Пространственный механизм

)5 В 253 1/ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН К АВТО У СВИДЕТЕЛЬСТ ения им. А,А.Благодовательский инсим. ВекшинскогоГлазунов, Э,П.КолФ.Крайнев во СССРО, 1984. И МЕХАНИЗМ я к машинострое технике, и может естве микромани ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(54) ПРОСТРАНСТВЕННЬ (57) Изобретение относит нию, в частности к робот быть использовано в кач 4 пулятора при позиционировании предметного столика электронного микроскопа, в электронной промышленности при изготовлении микросхем. Целью изобретения является расширение технологических возможностей за счет повышения точности перемещения выходного звена и повышения быстродействия. Перемещение выходного звена 2 производится посредством приводов 3 через кинематические цепи с рычагами 7 и вращательными парами 6, что позволяет получить некоторое передаточное отношение между перемещением точки крепления приводов и перемещением соответствующей точки выходного звена. 9 з.п, ф-лы, 13 ил.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к машиностроению, в частности к робототехнике, и может быть использовано в качестве микроманипулятора при позиционировании предметного столика электронноо микроскопа, в электронной промышленности при изготовлении микросхем,Цель изобретения - расширение технологических воэможностей за счет повышения точности перемещения выходного звена и повышение быстродействия.Ха фиг.1 изображена схема механизма, у которого в кинематических цепях вращательные пары установлены с ортогонально скрещивающимся размещением осей; на фиг.2 - схема механизма, у которого в кинематических цепях вращательные пары установлены с компланарно размещенными осями, две из которых ортогональны третьей; на фиг,3 - кинематические цепи с тремя приводами механизма, изображенного на фиг.1; на фиг.4 - то же, вариант выполнения; на фиг.5 - кинематическая цепь с тремя приводами механизма, изображенного на фиг,2; на фиг,б - схема микроперемещений выходного звена; на фиг.7 - то же, для другого варианта выполнения кинематической цепи; на фиг.8 - кинематические цепи с гибкими элементами - перемычками пониженной жесткости; на фиг.9 - то же,вариант выполнения; на фиг.10 - присоединение привода к основанию и рычагу; на фиг.11- схема присоединения приводов одностороннего действия (можвт быть осуществлено для механизма, изображэннсга н фиг.1); на фиг.12 и 13 - то же, вариантыМеханизм состоит из следую.цих элементов.Основание 1 связано с выходным звеном 2 посредством кинематических цепей, включающих приводы 3, связанные с основанием и другими элементами кинематических цепей сферическими парами 4, одна из сферических ар 5 .ринадлежит выходному звену. Каждая кинема.ическая цепь содержит три вращательные пары б, расположенные последовательно, одна из которых сопряжена с основанием 1, а другая - со сферической парой 5 выходного звена 2, Приводы соединены с остальными элементами кинематических цепей через рычаги 7, Каждая кинематическая цепь выполнена в виде единого элемента (фиг,8 и 9), Вращательные пары б выполнены в виде перемычек 8 пониженной жесткости, имеющих прямоугольное поперечное сечение, а сферическая пара 5 выполнена в виде совокупности перемычки 9 пониженной жесткости круглого сечения и перемычки 10 пониженной жесткости прямоугольного сечения,причем центр перемычки 9 расположен на продолжении оси перемычки 10, Одна из вращательных пар б, сопряженная со сфери оской парой 5 выходного звена, выполнена в виде совокупности двух перемычек 11 пониженной жесткости прямоугольного поперечного сечения, Приводы 3 соединены с основанием 1 и рычагом 7 посредством двухподвижной сферической пары, выполненной в виде перемычки 12 пониженной жесткости кругового сечения, а также трех- подвижной сферической парой, выполненной в виде совокупности перемычки 13 пониженной жесткости кругового сечения и перемычки 14 пониженной жесткости прямоугольного сечения, причем центр перемычки пониженной жесткости кругового сечения расположен на продолжении оси перемычки пониженной жесткости прямоугольного сечения. Для механизма (фиг.1) приводы 15 могут быть одностороннего действия, При этом они располагаются в одной плоскости, Четыре привода одностороннего действия заменяют три привода двустороннего действия (фиг,11), три привода одностороннего действия заменяют два привода одностороннего действия (фиг.12), при этом оси этих трех приводов должны пересекаться в одной точке. Два привода одностороннего действия имеют совпадающие оси, заменяя один привод двустороннего действия (фиг,13),Вращательные пары б можно расположить либо ортогонально друг другу со скрещивающимся размещением осей (фиг,1, 3 и 4), либо компланарно (параллельно какой- либо плоскости), когда ось одной пары ортогональна двум остальным (фиг.2 и 5), В первом -, учае можно расположить систему коорди:Х 1 УЕ с осями. параллельными осям вращательных пар(фиг,4 и 6), При этом последовательность вращательных пар. параллельных соответствующим осям коорщФ- нат, может быть произвольная,Если совместить начало координат с точкой центра сферической пары 5 выходного звена 2, то вращательные пары б (фпг,1, 3, 4, 6 и 7) расположены от центра на расстоянии 1 х, Ь,2.Отношение этих расстояний к длине соответствующего рычага 7 обуславливает передаточное отношение, т.е, отношение перемещения точки, с которой непосредственно связан привод 3, и точки центра сферического шарнира 5 выходного звена 2.Кинематическая цепь (фиг.4) может быть с тремя рычагами. длина которых равна гх, гч, гг . Индекс обозначает вокруг1какой оси происходит вращение при воздействии на данный рычаг.510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Например, при воздействии привода нарычаг длиной гх точка А перемещается нарасстояние, равное еч рх по оси 7 (Фиг.б).При этом узх равно рх = Л Игх, где Л 1 г -перемещение точки крепления привода, параллельного оси Е, Аналогичные соотношения имеют место при микроперемещенияхточек крепления других приводов(фиг,4 и б),а также и в других случаях расположенияприводов и рычагов для механизмов соскрещивающимся расположением осей(фиг.1, 3, 4, 6 и 7). Во всех этих случаяхпередаточное отношение определяется поправилу рычага.Для механизма с компланарным расположением осей вращательных пар (фиг,2, 5и 7) имеет место аналогичная ситуация, однако два привода должны иметь плечоотносительно соответствующей оси вращательной пары, параллельной оси 2(фиг,5). ВЧастности, при микроперемещении точкикрепления горизонтального привода, имеющего рычаг длиной гл, перемещение точкияА по оси У 1 определяется отношением длинвх и г. Перемещение точки А по координатам Х 1 и 21 аналогично предыдущему случают характеризуется произведениямисоответственно у дц иу рх, где рх и р -произведения длины соответствующего рычага на перемещение точки крепления привода.Механизмы (фиг,1 - 5) могут быть построены таким образом, что каждый привод3 перемещает точку центра сферической пары 5 выходного звена 2 по одной координате, в частности привод 3 (фиг.4, связанныйс рычагом 7, имеющим длину гх, перемещает точку А по оси Е 1, привод 3, связанный срычагом длиной гу, перемещает точку А пооси Х 1 а привод, связанный с рычагом длиной гг, перемещает точку А по оси У, чемдостигается упрощение управления и повышение быстродействия (имеются ввидумикроперемещения, при которых можнопренебречь изменением положения приводов).Кинематические пары 4-6 выполнены ввиде перемычек пониженной жесткостипрямоугольного (8, 10, 11, 14) и кругового (9,12, 13) поперечного сечения, что повь 1 шает.точность в сравнении с выполнением пар ввиде сопряжения, охватывающего и охватываемого элементов,Механизм работает следующим образомКаждый привод 3, воздействуя на рычаг7, через кинематические пары 4 (12-14) перемещает точку выходного звена 2, совпадающую с центром сферической пары 5 (9,10) по одной координате, поворачивая ее вокруг оси одной из пар б (8, 11),При этом, если механизм в одной кинематической цепи содержит три привода, в другой - два, в третьей - один привод(фиг,1 и 2), то три поивода, принадлежащие одной кинематической цепи, определяют положение точки центра сферической пары 5 этой цепи. Остальные приводы определяют ориентацию выходного звена 2,Каждая кинематическая цепь может содержать по два привода. при этом каждый привод определяет положение и ориентацию выходного звена,Если приводы одностороннего действия (фиг.10), то перемещение выходного звена 2 по любой координате осуществляется несколькими приводами, В частности, вращение вокруг оси рычага 7 (фиг.11) задается действием четырех приводов 15. Действием четырех приводов 15 задается движение по вертикали и горизонтали точки Е, Действием трех приводов 15 (фиг.12) определяется плоское перемещение точки Г. а на фиг.13 два привода 15 определяют вертикальное перемещение точки 6.Применение предлагаемого механизма позволяет достичь следующих технико-экономических преимуществ, Выполнение кинематических цепей с рычагом 7 и вращательными парами б позволяет получить некоторое передаточное отношение между перемещением точки крепления приводов и перемещением соответствующей точки выходного звена. Тем самым, при использовании, например, пьезоприводов с постоянной дискретностью за счет указанного передаточного отношения уменьшается дискретность микроперемещений выходного звена, а значит, повышается точность работы механизма, что повышает технологические воэможности при использовании одинаковых гтриводов.Если не требуется одинаковая с прототипом точность микроперемещения, то достаточны приводы с большей дискретностью, т,е, менее дорогие.Кроме того, наличие указанчого передаточного отношения повышает грузоподьемность и жесткость механизма, поскольку дляуравновешивания силового воздействия на выходное звено необходимы меньшие усилия, т,е, повышаются функциональные возможности.Компланарное либо скрещивающее размещение осей вращательных пар, а также наличие рычага позволяет таким образом построить управление, что каждый привод управляет перемещением соответствующей точки выходного звена по однойкоординате, тем самым упрощается управление, повышается быстродействие и расширяются функциональные возможности,Выполнение кинематических пар 4-6 в виде перемычек пониженной жесткости по эволяет избежать использования пар трения, что важно, например, при работе в вакууме (электронная промышленность).Формула изобретения1, Пространственный механизм с шес тью степенями свободы, включающий основание, соединенные с ним посредством сферических пар приводы и кинематические цепи, связывающие приводы с выходным звеном посредством соответствующей 15 сферической пары выходного звена, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет повышения точности перемещения выходного звена и повышения быстродействия, каж дая кинематическая цепь содержит как минимум один рычаг, который кинематически связан с основанием, с выходным звеном. а также как минимум с одним приводом, и три последовательно расположенные враща тельные пары, причем центр сферической пары выходного звена расположен вне осей вращательных пар, а каждый рычаг связан с основанием как минимум одной вращательной парой. 302, Механизм по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что три последовательно расположенные вращательные пары установлены с ортогонально-скрещивающимся размещением осей. 353, Механизм по п.1, от л и ч а ю щи йс я тем, что три последовательно расположенные вращательные пары установлены с компланарно размещенными осями, две из которых ортогональны третьей. 404, Механизм по п,1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что кинематические цепи выполнены в виде единого элемента, содержащего перемычки пониженной жесткости, при этом вращательные пары выполнены в виде перемычек прямоугольного поперечного сечения, а сферическая пара выходного звена выполнена в виде совокупности двух перемычек кругового поперечного сечения и прямоугольного поперечного сечения, причем центр перемычки кругового сечения расположен на продолжении оси перемычки прямоугольного сечения,5. Механизм по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что одна вращательная пара выполнена в виде совокупности двух сопряженных перемычек, размещенных симметрично относительно центра сферической пары.б, Механизм по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что приводы соединены с рычагом и с основанием одной двухподвижной сферической парой, выполненной в виде перемычки кругового сечения, и Одной трехподвижной сферической парой, выполненной в виде совокупности перемычки прямоугольного поперечного сечения и перемычки кругового поперечного сечения, центр которой расположен на продолжении оси перемычки прямоугольного сечения.7, Механизм по п,1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что одна кинематическая цепь содержит три привода, вторая - два, и третья - один привод.8. Механизм по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что каждая кинематическая цепь содержит два привода,9. Механизм по пп.1 и 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что одна кинематическая цепь содержит четыре привода одностороннего действия, вторая - три привода одностороннего действия и третья - два привода одностороннего действия.10. Механизм по пп,1 и 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, что каждая кинематическая цепь содержит три привода одностороннего действия.1703443 Составитель Ф.МайоровТехред М.Моргентал Корректор А,Осауленко Редактор О,Головач йПроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 28 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5