RU2774279C1 - Flat-spatial three-platform manipulator - Google Patents
Flat-spatial three-platform manipulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2774279C1 RU2774279C1 RU2021124763A RU2021124763A RU2774279C1 RU 2774279 C1 RU2774279 C1 RU 2774279C1 RU 2021124763 A RU2021124763 A RU 2021124763A RU 2021124763 A RU2021124763 A RU 2021124763A RU 2774279 C1 RU2774279 C1 RU 2774279C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- platform
- turntable
- kinematic
- movable
- movable platform
- Prior art date
Links
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к платформенным механизмам параллельной структуры с несколькими степенями свободы, и может найти применение в разных областях техники и хирургии в качестве стационарных, переносных и подвесных манипуляционных устройств с заданной постоянной ориентацией перемещаемого рабочего органа во всем расширенном рабочем пространстве.The invention relates to mechanical engineering, in particular to platform mechanisms of a parallel structure with several degrees of freedom, and can be used in various fields of technology and surgery as stationary, portable and suspended manipulation devices with a given constant orientation of the moving working body in the entire extended working space.
Известен пространственный платформенный манипулятор в виде «Платформы Стюарта», содержащий подвижную платформу с рабочим органом, перемещаемую одновременно шестью приводными двигателями со связанной кинематикой посредством шести сложных сферических шарниров с пересекающимися строго в одной точке осями вращения (книга Вульфсон И.И. и др. «Механика машин», Москва: Высшая школа, 1996 г., с. 28, рис. 1.20) - аналог.A spatial platform manipulator is known in the form of a “Stewart Platform”, containing a movable platform with a working body, moved simultaneously by six drive motors with associated kinematics through six complex spherical hinges with axes of rotation intersecting strictly at one point (book by Vulfson I.I. et al. " Mechanics of Machines, Moscow: Higher School, 1996, p. 28, Fig. 1.20) - analogue.
Недостатками известного платформенного манипулятора являются сложность конструкции, низкая эксплуатационная эффективность в узкой рабочей зоне и сложность системы управления.The disadvantages of the known platform manipulator are the complexity of the design, low operational efficiency in a narrow working area and the complexity of the control system.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является пространственный манипулятор с тремя управляемыми степенями свободы перемещаемой платформы с рабочим органом, кинематически связанной через сферические шарниры с неподвижным опорным основанием (статья Мирзаев Р.А. и др. «Исследование кинематики манипулятора параллельной структуры (дельта-механизм)» // Вестник Сибирского госуд. аэрокосм. ун-та, 2012, Вып. 4, с. 46-50, рис. 1-4) - прототип.Closest to the proposed invention is a spatial manipulator with three controlled degrees of freedom of a movable platform with a working body, kinematically connected through spherical hinges with a fixed support base (article Mirzaev R.A. et al. "Study of the kinematics of a parallel structure manipulator (delta mechanism)" // Bulletin of the Siberian State Aerospace University, 2012, Issue 4, pp. 46-50, Fig. 1-4) - prototype.
Недостатками указанного платформенного манипулятора являются сложность конструкции, узкая рабочая зона (показанная на рис. 4 в упомянутой статье Мирзаева Р.А., 2012 г.), а также узкая функциональность и ограниченные области применения из-за возникающего углового поворота платформы с рабочим органом, что нарушает постоянство его ориентации в рабочем пространстве, требуемое при выполнении разных технологических операций, и приводит к изменению заданного вертикального углового или горизонтального расположения этого рабочего органа при его перемещении,The disadvantages of this platform manipulator are the complexity of the design, the narrow working area (shown in Fig. 4 in the mentioned article by Mirzaev R.A., 2012), as well as the narrow functionality and limited areas of application due to the resulting angular rotation of the platform with the working body, which violates the constancy of its orientation in the working space, required when performing various technological operations, and leads to a change in the given vertical angular or horizontal location of this working body when it is moved,
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в упрощении конструкции и системы управления, повышении эксплуатационной эффективности и обеспечении заданного постоянного ориентирования рабочего органа во всем расширенном рабочем пространстве манипулятора.The invention is based on a technical problem, which consists in simplifying the design and control system, increasing operational efficiency and ensuring a given constant orientation of the working body throughout the extended working space of the manipulator.
Получение технического результата достигается за счет того, что шарнирно-рычажное устройство привода рабочего органа выполнено в виде сборки из трех кинематически связанных между собой трехшарнирных звеньев, выполненных в виде равносторонних треугольников и представляющих собой последовательно расположенные по вертикали поворотную платформу, образующую с подвижной платформой плоскую замкнутую кинематическую цепь и присоединяемую к подвижной платформе через пространственную замкнутую кинематическую цепь дополнительную рабочую платформу с закрепленным за ней рабочим органом, где обе упомянутые кинематические цепи содержат цилиндрические шарниры, состоящие из вращательных кинематических пар с параллельно расположенными осями углового поворота соединяемых рычажных звеньев.Obtaining a technical result is achieved due to the fact that the hinge-lever drive device of the working body is made in the form of an assembly of three kinematically interconnected three-hinged links, made in the form of equilateral triangles and representing a sequentially located vertically located turntable, forming a flat closed platform with a movable platform. a kinematic chain and an additional working platform connected to the movable platform through a spatial closed kinematic chain with a working body attached to it, where both said kinematic chains contain cylindrical hinges consisting of rotational kinematic pairs with parallel axes of angular rotation of the connected lever links.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4.The essence of the invention is illustrated by the drawings in Fig. 1, fig. 2, fig. 3 and FIG. four.
На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого плоско-пространственного трехплатформенного манипулятора, в котором кинематическая связь между подвижной платформой 1 и поворотной платформой 2 выполнена в виде трех параллельно установленных между собой кривошипов 3, 4 и 5 одинаковой длины О1А = О2В = О3С. один из которых, например, кривошип 3 снабжен приводной вращательной кинематической парой О1, выполненной с вертикальной осью вращения и образует плоскую замкнутую кинематическую цепь.In FIG. 1 shows a general view of the proposed flat-spatial three-platform manipulator, in which the kinematic connection between the movable platform 1 and the
Подвижная платформа 1 установлена в одной плоскости или в параллельных плоскостях, а также в одной угловой фазе расположения шарниров - относительно поворотной платформы 2.The movable platform 1 is installed in the same plane or in parallel planes, as well as in the same angular phase of the location of the hinges - relative to the
Кинематическая связь рабочей платформы 6 и рабочего органа 7 с подвижной платформой 1 выполнена в виде трех установленных параллельно между собой кривошипов 8, 9 и 10 одинаковой NM = ED = TQ и образующих пространственную замкнутую многозвенную кинематическую цепь. Поворотная платформа 2 шарнирно соединена со стержневой рамкой 11, последняя выполнена с перпендикулярно расположенными между собой и сблокированными с упомянутой стержневой рамкой 11 вертикальной и горизонтальной осями ее вращения 12 и 13.The kinematic connection of the working
Подвижная платформа 1 и поворотная платформа 2 установлены в одной угловой фазе расположения их шарнирных треугольников ABC и О1О2О3 между собой, а рабочая платформа 6 и подвижная платформа 1 установлены в противофазе с разворотом на 180°.The movable platform 1 and the
Представленный на фиг. 1 платформенный манипулятор обладает четырьмя управляемыми степенями свободы (W = 4) - четырьмя ориентирующими движениями рабочей платформы 6 (направления движения входных звеньев манипулятора указаны на фиг. 1 стрелками).Shown in FIG. 1, the platform manipulator has four controlled degrees of freedom (W = 4) - four orienting movements of the working platform 6 (the directions of movement of the input links of the manipulator are indicated in Fig. 1 by arrows).
На фиг. 2 представлен вариант выполнения плоско-пространственного трехплатформенного манипулятора, в котором шарнирно-рычажное устройство привода рабочего органа выполнено в виде сборки подвижной платформы 1 с поворотной платформой 2 через плоскую замкнутую кинематическую цепь, включающую три плоских шарнирных ромба О1О4АО5, О2О6ВО7 и О3О8СО9. симметрично расположенных между подвижной платформой 1 и поворотной 2 и присоединенных к вершинам А, В и С платформы 1 с установленными по диагоналям этих ромбов ОАО5, О6О7 и О8О9 приводными пневмоцилиндрами или гидроцилиндрами 3, 3' и 3''. или по диагоналям этих ромбов может быть установлена приводная винтовая кинематическая пара. Рабочая платформа 4 с рабочим органом 5 кинематически связана с подвижной платформой 1 через пространственную замкнутую кинематическую цепь, включающую три параллельных кривошипа 6, 7 и 8 одинаковой длины ED = QT = NM, из которых кривошип 8 снабжен приводной вращательной кинематической парой N. Поворотная платформа 2 выполнена с возможностью осуществления полного поворота вокруг вертикальной оси, а обе упомянутые кинематические цепи содержат цилиндрические шарниры, состоящие из вращательных кинематических пар с параллельно расположенными осями углового поворота звеньев.In FIG. 2 shows an embodiment of a flat-spatial three-platform manipulator, in which the hinge-lever drive device of the working body is made in the form of an assembly of a movable platform 1 with a
Поворотная платформа 2 выполнена с возможностью осуществления полного поворота вокруг вертикальной оси от вращательного двигателя и последующей фиксации, в заданном угловом положении посредством самотормозящейся, например, червячной передачи. Поворотная платформа 2 может быть снабжена устройством ее угловой фиксации, в заданном угловом положении, например, посредством управляемого фрикционного тормоза.The
Представленный на фиг. 2 платформенный манипулятор обладает пятью управляемыми степенями свободы (W = 5) - пятью ориентирующими движениями рабочей платформы 4 (направление движения входных звеньев манипулятора на фиг. 2 указано стрелками).Shown in FIG. 2, the platform manipulator has five controlled degrees of freedom (W = 5) - five orienting movements of the working platform 4 (the direction of movement of the input links of the manipulator in Fig. 2 is indicated by arrows).
На фиг. 3 представлен вариант выполнения плоско-пространственного трехплатформенного манипулятора, в котором кинематическая связь между подвижной платформой 1 и поворотной платформой 2 выполнена в виде трех пар двухшарнирных соединительных рычагов 3 и 4. снабженных тремя установленными на поворотной платформе 2 приводными вращательными кинематическими парами О1, О2 и О3, а поворотная платформа 2 выполнена с возможностью осуществления полного поворота вокруг оси О7О8, расположенной в плоскости этой платформы 2, с приводом от вращательного двигателя.In FIG. Figure 3 shows an embodiment of a flat-spatial three-platform manipulator, in which the kinematic connection between the movable platform 1 and the
Рабочая платформа 5 с рабочим органом 6 кинематически связана с подвижной платформой 1 через два параллельных кривошипа 7 и 8 одинаковой длины ED = TQ (которые снабжены приводными винтовыми механизмами 12 и 13, установленными вдоль упомянутыми двух кривошипов 7 и 8), в также через два подвижно сочленных через цилиндрический шарнир J двухшарнирных соединительных рычага 9 и 10, из которых рычаги 8 и 10 снабжены приводными вращательными кинематическими парами N и Т, которые установлены на платформе 1 и обеспечивают заданную угловую ориентацию платформы 5.The working
Представленный на фиг. 3 платформенный манипулятор обладает шестью управляемыми степенями свободы (W = 8) - восемью ориентирующими движениями рабочей платформы 5 (направления движения входных звеньев манипулятора на фиг. 3 указаны стрелками).Shown in FIG. 3, the platform manipulator has six controlled degrees of freedom (W = 8) - eight orienting movements of the working platform 5 (the directions of movement of the input links of the manipulator in Fig. 3 are indicated by arrows).
На фиг. 4 представлен вариант выполнения плоско-пространственного трехплатформенного манипулятора, в котором кинематическая связь между подвижной платформой 1 и поворотной платформой 2 выполнена в виде трех подвижных гидроцилиндров 3, 3' и 3'' в качестве приводных поступательных кинематических пар. Кинематическая связь между подвижной платформой 1 и рабочей платформой 4 с рабочим органом 5 выполнена в виде двух параллельных между собой кривошипов 6 и 7 одинаковой длины LD = TQ, снабженных установленной на подвижной платформе 1 приводной вращательной кинематической парой N, и дополнена двумя соединительными рычагами 8 и 9, связанными между собой через приводную поступательную кинематическую пару J в виде подвижного гидроцилиндра 10 или в виде приводного самотормозящегося винтового механизма. Кривошипы 6 и 8 снабжены сблокированными с ними поступательными приводами 13 и 14, предназначенными для установочного регулирования длины этих кривошипов.In FIG. 4 shows an embodiment of a flat-spatial three-platform manipulator, in which the kinematic connection between the movable platform 1 and the
Манипулятор снабжен цилиндрической стержневой опорой 11, выполненной с возможностью осуществления полного поворота вокруг вертикальной оси и сблокированной со стержневой рамкой 12, которая содержит две соосно расположенные между собой по горизонтали полуоси Е1 и Е2, закрепленные на поворотной платформе 2 и предназначенные для кинематической связи через цилиндрические шарниры G1 и G2 поворотной платформы 2 с цилиндрической стержневой опорой 11. Поворотная платформа 2 выполнена с возможностью осуществления полного поворота вокруг горизонтальной оси от вращательного двигателя.The manipulator is equipped with a
Представленный на фиг. 4 платформенный манипулятор обладает девятью степенями свободы (W = 9) - девятью ориентирующими движениями рабочей платформы 4 с закрепленным на ней рабочим органом 5 (направления движения входных звеньев манипулятора на фиг. 4 указаны стрелками).Shown in FIG. 4, the platform manipulator has nine degrees of freedom (W = 9) - nine orienting movements of the working platform 4 with the
Работа представленного платформенного манипулятора заключается в следующем.The work of the presented platform manipulator is as follows.
Заданное отдельное движение входных звеньев манипулятора (указанное стрелками на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4) посредством шарнирно-рычажного устройства на основе представленной плоско-пространственной замкнутой кинематической цепи преобразуется в круговое поступательное движение рабочей платформы с рабочим органом, что обеспечивает постоянство ориентирования рабочего органа во всем расширенном (за счет увеличения числа управляемых степеней свободы до W = 9) пространстве управляемой работы манипулятора. Кроме того, данный привод манипулятора обеспечивает установочное регулирование угла наклона рабочей платформы или его гарантированное постоянство или дальнейшем перемещении рабочего органа (в процессе выполнения технологических или хирургических операций).The specified individual movement of the input links of the manipulator (indicated by arrows in Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3 and Fig. 4) by means of a hinge-lever device on the basis of the presented flat-spatial closed kinematic chain is converted into a circular translational movement of the working platform with the working body , which ensures the constancy of the orientation of the working body in the entire extended (by increasing the number of controlled degrees of freedom to W = 9) space of controlled operation of the manipulator. In addition, this drive of the manipulator provides installation adjustment of the angle of inclination of the working platform or its guaranteed constancy or further movement of the working body (in the process of performing technological or surgical operations).
Достигаемый в предлагаемом платформенном манипуляторе положительный эффект заключается в упрощении конструкции (на основе применения простых вращательных кинематических пар) и системы управления (за счет раздельной кинематики управляемых движений рабочего органа), расширении рабочего пространства и функциональности манипулятора (за счет увеличения до W=9 числа его управляемых степеней свободы), а также гарантированного постоянства ориентации перемещаемого рабочего органа при выполнении различных технологических и хирургических операций (за счет точного кинематического обеспечения кругового поступательного движения рабочего органа с заданным постоянным углом его расположения в пространстве) - что расширяет функциональность и области применения манипулятора.The positive effect achieved in the proposed platform manipulator is to simplify the design (based on the use of simple rotational kinematic pairs) and the control system (due to separate kinematics of controlled movements of the working body), expand the working space and functionality of the manipulator (by increasing to W=9 the number of its controlled degrees of freedom), as well as guaranteed constancy of the orientation of the moving working body when performing various technological and surgical operations (due to the precise kinematic support of the circular translational movement of the working body with a given constant angle of its location in space) - which expands the functionality and scope of the manipulator.
Claims (10)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2774279C1 true RU2774279C1 (en) | 2022-06-16 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2835540C1 (en) * | 2024-06-18 | 2025-02-26 | Владимир Иванович Пожбелко | Triple-platform manipulator of relative manipulation |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6729202B2 (en) * | 2001-05-31 | 2004-05-04 | UNIVERSITé LAVAL | Cartesian parallel manipulators |
RU2605059C1 (en) * | 2015-07-27 | 2016-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Лапик" | Device for actuating element positioning |
RU170930U1 (en) * | 2016-04-19 | 2017-05-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | SPATIAL MECHANISM WITH SIX DEGREES OF FREEDOM |
RU2722165C1 (en) * | 2019-11-19 | 2020-05-27 | Владимир Иванович Пожбелко | Spatial platform vip-manipulator |
RU2730345C1 (en) * | 2020-01-23 | 2020-08-21 | Владимир Иванович Пожбелко | Spherical v-manipulator |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6729202B2 (en) * | 2001-05-31 | 2004-05-04 | UNIVERSITé LAVAL | Cartesian parallel manipulators |
RU2605059C1 (en) * | 2015-07-27 | 2016-12-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Лапик" | Device for actuating element positioning |
RU170930U1 (en) * | 2016-04-19 | 2017-05-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" | SPATIAL MECHANISM WITH SIX DEGREES OF FREEDOM |
RU2722165C1 (en) * | 2019-11-19 | 2020-05-27 | Владимир Иванович Пожбелко | Spatial platform vip-manipulator |
RU2730345C1 (en) * | 2020-01-23 | 2020-08-21 | Владимир Иванович Пожбелко | Spherical v-manipulator |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2835540C1 (en) * | 2024-06-18 | 2025-02-26 | Владимир Иванович Пожбелко | Triple-platform manipulator of relative manipulation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1730235A (en) | Six degrees of freedom redundant parallel mechanism | |
CN1267586A (en) | Four-freedom parallel robot mechanism | |
CN110545963A (en) | Multi-degree-of-freedom parallel mechanism | |
JP4618769B2 (en) | Rotating telescopic link mechanism | |
CN1537704A (en) | A Two-Dimensional Rotating One-Dimensional Mobile Parallel Robot Mechanism | |
RU2774279C1 (en) | Flat-spatial three-platform manipulator | |
RU2730345C1 (en) | Spherical v-manipulator | |
CN208812084U (en) | A Novel Linear Drive Parallel Robot | |
JP2021154480A (en) | 3-axis parallel linear robot | |
RU2679260C1 (en) | Manipulator for submicron displacements | |
CN108356802A (en) | A kind of two-freedom-degree parallel mechanism of partly decoupled | |
RU2758377C1 (en) | Spatial manipulator | |
KR940013758A (en) | Punching unit for punching thin products | |
RU2776578C1 (en) | Symmetrical platform manipulator with three degrees of freedom | |
RU179567U1 (en) | SPATIAL MECHANISM WITH A CIRCULAR GUIDE | |
CN107160365A (en) | A kind of three freedom decoupling sphere parallel mechanism | |
RU2651781C1 (en) | Industrial purpose tripod manipulator | |
RU2720270C1 (en) | Folding mechanism with six degrees of freedom | |
RU2765030C1 (en) | Folding joint manipulator | |
RU2751782C1 (en) | Hinged platform manipulator | |
RU2751778C1 (en) | Platform robot | |
RU2753217C1 (en) | Parallel manipulator with three degrees of freedom | |
RU2784764C1 (en) | Spatial parallelogram mechanism of manipulator | |
RU2753064C1 (en) | Pivot mechanism | |
RU2751780C1 (en) | Platform manipulator with three degrees of freedom |