Плоский механизм

 

Использование: в машиностроении, в частности в робототехнике, при автоматизации различных работ, выполняемых в технологически чистых средах, например в глубоком вакууме. Цель изобретения - повышение точности позиционирования при перемещении по двум координатам и надежности в работе в технологически чистых средах, например в глубоком вакууме. В плоском механизме приводы 3 выполнены в виде приводов поступательного перемещения и каждый из них установлен в дополнительных кинематических цепях между сферическими шарнирами 10. Сопряженные с основанием 1 и выходным звеном 2 одноименные промежуточные звенья первой и второй кинематических цепей выполсо VI vj О СП vl СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

° "ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4908933/08 (22) 08.02.91 (46) 07.12.92. Бюл. f+ 45 (71) Институт машиноведения им. А.А.Благонравова (72) Т.Л.Вишнякова, B,А.Глазунов, Э.П.Коллеров. А.Ф.Крайнев и В.И.Нагорных (56) Крайне А,Ф. С о арь справочник по механизмам. М.: Машиностроение, 1987, с.

7, рис.а. (54) ПЛОСКИЙ МЕХАНИЗМ (57) Использование: в машиностроении, в частности в робототехнике, при автоматизации различных работ, выполняемых втехно,, Ы,, 1779575 А1 (я)з В 25 J 1/00, 9/00 логически чистых средах, например в глубоком вакууме. Цель изобретения — повышение точности позиционирования при перемещении по двум. координатам и надежности в работе в технологически чистых средах, например в глубоком вакууме. В плоском механизме приводы 3 выполнены в виде приводов поступательного перемещения и каждый из них установлен в дополнительных кинематических цепях между сферическими шарнирами 10. Сопряженные с основанием 1 и выходным звеном 2 одноименные промежуточные звенья первой и второй кинематических цепей выполf

1779575

10 нены попарно равной длины. Одноподвижные шарниры 6 первой и второй кинематических цепей, сопряженные с основанием 1 и выходным звеном 2, размещены попарно на равном расстоянии друг от друга. Механизм снабжен элементом 9, шарнирно установленным между сопряженными с основанием промежуточными звеньями 4 первой и второй кинематических цепей параллельно прямой, соединяющей центры

Изобретение относится к машиностроению, в частности к робототехнике, и может быть использовано при автоматизации различных работ, выполняемых в технологически чистых средах, например в глубоком вакууме, Известен плоский механизм, включающий приводы, количество которых равно числу степеней свободы, основание и выходное звено, соединенные кинематической цепью, содержащей промежуточное звено и две одноподвижные поступательные кинематические пары, сопрягающие означенное промежуточное звено с основанием и с выходным звеном.

Недостатком известного устройства является низкая надежность его работы в условиях глубокого вакуума вследствие наличия поступательных пар в кинематической цепи (из-за адгезии трущихся поверхностей), а также возможностей перекосов (люфтов) в этих парах, что может привести к заклиниванию кинематической цепи.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному устройству является плоский механизм, включающий приводы, количество которых равно числу степеней свободы, основание и выходное звено, соединенные тремя кинематическими цепями, содержащими Ilo два промежуточных звена и по три одноподвижных шарнира, сопрягающих означенные промежуточные звенья с основанием, друг с другом и с выходным звеном.

Недостатком устройства-прототипа является низкая точность позиционирования выходного звена при перемещении по двум координатам, Цель изобретения — повышение точности позиционирования при перемещении по двум координатам и надежности в работе

40 одноподвижных шарниров 7, сопрягающих эти промежуточные звенья с основанием 1.

Одноподвижные шарниры 6,7 и 8 могут быть выполнены в виде упругих элементов прямоугольного поперечного сечения, в частности в виде последовательно зигзагообразно соединенных П-образных секций, а сферические шарниры 10- в виде упругих элементов кругового поперечного сечения. 3 з.п. ф-лы, 5 ил, в технологически чистых средах, например в глубоком вакууме.

Поставленная цель достигается тем, что в известном плоском механизме, выключающем приводы, количество которых равно числу степеней свободы, основание и выходное звено, соединенные кинематическими цепями, содержащими по два промежуточных звена и по три.одноподвижных шарнира, сопрягающих означенные промежуточные звенья с основанием, друг с другом и с выходным звеном, размещены две дополнительные кинематические цепи, содержащие по два сферических шарнира, сопряженных, соответственно, с основанием и с выходным звеном, и по одному приводу поступательного перемещения, сопряженные с основанием и с выходным звеном промежуточные звенья первой и второй кинематических цепей выполнены соответственно попарно равной длины. одноподвижные шарниры первой и второй кинематических целей, сопряженные с основанием и с выходным звеном, размещены на равном расстоянии друг от друга, механизм снабжен элементом, шарнирно установленным между сопряженными с основанием промежуточными звеньями первой и второй кинематических цепей параллельно прямой, соединяющей центры одноподвижных шарниров, сопрягающих означенные промежуточные звенья с основанием, причем длина укаэанного элемента равна расстоянию между этими одноподвижными шарнирами, ось одноподвижного шарнира, сопрягающего промежуточное звено третьей кинематической цепи с выходным звеном, расположена со смещением относительно плоскости, образованной осями одноподвижных шарниров первой и второй кинематических цепей, сопрягающих их промежуточные звенья с выходным

1779575

30

40

50

55 звеном. Элемент, установленный между сопряженными с основанием промежуточными звеньями первой и второй кинематических цепей, выполнен в виде привода поступательного перемещения.

Кроме того, одноподвижные шарниры выполнены в виде изгибных упругих элементов (перемычек пониженной жесткости) прямоугольного поперечного сечения, а сферические шарниры выполнены в виде изгибных упругих элементов(перемычек пониженной жесткости) кругового поперечного сечения. Для увеличения зоны обслуживания изгибные упругие элементы прямоугольного поперечного сечения могут быть изготовлены из нескольких последовательно зигзагообразно соединенных П-образных секций.

Проведенный заявителем поиск по научно-техническим и патентным источникам информации и выбранный из перечня аналогов прототип позволили выявить отличительные признаки в заявленном техническом решении, следовательно, заявленное устройство удовлетворяет критерию изобретения "новизна", а проведенный заявителем дополнительный поиск известных технических решений с целью обнаружения в них признаков, сходных с признаками отличительной части формулы заявленного технического решения, и сравнения свойств. заявляемого и известных технических решений, обусловленных наличием в них указанных признаков показал, что., во-первых; не все признаки отличительной части формулы найдены в известных технических решениях, во-вторых, сопоставительный анализ свойств, обусловленных наличием некоторых отличительных признаков в известных решениях и в заявленном техническом решении, показал, что у заявленного решения проявляются свойства, не совпадающие со свойствами, проявляемыми указанными признаками а известных технических решениях, чем обусловливается достижение заявленного положительного эффекта, следовательно, заявленное техническое решение удовлетворяет критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг,1 изображен плоский механизм; на фиг.2 — вариант выполнения элемента, установленного между сопряженными с основанием вспомогательными звеньями первой и второй кинематических цепей, в виде привода поступательного перемещения; на фиг;3 — вариант выполнения кинематических цепей с шарнирами, изготовленными в виде изгибных упругих элементов; на фиг.4 — вариант выполнения изгибного упругого элемента прямоугольного поперечного сечения в виде нескольких последовательно зигзагообразно соединенных П-образных секций; на фиг.5 — то же, вид сверху.

Механизм содержит основание 1, выходное звено 2, привод 3 в виде управляющей пары поступательного перемещения, промежуточное звено 4. сопряженное с основанием, промежуточное звено 5, сопряженное с выходным звеном, одноподвижный шарнир

6, сопрягающий вспомогательное звено с основанием, одноподаижный шарнир 7, сопрягающий вспомогательное звено с выходным звеном, одноподвижный шарнир 8, сопрягающий вспомогательные звенья, элемент 9, сферический шарнир 10, элемент 11 в виде привода поступательного перемещения, секция 12 изгибного упругого элемента прямоугольного поперечного сечения.

Плоский механизм содержит основание

1 и выходное звено 2, соединенные тремя кинематическими цепями, содержащими по даа промежуточных звена 4 и 5 и по три одноподвижных шарнира: шарнир 6 сопрягает промежуточное звено 4 с основанием 1, шарнир? — промежуточное звено 5 с выходным звеном 2, а шарнир 8 — промежуточные звенья 4 и 5 между собой, Соответствующие промежуточные звенья, т,е, звенья 4, а такхе a asb 5 первой и второй кинемся ических цепей выполнены попарно равной длины. Расстояние между одноподвижными шарнирами 6, сопрягающими первую и вторую кинематические цепи с основанием 1, равно расстоянию между одноподвижными шарнирами 7, сопрягающими эти цепи с выходным звеном 2. Между промежуточными звеньями 4 этих цепей установлен элемент

9, сопряженный с ними с помощью одноподвижных шарниров 8. Он расположен параллельно плоскости, образуемой осями одноподвижных шарниров 6 кинематических цепей, и его длина равна расстоянию между этими осями. Ось одноподвижного шарнира 7, сопрягающего промежуточное звено 5 третьей кинематической цепи с выходным звеном 2, не принадлежит этой плоскости, Плоский механизм снабжен двумя дополнительными кинематическими цепями, включающими приводы а виде управляющих пар поступательного перемещения 3, размещенными между основанием 1 и выходным звеном 2 и сопряженными с ними посредством сферических шарниров 10, Элемент 9, установленный между сопряженными с основанием 1 промежуточными звеньями 4 первой и второй кинематических цепей, выполнен в виде привода поступательного пере.лещения 11

1779575

15

25

35

55 и связан с этими звеньями 4 сферическими шарнирами 10.

Одноподвижные шарниры 6-8 выполнены в виде изгибных упругих элементов прямоугольного поперечного сечения, а сферические шарниры 10 — в виде иэгибных упругих элементов кругового поперечного сечения, причем изгибные упругие элемен- . ты прямоугольного поперечного сечения одноподвижных шарниров 6-8 выполнены из нескольких последовательно зигзагообразно соединенных секций 12.

Механизм работает следующим образом.

При необходимости смещения выходного звена 2 по какой-либо координате относительно основания 1 оно перемещается посредством приводов в виде управляющих пар поступательного перемещения 3 двух вспомогательных кинематических цепей.

Первая и вторая кинематические цепи, соединенные друг с другом посредством элемента 9 и шарниров 8, позволяют выходному звену 2 совершать только плоско-параллельные перемещения относительно основания 1. Третья кинематическая цепь воспринимает вместе с первой и второй кинематическими цепями силовые нагрузки, действующие в направлении осей одноподвижных шарниров 6 и 7, и изгибающие моменты относительно любых осей, перпендикулярных этим осям, благодаря тому, что точки крепления всех одноподвижных шарниров 7 к выходному звену 2 не лежат на одной прямой.

Когда элемент 9 выполнен в виде привода поступательного перемещения 11, после перевода выходного звена 2 в заданную точку рабочей зоны может быть осуществлена угловая коррекция его положения путем относительного перемещения промежуточных звеньев 4 и первой и второй кинематических цепей вследствие работы этого привода 11.

При варианте исполнения одноподвижных шарниров 6 — 8 в виде изгибных упругих элементов прямоугольного поперечного сечения, а сферических шарниров 10 — в виде изгибных упругих элементов кругового поперечного сечения, относительные перемещения звеньев всех кинематических цепей осуществляются за счет упругих деформаций в зонах пониженной жесткости этих изгибных упругих элементов.

Если изгибные упругие элементы прямоугольного поперечного сечения выполнены в виде последовательно зигзагообразно . соединенных П-образных секций 12, то каждая из них при деформациях соединяющих секции перемычек пониженной жесткости пол8 учает угловое смещение относительно как предыдущей секции, так и последующей.

Суммарное относительное угловое смещение сопрягаемых таким одноподвижным шарниром звеньев плоского механизма возрастает пропорционально количеству соединяемых П-образных секций 12.

Использование предлагаемого механизма позволяет обеспечить достижение следующих технико-экономических преимуществ. Заявленное устройство в отличие от прототипа имеет такое расположение звеньев основных кинематических цепей, которое обеспечивает постоянную ориентацию выходного звена безотносительно к работе приводов, В сравнении с прототипом это обусловливает повышенную точность при перемещении по двум координатам выходного звена с сохранением его ориентации. В случае же нарушения ориентации выходного звена корректирующий привод поступательного перемещения восстановит ее. Отсюда следует, что точность ориентации выходного звена в заявленном устройстве выше, чем в устройстве-прототипе

Кроме того, в заявленном устройстве приводы через сферические шарниры сопряжены непосредственно с выходным звеном, а в прототипе между приводами и выходным звеном расположены промежуточные звенья, возможная неточность изготовления которых может обусловить меньшую точность положения выходного звена. В заявленном устройстве приводы поступательного перемещения, когда как в устройстве-прототипе — вращательного. Видится естественным для реализации поступательного перемещения испольэовать соответствующие приводы.

Существенным преимуществом заявленного устройства является еще и то, что при обеспечении поступательного перемещения выходного звена необходимо согласование движений только двух приводов, тогда как в устройстве-прототипе должны работать согласованно . три привода. Это может привести к дополнительным погрешностям положения и ориентации выходного звена.

Наконец, заявленное устройство содержит кинематические пары, выполненные в виде упругих изгибных элементов, обуславливающих взаимный относительный поворот соответствующих звеньев. При этом отсутствует. относительное перемещение каких-либо соприкасающихся поверхностей. Указанное обстоятельство влечет отсутствие адгезии, а также возможности люфтов, перекосов и заклиниваний, то есть, в сравнении с прототипом обусловли1779575

40 именные промежуточные звенья первой и второй кинематических цепей выполнены соответственно попарно равной длины, одноподвижные шарниры первой и второй ки45 нематических цепей, сопряженные с основанием и с выходным звеном, размещевает повышение надежности работы заявленного устройства. Иными словами, при работе заявленного устройства и устройства-прототипа в одинаковой среде (в вакууме одного и того же порядка) заявленное устройство обеспечит бесперебойную работу, а устройство-прототип может не обеспечить.

Таким образом, заявленное устройство имеет в сравнении с прототипом. более высокую точность позиционирования при перемещении по двум координатам и более высокую надежность при работе в адекватной технологической среде (меньше погрешности позиционирования и ориентации выходного звена и меньшая вероятность отказов), что обусловливает его повышенные функциональные возможностИ.

Формула изобретения

1. Плоский механизм, содержащий основные приводы, основание и выходное звено, соединенные между собой тремя основными кинематическими цепями, имеющими по два промежуточных звена и по три одноподвижных шарнира, сопрягающих промежуточные звенья с основанием, друг с другом и с выходным звеном, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности позиционирования при перемещении по двум координатам, он снабжен двумя дополнительными кинематическими цепями, содержащими по два сферических шарнира, сопряженных соответственно с основанием им с выходным звеном, а основные приводы выполнены в виде приводов поступательного перемещения, причем каждый из приводов установлен в дополнительных кинематических цепях между сферическими шарнирами, сопряженные с основанием и с выходным звеном одно5

35 ны попарно на равном расстоянии друг от друга, при этом механизм снабжен элементом, шарнирно установленным между сопряженными с основанием промежуточными звеньями первой и второй кинематических цепей параллельно прямой, соединяющей центры одноподвижных шарниров, сопрягающих промежуточные звенья с основанием, причем длина укаэанного элемента равна расстоянию между этими одноподвижными шарнирами, ось одноподвижного шарнира, сопрягающего промежуточное звено третьей кинематической цели с выходным звеном, расположена вне плоскости, проходящей через оси одноподвижных шарниров первой и второй кинематических цепей, сопрягающих их промежуточные звенья с выходным звеном, 2. Механизм поп.1, отл ича ющи йс я тем, что, с целью повышения точности позиционирования путем обеспечения возможности коррекции углового положения выходного звена, элемент, установленный между сопряженными с основанием промежуточными звеньями первой и второй кинематических цепей; выполнен в виде дополнительного привода поступательного перемещения.

3. Ь еханизм по пп.1 и 2, о т л и ч з юшийся тем, что, с целью обеспечения надежности работы в технологически чистых средах, например в глубоком вакууме, одноподвижные шарниры выполнены в виде изогнутых упругих элементов прямоугольного поперечного сечения, а сферические шарниры выполнены в виде изогнутых упругих элементов кругового поперечного сечения.

4. Механизм по пп,1 и 3, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения зоны обслуживания, изогнутые упругие элементы прямоугольного поперечного сечения выполнены в виде нескольких последовательно зигзагообразно соединенных П-образных секций.

1779575

1779575, Составитель Т. Вишнякова

Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор 3. Лончакова

Заказ 4411 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101