащие каждая двигатель поступательного перемещения, расположенный параллельно одной из ортогональных осей координат, начальную вращательную кинематическую пару, ось которой расположена перпендикулярно оси соответствующего двигателя поступательного перемещения, шарнирный параллелограмм, начальное звено которого совмещено с осью соответствующей начальной вращательной кинематической пары, а вращательные кинематические пары шарнирного параллелограмма расположены перпендикулярно оси начальной вращательной кинематической пары, конечную вращательную кинематическую пару, ось которой совмещена с осью конечного звена шарнирного параллелограмма, конечное звено кинематической цепи, сопряженное с выходным звеном механизма, в одной из кинематических цепей расположен двигатель вращательного перемещения, ось которого расположена параллельно оси соответствующего двигателя поступательного перемещения, а также выходная вращательная кинематическая пара, ось которой параллельна оси двигателя вращательного перемещения, сопрягающая конечное звено кинематической цепи с выходным звеном механизма.

Недостатком данного устройства является наличие карданного вала для передачи вращения на рабочий орган. Это снижает надежность устройства и оказывает негативное влияние на его работоспособность в связи с тем, что карданный вал не обеспечивает высокую жесткость на кручение.

Целью данного изобретения является повышение надежности и технической эффективности устройства за счет того, что вращательные движения передаются через механизм параллелограмма, а не через карданный вал.

Цель достигается тем, что устройство, пространственный механизм с четырьмя степенями свободы, включает основание, выходное звено, рабочий орган, кинематически связанный с выходным звеном, три кинематические цепи, содержащие каждая двигатель поступательного перемещения, расположенный параллельно одной из ортогональных осей координат, начальную вращательную кинематическую пару, ось которой расположена перпендикулярно оси соответствующего двигателя поступательного перемещения, шарнирный параллелограмм, начальное звено которого совмещено с осью соответствующей начальной вращательной кинематической пары, а вращательные кинематические пары шарнирного параллелограмма расположены перпендикулярно оси начальной вращательной кинематической пары, конечную вращательную кинематическую пару, ось которой совмещена с осью конечного звена шарнирного параллелограмма, конечное звено кинематической цепи, сопряженное с выходным звеном механизма, в одной из кинематических цепей расположен двигатель вращательного перемещения, ось которого расположена параллельно оси соответствующего двигателя поступательного перемещения, а также выходная вращательная кинематическая пара, ось которой параллельна оси двигателя вращательного перемещения, сопрягающая конечное звено кинематической цепи с выходным звеном механизма. Конечное звено кинематической цепи, содержащей двигатель вращательного перемещения, сопряжено посредством выходной вращательной кинематической пары с выходным звеном механизма и жестко связано с рабочим органом, а конечные звенья двух других кинематических цепей жестко связаны с выходным звеном механизма.

Фиг.1 - пространственный механизм с четырьмя степенями свободы.

Фиг.2, Фиг.3 - дополнительный шарнирный параллелограмм.

Пространственный механизм с четырьмя степенями свободы (Фиг.1) включает основание (1), выходное звено (2), рабочий орган (3), кинематически связанный с выходным звеном (2) и три кинематические цепи. Каждая цепь содержит двигатель поступательного перемещения (4, 4', 4''), расположенный параллельно одной из ортогональных осей координат, начальную вращательную кинематическую пару (5, 5', 5''), ось которой расположена перпендикулярно оси соответствующего двигателя поступательного перемещения (4, 4', 4''), шарнирный параллелограмм, начальное звено (6, 6', 6'') которого совмещено с осью соответствующей начальной вращательной кинематической пары (5, 5', 5''), а вращательные кинематические пары шарнирного параллелограмма (7, 7', 7'') расположены перпендикулярно оси начальной вращательной кинематической пары (5, 5', 5''), конечную вращательную кинематическую пару (8, 8', 8''), ось которой совмещена с осью конечного звена шарнирного параллелограмма (9, 9', 9''), конечное звено кинематической цепи (10), сопряженное с выходным звеном механизма (2). В одной из кинематических цепей расположен двигатель вращательного перемещения (11), ось которого расположена параллельно оси соответствующего двигателя поступательного перемещения (4), а также выходная вращательная кинематическая пара (12), ось которой параллельна оси двигателя вращательного перемещения (11), сопрягающая конечное звено кинематической цепи (10) с выходным звеном механизма (2). Конечное звено кинематической цепи (10), содержащей двигатель вращательного перемещения (11), сопряжено посредством выходной вращательной кинематической пары (12) с выходным звеном механизма (2) и жестко связано с рабочим органом (3), а конечные звенья двух других кинематических цепей (10', 10'') жестко связаны с выходным звеном механизма (2).

Устройство, пространственный механизм с четырьмя степенями свободы, работает следующим образом. Относительно основания (1) выходное звено (2) вместе с кинематически связанным с ним рабочим органом (3) перемещается посредством трех кинематических цепей. В каждой цепи двигатель поступательного перемещения (4, 4', 4''), расположенный параллельно одной из ортогональных осей координат, передает движение на соответствующую начальную вращательную кинематическую пару (5, 5', 5''), ось которой расположена перпендикулярно оси соответствующего двигателя поступательного перемещения (4, 4', 4''). Затем движение передается на соответствующий шарнирный параллелограмм, начальное звено (6, 6', 6'') которого совмещено с осью соответствующей начальной вращательной кинематической пары (5, 5', 5''), а вращательные кинематические пары шарнирного параллелограмма (7, 7', 7'') расположены перпендикулярно оси начальной вращательной кинематической пары (5, 5', 5''). Каждый шарнирный параллелограмм выполняет функцию поступательной кинематической пары. Далее движение передается на соответствующую конечную вращательную кинематическую пару (8, 8', 8''), ось которой совмещена с осью конечного звена шарнирного параллелограмма (9, 9', 9''). После этого движение передается на соответствующее конечное звено кинематической цепи (10, 10', 10''), сопряженное с выходным звеном механизма (2). Двигатель вращательного перемещения (11), расположенный в одной из кинематических цепей с осью, параллельной оси соответствующего двигателя поступательного перемещения (4), передает движение на соответствующую начальную вращательную кинематическую пару (5). Затем движение передается на соответствующий шарнирный параллелограмм, начальное звено (6) которого совмещено с осью соответствующей начальной вращательной кинематической пары (5), а вращательные кинематические пары параллелограмма (7) расположены перпендикулярно оси начальной вращательной кинематической пары (5). Далее движение передается на соответствующую конечную вращательную кинематическую пару (8), ось которой совмещена с осью конечного звена шарнирного параллелограмма (9). После этого движение передается на соответствующее конечное звено кинематической цепи (10), сопряженное с выходным звеном механизма (2) посредством выходной вращательной кинематической пары (12), ось которой параллельна оси двигателя вращательного перемещения (11). Эта выходная вращательная кинематическая пара (12) сопрягает конечное звено кинематической цепи (10) с выходным звеном механизма (2). Поскольку конечное звено кинематической цепи (10), содержащей двигатель вращательного перемещения (11), сопряжено посредством выходной вращательной пары (12) с выходным звеном механизма (2) и жестко связано с рабочим органом (3), то вращение с двигателя вращательного перемещения (11) передается на рабочий орган (3). В связи с тем, что конечные звенья двух других кинематических цепей (10', 10'') жестко связаны с выходным звеном механизма (2), то ориентация выходного звена (2) остается неизменной.

Для увеличения жесткости любой шарнирный параллелограмм может быть снабжен дополнительным шарнирным параллелограммом, расположенным под углом к первому шарнирному параллелограмму (Фиг.2). При этом в каждом из указанных шарнирных параллелограммах промежуточное звено может быть только одно (Фиг.3).