Високошвидкісний робот паралельної кінематики із чотирма ступенями рухливості

 

Область техніки, до якої належить винахід

Винахід відноситься до робота, призначеного для переміщення платформи, несе відповідний інструмент, з чотирма ступенями рухливості (трьома поступальними і однієї обертальної навколо вертикальної осі), з дуже високими прискореннями і швидкостями в будь-якому напрямку. Більш конкретно, на роботу, приводи якого розміщені симетрично, забезпечуючи однорідні робочі характеристики і високу жорсткість у всьому робочому просторі робота, основним завданням якого є захоплення, перенесення та встановлення предметів.

Рівень техніки

Роботи паралельної кінематики зазвичай складаються з нерухомої підтримуючої або опорної плити, на якій змонтовані приводи, через шарнірно з'єднані ланки або кінематичні ланцюги, пов'язані з рухомою платформою, до якої прикріплений відповідний інструмент.

Робот цього типу з трьома ступенями рухливості описаний, наприклад, у патенті US 4976582, а в патенті ЄР 1084802 описаний робот паралельної кінематики із чотирма ступенями рухливості (трьома поступальними і однієї обертальної).

Роботи паралельної кінематики із чотирма ступенями рухливості дуже підходять для зігнання є переваги перед більш складними роботами паралельної кінематики, наприклад, з 6 ступенями рухливості.

Об'єктом винаходу за ЕР 1084802 є робот паралельної кінематики, в якому всі зв'язки рухомої платформи є зв'язками типу шарнірне з'єднання, що є сприятливим фактором для досягнення високих швидкостей і прискорень. Цей робот містить чотири кінематичні ланцюги, що приводяться в дію за допомогою чотирьох приводів, які одним своїм кінцем прикріплені до опорній плиті, а іншим кінцем - до кінематичного ланцюга. У свою чергу, кінематичні ланцюги пов'язані з рухомою платформою, несучої інструмент. Рухома платформа складається з двох частин або стрижнів, пов'язаних своїми кінцями з чотирма кінематичними ланцюгами, і третього стрижня, який встановлений між першими двома допомогою двох шарнірних з'єднань, причому цей стрижень несе інструмент.

Рухома платформа допускає поворот на кут ±45°, який може бути збільшений за допомогою використання зубчастих вінців.

Спеціальна конструкція рухомої платформи і використання шарнірних з'єднань призводять до отримання изостатической схеми і ведуть до неоднородному розташуванню кінематичних ланцюгів, а отже, і приводів. Це конкретне розташування високу жорсткість у всьому робочому просторі, що є істотним недоліком.

Модифікована конфігурація робота, описаного в патенті ЄР 1084802, описана, наприклад, у публікації: "I4: A new parallel mechanism for SCARA motions" Proc. of IEEE ICRA: Int. Conf. on Robotics and Automation, Taipei, Taiwan, September 14-19, 2003".

Конфігурація, описана в цій статті, спрямована на компенсацію основного недоліку винаходу за патентом ЄР 1084802 - неоднорідності робочих характеристик і низької жорсткості, які ця конфігурація має у всьому робочому просторі робота.

Ця нова конфігурація по суті ґрунтується на новій конструкції рухомої платформи, яка повинна вирішити вищезазначені проблеми, замінивши шарнірні з'єднання призматичними сочленениями, а зубчасті вінці - зубчастою рейкою. Ці зміни передбачають, в першу чергу, значне зменшення ризику зіткнення між різними частинами рухомої платформи.

Зокрема, рухома платформа утворена трьома частинами: двома боковими частинами центральною частиною, причому бічні частини зв'язані на своїх кінцях з чотирма кінематичними ланцюгами через кульові шарніри, як у роботі за патентом ЄР 1084802, тоді як центральна частина пов'язана з бічними частинами допомогою призматичних зчленування. Четир�риводов.

В конструкції робота за патентом ЄР 1084802 двигуни обертання можуть бути замінені лінійними двигунами, а шарнірні з'єднання - універсальними шарнірами. У конкретному випадку нової конфігурації, описаної у вищезгаданій статті, використовуються чотири лінійних двигуна, розташованих в одній і тій же площині і орієнтованих в одному і тому ж напрямку.

Інша конфігурація описана в іншій статті: "A High-Speed Parallel for Robot Scara Motions" Proceeding of the 2004 IEEE International Conference on Robotics & Automotion, New Orleans, LA, USA, April 26-May 1, 2004.

Цей робот утворений чотирма зв'язаними з рухомою платформою кінематичними ланцюгами, які приводяться в дію чотирма приводами обертального руху, пов'язаними з нерухомою основою. Основні відмінності порівняно з вищеописаною конфігурацією полягають у використанні приводів обертального руху і конструкції рухомої платформи. Зокрема, рухома платформа утворена з двох частин, пов'язаних між собою за допомогою призматичної направляючої і системи з троса і шківа, що перетворює лінійне поступальний рух направляє в потрібне обертання. Ця конструкція рухомої платформи дозволяє розташувати приводи під кутом 90° по відношенню один до дбота.

Основний недолік останніх двох описаних конструкцій полягає в обмеженні досягнення високих прискорень і швидкостей, що є основною вимогою для варіантів застосування по захопленню, перенесення і встановлення предметів. Це обмеження обумовлене використанням призматичних напрямних, а більш конкретно, циркуляцією кульок в напрямних кочення.

Розкриття винаходу

Завданням цього винаходу є усунення недоліків згаданих роботів.

Зокрема, завданням винаходу є створення робота, що має високу твердість, високу точність, однорідні робочі характеристики у всьому робочому просторі, хороші динамічні характеристики і дуже високі швидкості і прискорення в будь-якому напрямку.

Вказана задача вирішується за рахунок симетричного розташування приводів робота, використання шарнірних з'єднань в рухомій платформі і її нової конструкції.

Зокрема, рухома платформа робота, згідно даного винаходу, складається з чотирьох частин, пов'язаних між собою за допомогою поворотного шарніра, причому, щонайменше, дві з цих частин паралельні один до одного, утворюючи шарнірно з'єднану рухому платформучий інструмент об'єднаний з будь-якої з чотирьох частин, складових рухому платформу.

Кінематичні ланцюги утворені просторовим паралелограмом, що складається з чотирьох попарно паралельні стрижнів, пов'язаних допомогою кульових шарнірів.

Ці кінематичні ланцюги одним зі своїх кінців пов'язані з одним з шарнірних з'єднань рухомої платформи, а іншим кінцем через поворотний шарнір або через зчленування, що забезпечує поступальний переміщення, пов'язані з відповідними приводами, встановленими на опорній плиті, що знаходиться у верхній частині робота.

Переважно, щоб приводи були симетрично розташовані в нерухомій структурі, так що це симетричне розташування приводів і, особливо, використання плоского паралелограма в рухомій платформі дозволяє отримати відмінні динамічні характеристики, високу жорсткість і однорідні робочі характеристики у всьому робочому просторі робота.

Зміщення рухомої платформи з чотирма ступенями рухливості (трьома поступальними і однієї обертальної щодо вертикальної осі) здійснюється шляхом управління приводами.

Ступінь рухливості, пов'язана з плоским паралелограмом, являє собою поворот щодо верѾрие або всі кінематичні ланцюги робота утворені за допомогою єдиного стрижня з двома карданними або універсальними шарнірами на його кінцях, пов'язаного з рухомою платформою і з приводами.

Елементи, що утворюють рухому платформу, переважно розташовані попарно паралельно, а проміжний елемент розташований паралельно одній з пар ланок, складових рухому платформу, і пов'язаний з двома іншими елементами в їх центральній частині.

Переважно елементи, що утворюють рухому платформу, розташовані так, що один з проміжних елементів змонтований паралельно одній з пар ланок, що утворюють рухому платформу, і пов'язаний з двома іншими елементами в їх центральній частині, а другий проміжний елемент змонтований паралельно другій парі ланок рухомої платформи і пов'язаний з двома іншими елементами в їх центральній частині, причому два проміжних елементи пов'язані між собою в точці, де встановлений робочий інструмент.

Для збільшення діапазону повороту робочого інструменту до складу пристрою може бути включений додатковий механізм, що включає ремінь і шківи або зубчасті колеса. У цьому випадку робочий інструмент буде об'єднаний з будь-якої з необхідних додаткових механічних частин.

Короткий опис креслень

Для кращого розуміння винаходу його опис як �а фіг.1 показаний робот у відповідності з цим винаходом, вигляд у перспективі;

на фіг.2 показаний вузол рухомої платформи і її з'єднання з кінематичними ланцюгами робота, вигляд зверху;

на фіг.3 показаний робот у відповідності з цим винаходом, вигляд зверху;

на фіг.4 показана рухома платформа у варіанті здійснення винаходу, зручною з точки зору розташування приводів, вигляд зверху;

на фіг.5 зображений вигляд у перспективі рухомої платформи, що включає в себе посилює механізм, що складається з двох шківів і ременя;

на фіг.6 зображений вигляд у перспективі рухомої платформи, що включає в себе посилює механізм, що складається з секції з зубцями і зубчастого колеса;

на фіг.7 зображений вигляд у перспективі рухомої платформи, що включає в себе проміжний елемент і підсилює механізм, що складається з двох шківів і ременя;

на фіг.8 зображений вигляд у перспективі рухомої платформи, що включає в себе проміжний елемент і підсилює механізм, що складається з секції з зубцями і зубчастого колеса;

на фіг.9 зображений вигляд у перспективі рухомої платформи, що включає в себе два проміжних елемента і підсилює механізм, що складається з зубчастої передачі.

Здійснення винаходу

Як показано на фіг.1, роб� з приводами, прикріпленими до опорної плити (3), а іншими своїми кінцями - з рухомою платформою (4), на якій встановлений робочий інструмент (5).

Кожна з кінематичних ланцюгів складається з чотирьох попарно паралельні стрижнів(6), (6'), (7), (7'), пов'язаних між собою за допомогою кульових шарнірів (8). В альтернативному варіанті здійснення винаходу кінематичні ланцюги утворені за допомогою єдиного стрижня з двома карданними або універсальними шарнірами на своїх кінцях.

Кожен з чотирьох приводів складається з кріпильної опори (9) для прикріплення його до опорної плити (3), двигуна (10) обертання, пов'язаного з опорою (9), і ланки, жорстко пов'язаного з валом двигуна, викликає поворот шарніра (2). В альтернативному варіанті здійснення винаходу використовуються чотири лінійних двигуна, розташованих в одній площині і виставлених в одному і тому ж напрямку.

Рухома платформа (4) складається з чотирьох елементів(11), (11'), (12), (12'), пов'язаних між собою за допомогою шарнірів (13), причому щонайменше два з цих елементів, що утворюють рухому платформу (4), паралельні один одному, утворюючи шарнірно з'єднану рухому платформу з одним ступенем рухливості в площині рухомий платфо�атформи (4). Цей поворот забезпечує робочого інструменту один поворот на кут між -45° і +45°, який може бути збільшений за допомогою додаткових підсилюють механізмів. Ці механізми будуть описані нижче.

Інструмент (5) об'єднаний з яким-небудь з елементів(11), (11'), (12), (12').

Два елемента (11) і (11') утворені ланками, мають на своїх кінцях поперечні надставки (14), забезпечені внутрішнім отвором, в якому розміщені і можуть повертатися стрижні (7') кінематичних ланцюгів (1), тоді як ланки (12) і (12') утворені стрижнями, шарнірно пов'язаними з поперечними надставками (14) стрижнів (11) і (11').

Як показано на фіг.3, стрижні (7') кінематичних ланцюгів (1) мають ту ж саму просторову орієнтацію, що і вихідні вали приводів (10), розташованих на опорній плиті (3) симетрично, що дозволяє отримати високу твердість, високу точність позиціонування і однорідні робочі характеристики у всьому робочому просторі робота.

Переважно розташування приводів, а отже, стрижнів (7') кінематичних ланцюгів і надставок (14) рухомої платформи (4) під кутами 45°, 135°, 225° і 315°, як показано на фіг.4, хоча є необмежену кількість можливостей для розташування приводів.

П�а. Збірка цих механізмів на рухомій платформі у багатьох випадках вимагає додаткових частин.

Різні варіанти реалізації підсилюють механізмів описані нижче в тому вигляді, в якому вони показані на фіг.5-9.

У першому варіанті реалізації, показаному на фіг.5, рухома платформа (4) складається з чотирьох елементів(11), (11'), (12), (12'), пов'язаних допомогою шарнірів (13). Щонайменше, два з чотирьох елементів паралельні один одному. Підсилює механізм складається з двох шківів, одного (15), змонтованого на елементі (11'), та іншого шківа (16), змонтованого на елементі (11), і ременя (17), розташованого між обома шківами (15), (16). У цьому варіанті реалізації робочий інструмент пов'язаний з валом шківа (16).

У другому варіанті реалізації, показаному на фіг.6, елемент (11) має секцію (18) із зубчастим вінцем, а елемент (11') має зубчасте колесо (19), що входить в зачеплення з сектором (18). У цьому випадку робочий інструмент (5) пов'язаний із зубчастим вінцем і також має чотири ступеня рухливості.

На фіг.7 і 8 показано альтернативні варіанти реалізації, в яких рухома платформа (4) включає в себе додатковий елемент або ланка (20).

У варіанті реалізації згідно фіг.7 рухома платформа (4) утворена п (12') є попарно паралельними і кінцями пов'язані між собою. П'ятий елемент (20) встановлений паралельно одній з пар елементів (12), (12') та його кінці пов'язані з двома іншими елементами (11) і (11').

Збільшення повороту робочого елемента забезпечується за допомогою двох шківів (21), (22), один з яких розташований на одному з елементів (11), (11'), а інший - на додатковому елементі (20), і відповідного ременя (23). Робочий інструмент (5) розташований на шківі (22).

Як показано на фіг.8, рухома платформа (4) складається з тих же п'яти елементів(11), (11'), (12), (12') і (20), що і у варіанті реалізації, показаному на фіг.7, при цьому збільшення повороту робочого елемента забезпечується за допомогою сектора (24) із зубчастим вінцем, розташованого на одному з елементів (11), (11'), і зубчастого колеса (25), змонтованого на додатковому елементі (20). При цьому робочий інструмент (5) закріплений на зубчастому вінці (25).

Зображена на фіг.9 рухома платформа (4) виконана з шести частин(11), (11'), (12), (12'), (20) і (26), пов'язаних між собою за допомогою шарнірів. Рухома платформа (4) складається з тих самих елементів, які показані на фіг.7 і 8, але містить шостий елемент (26), який встановлений паралельно парі елементів (11), (11'). Елемент (20) встановлений паралельно парі елементів (12), (12'). Два доповнить�та інструменту забезпечується за рахунок використання зубчастої передачі (28) і її розташування на перетині двох додаткових частин (20) і (26).

1. Високошвидкісний робот паралельної кінематики із чотирма ступенями рухливості, що містить чотири кінематичні ланцюги (1), пов'язані одними своїми кінцями з рухомою платформою (4), несучої інструмент (5), а іншими кінцями - через шарнір (2) з відповідними приводами, закріплені на опорній плиті (3), відрізняється тим, що рухома платформа (4) складається з чотирьох елементів(11), (11'), (12), (12'), пов'язаних між собою за допомогою шарнірних з'єднань (13), причому приводи розташовані на опорній плиті (3) симетрично.

2. Високошвидкісний робот по п.1, що відрізняється тим, що елементи(11), (11'), (12), (12'), утворюють рухому платформу, пов'язані між собою на кінцях так, що, щонайменше, два з цих елементів паралельні один одному, утворюючи шарнірно з'єднану рухому платформу з одним ступенем рухливості в площині цієї рухомої платформи.

3. Високошвидкісний робот по п.2, який відрізняється тим, що одна зі ступенів рухливості рухомої платформи являє собою поворот відносно вертикальної осі в діапазоні від -45° до +45°.

4. Високошвидкісний робот по п.1, що відрізняється тим, що приводи розташовані на опорній плиті (3) під кутами 45°, 135°, 225° і 315°.

5. Високошвидкісний робот по�нние в одному і тому ж напрямку.

6. Високошвидкісний робот по п.1, що відрізняється тим, що кожна з кінематичних ланцюгів (1) складається з чотирьох попарно паралельні стрижнів(6), (6'), (7), (7'), які пов'язані між собою за допомогою кульових шарнірів і з'єднані з рухомою платформою (4) і з приводами, що стрижень (7') має ту ж саму орієнтацію, що і відповідний привід.

7. Високошвидкісний робот по п.1, що відрізняється тим, що деякі або всі його кінематичні ланцюги (1) утворені за допомогою єдиного стрижня з двома карданними або універсальними шарнірами на його кінцях, пов'язаного з рухомою платформою (4) і з приводами.

8. Високошвидкісний робот по п.1, що відрізняється тим, що рухома платформа (4) містить підсилює механізм для повороту робочого інструменту (5).

9. Високошвидкісний робот за п.8, який відрізняється тим, що підсилює механізм складається з двох шківів (15), (16), один з яких (15) встановлений на одному з чотирьох елементів рухомої платформи (4), а інший шків (16) пов'язаний з одним з інших елементів рухомої платформи, і ременя (17), розташованого між обома шківами (15), (16), причому робочий інструмент (5) змонтований на валу шківа (16).

10. Високошвидкісний робот за п.8, який відрізняється тим, що підсилюють, � зубчастого колеса (19), розташованого на одному з інших елементів рухомої платформи, причому робочий інструмент (5) пов'язаний з зубчастим колесом (19).

11. Високошвидкісний робот по п.1, що відрізняється тим, що рухома платформа додатково містить проміжний елемент (20), встановлений між двома елементами рухомої платформи (4) за допомогою шарнірних з'єднань, причому робочий інструмент (5) змонтований на проміжному елементі (20).

12. Високошвидкісний робот по п.11, відрізняється тим, що елементи, що утворюють рухому платформу (4), розташовані попарно паралельно, а проміжний елемент (20), розташований паралельно одній з пар ланок (12, 12'), складових рухому платформу, і пов'язаний з двома іншими елементами (11, 11') в їх центральній частині.

13. Високошвидкісний робот по п.12, який відрізняється тим, що він містить підсилює механізм для повороту робочого інструменту.

14. Високошвидкісний робот по п.13, який відрізняється тим, що підсилює механізм складається з двох шківів (21), (22), один з яких (21) змонтований на одному з чотирьох елементів рухомої платформи (4), а інший шків (22) пов'язаний з проміжним елементом (20), і ременя (23), розташованого між обома шківами (21), (22), причому рабиливающий механізм складається з сектора (24) із зубчастим вінцем, розташованого на одному з елементів рухомої платформи (4), і зубчастого колеса (25), розташованого на проміжному елементі (20), причому робочий інструмент (5) пов'язаний з зубчастим колесом (25).

16. Високошвидкісний робот по п.1, що відрізняється тим, що рухома платформа (4) додатково містить два проміжних елемента (20), (26), пов'язаних з рухомою платформою (4) за допомогою шарнірних з'єднань.

17. Високошвидкісний робот з п.16, який відрізняється тим, що елементи, що утворюють рухому платформу (4) розташовані так, що один з проміжних елементів (20) змонтований паралельно одній з пар ланок (12, 12'), що утворюють рухому платформу (4)і пов'язаний з двома іншими елементами (11, 11') в їх центральній частині, а другий проміжний елемент (26) змонтований паралельно другій парі ланок (11, 11') рухомої платформи (4) і пов'язаний з двома іншими елементами (12, 12') в їх центральній частині, причому два проміжних елемента (20) і (26) пов'язані між собою в точці (27), де встановлений робочий інструмент (5).

18. Високошвидкісний робот по п.17, який відрізняється тим, що рухома платформа містить підсилюючий елемент для повороту інструмента.

19. Високошвидкісний робот по п.18, відрізняється тим, що підсилює



 

Схожі патенти:

Паралельний кінематичний механізм

Винахід відноситься до верстатів, зокрема до роботів, призначених для роботи в промисловості

Штучна м'яз (варіанти)

Винахід відноситься до керованих приводів для перетворення електричної енергії в механічну і може бути використане в машинобудуванні, робототехніки, медицини для створення протезів кінцівок

Складальна головка

Винахід відноситься до машинобудування і може бути використане при автоматизації складальних процесів

Модуль промислового робота

Винахід відноситься до області машинобудування і може бути використано в робототехніці

Захоплювальний пристрій

Винахід відноситься до машинобудування , зокрема до захватним пристроїв маніпуляторів
Up!