RU177909U1

RU177909U1 - SPATIAL MECHANISM OF MANIPULATOR

Info

Publication number: RU177909U1
Application number: RU2017136465U
Authority: RU
Inventors: Лариса Александровна Рыбак; Марина Борисовна Бородина; Борис Андреевич Шевченко
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2018-03-15

Abstract

Полезная модель относится к робототехнике и может быть использована в роботизированных комплексах для проведения монтажных, буровзрывных, очистных и строительных работ при работе в опасных для человека условиях.Задачей полезной модели является повышение эффективности за счет расширения возможностей манипулятора при выполнении конкретных работ в автоматическом режиме в особых условиях.Пространственный механизм манипулятора содержит подвижное горизонтальное основание 1, которое шарнирно связано с вертикальным основаним 2 с возможностью его отклонения от вертикали. Вертикальное основание 2 имеет привод 3. На вертикальном основании 2 установлен, например с помощью шарнира, трипод 4. Выходное звено 5 шарнирно установлено на рабочей площадке 6 трипода 4 с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной рабочей площадке 6 трипода. На площадке трипода установлен привод 7, обеспечивающий вращение выходного звена 5. Оптимально длину выходного звена выполнить не менее половины длины рабочего инструмента, размещенного в захвате 8. Захват закреплен, например, болтами на свободном конце выходного звена 5.В случае выполнения, например, буровзрывных работ необходимо, чтобы длина дополнительного выходного звена была равна не менее половины длины самого длинного рабочего инструмента, размещенного в захвате.Привод, установленный на рабочей площадке трипода, обеспечивает вращение дополнительного выходного звена относительно его оси по часовой стрелке и против на угол не более 180 градусов. Это связано с тем, что к рабочему инструменту высокой сложности подводятся различные кабели (силовые, систем управления и контроля), а значит, произвольное вращение выходного звена на один или несколько оборотов может привести к их повреждению. Для исключения таких ситуаций дополнительное выходное звено поворачивается в обе стороны на угол не более 180 градусов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to robotics and can be used in robotic complexes for installation, drilling and blasting, cleaning and construction work when working in a hazardous environment. The objective of the utility model is to increase efficiency by expanding the capabilities of the manipulator when performing specific work in automatic mode in special The spatial mechanism of the manipulator contains a movable horizontal base 1, which is pivotally connected with a vertical base 2 with possible Stu its deviation from vertical. The vertical base 2 has a drive 3. On a vertical base 2, for example, a tripod 4 is mounted, for example by means of a hinge. The output link 5 is pivotally mounted on the working platform 6 of the tripod 4 with the possibility of rotation about an axis perpendicular to the working platform 6 of the tripod. A drive 7 is mounted on the tripod site, which ensures rotation of the output link 5. Optionally, the output link must be at least half the length of the working tool located in the gripper 8. The gripper is fixed, for example, with bolts at the free end of the output link 5. In the case of, for example, drilling and blasting it is necessary that the length of the additional output link be equal to at least half the length of the longest working tool located in the gripper. The drive mounted on the tripod working platform ensures rotation the additional output link relative to its axis clockwise and counterclockwise by an angle of not more than 180 degrees. This is due to the fact that various cables (power, control and monitoring systems) are connected to the working tool of high complexity, which means that arbitrary rotation of the output link by one or several revolutions can lead to damage. To exclude such situations, the additional output link is rotated in both directions at an angle of no more than 180 degrees. 2 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к робототехнике и может быть использована в роботизированных комплексах для проведения монтажных, буровзрывных, очистных и строительных работ при работе в опасных для человека условиях: ядерные и химические полигоны, жерла вулканов, объекты в космосе.The utility model relates to robotics and can be used in robotic complexes for installation, drilling and blasting, treatment and construction work when working in dangerous conditions for humans: nuclear and chemical testing sites, vents of volcanoes, objects in space.

Для повышения точности позиционирования рабочего инструмента, связанного со схватом манипулятора, в состав манипулятора вводятся механизмы параллельной структуры, чаще всего дельта механизмы и триподы (см., например, Bonev, I., Delta Parallel Robot - the Story of Success. Online article available at http://www.parallemic.org/Reviews/Review002.html 2001 г; Патент РФ на изобретение №95116560 «Аварийно-спасательная машина» и другие).To increase the accuracy of positioning the working tool associated with the grip of the manipulator, parallel structure mechanisms, most often delta mechanisms and tripods, are introduced into the manipulator (see, for example, Bonev, I., Delta Parallel Robot - the Story of Success. Online article available at http://www.parallemic.org/Reviews/Review002.html 2001; RF patent for the invention No. 95116560 “Rescue vehicle” and others).

При работе в стесненных условиях проблематично использование дельта механизмов из-за больших поперечных габаритных размеров.When working in cramped conditions, the use of delta mechanisms is problematic due to the large transverse overall dimensions.

В качестве прототипа выбран манипулятор параллельно-последовательной структуры на базе трипода и на подвижной основе (см. Несмиянов И.А. Особенности структурного исследования манипуляторов параллельно-последовательной структуры. Современное машиностроение. Наука и образование. 2016. №5. С. 715-722). Манипулятор содержит подвижное горизонтальное основание, шарнирно связанное с ним вертикальное основание с приводом, обеспечивающим его отклонение от вертикали. На вертикальном основании установлен трипод, на рабочей площадке которого закреплен захват.As a prototype, a parallel-serial structure manipulator based on a tripod and on a moving basis was selected (see I. Nesmiyanov, Features of the structural study of parallel-serial structure manipulators. Modern engineering. Science and education. 2016. No. 5. P. 715-722 ) The manipulator contains a movable horizontal base, a vertical base pivotally connected to it with a drive, ensuring its deviation from the vertical. A tripod is installed on a vertical base, on the working platform of which a grip is fixed.

С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: подвижное горизонтальное основание, шарнирно связанное, с возможностью отклонения, вертикальное основание имеющее привод, на котором установлен трипод с захватом.The following features of the prototype coincide with the essential features of the utility model: a movable horizontal base, articulated, with the possibility of deviation, a vertical base having a drive on which a tripod with a gripper is mounted.

К недостаткам прототипа относится: 1) невозможность размещения и позиционирования рабочего инструмента больших линейных размеров, удерживаемых в схвате манипулятора, например таких как бурильная машина, зарядное устройство барабанного типа; 2) отсутствие возможности поворота всего инструмента относительно оси, перпендикулярной площадке трипода. Например, при проведении буровых работ, необходимо поворачивать инструмент при бурении центральных и оконтуривающих шпуров проходки.The disadvantages of the prototype include: 1) the inability to place and position the working tool of large linear dimensions held in the grip of the manipulator, for example, such as a drilling machine, drum type charger; 2) the inability to rotate the entire tool relative to the axis perpendicular to the tripod area. For example, when conducting drilling operations, it is necessary to rotate the tool while drilling the central and contouring penetration holes.

Задачей полезной модели является повышение эффективности за счет расширения возможностей манипулятора при выполнении конкретных работ в автоматическом режиме в особых условиях.The objective of the utility model is to increase efficiency by expanding the capabilities of the manipulator when performing specific work in automatic mode in special conditions.

Это достигается тем, что пространственный механизм манипулятора, содержит подвижное горизонтальное основание, шарнирно связанное с вертикальным основанием, с возможностью отклонения его от вертикали и имеющем привод, на котором установлен трипод с захватом. В предложенном решении на рабочей площадке трипода с возможностью вращения относительно ее перпендикулярной оси шарнирно установлено выходное звено, имеющее привод, на свободном конце выходного звена закреплен захват.This is achieved by the fact that the spatial mechanism of the manipulator contains a movable horizontal base pivotally connected to a vertical base, with the possibility of deviating it from the vertical and having a drive on which a tripod with a grip is mounted. In the proposed solution, an output link having a drive is pivotally mounted on the tripod’s working platform with the possibility of rotation relative to its perpendicular axis, a grip is fixed at the free end of the output link.

В случае выполнения, например буровых работ, необходимо чтобы длина выходного звена была равна не менее половины длины самого длинного рабочего инструмента, размещенного в захвате. Так если, например, шаг проходки, в условиях проведения буровых работ на Луне, установлен 150 см, то длины бурильной машины и зарядного барабана будут около 200 см. В этом случае длина выходного звена должна быть не менее 100 см.In the case of, for example, drilling operations, it is necessary that the length of the output link be equal to at least half the length of the longest working tool placed in the grip. So, if, for example, the penetration step, in the conditions of drilling on the Moon, is set to 150 cm, then the length of the drilling machine and the charging drum will be about 200 cm. In this case, the length of the output link should be at least 100 cm.

Известно, что к рабочему инструменту высокой сложности подводятся различные кабели (силовые, систем управления и контроля), а значит, произвольное вращение выходного звена на один или несколько оборотов может привести к их повреждению. Для исключения таких ситуаций выходное звено поворачивается в обе стороны на угол не более 180 градусов. При бурении, например, боковых шпуров проходки, бурильную машину, вместе с выходным звеном, необходимо повернуть в обе стороны на угол 90 градусов. А при бурении половых шпуров, бурильная машина должна быть повернута на 180 градусов от исходного положения.It is known that various cables (power, control and monitoring systems) are connected to a working tool of high complexity, which means that arbitrary rotation of the output link by one or several revolutions can lead to damage. To exclude such situations, the output link is rotated in both directions at an angle of no more than 180 degrees. When drilling, for example, side drilling holes, the drilling machine, together with the output link, must be turned 90 degrees in both directions. And when drilling floor holes, the drilling machine must be rotated 180 degrees from its original position.

Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана схема пространственного механизма манипулятора.A utility model is illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a diagram of the spatial mechanism of the manipulator.

Пространственный механизм манипулятора содержит подвижное горизонтальное основание 1, которое шарнирно связано с вертикальным основаним 2 с возможностью его отклонения от вертикали. Вертикальное основание 2 имеет привод 3. На вертикальном основании 2 установлен, например с помощью шарнира, трипод 4. Выходное звено 5 шарнирно установлено на рабочей площадке 6 трипода 4 с возможностью вращения относительно оси, перпендикулярной рабочей площадке 6 трипода. На площадке трипода установлен привод 7, обеспечивающий вращение выходного звена 5. Оптимально длину выходного звена выполнить не менее половины длины рабочего инструмента, размещенного в захвате 8. Захват закреплен, например, болтами на свободном конце выходного звена 5.The spatial mechanism of the manipulator contains a movable horizontal base 1, which is pivotally connected to the vertical base 2 with the possibility of deviation from the vertical. The vertical base 2 has a drive 3. On a vertical base 2, for example, a tripod 4 is mounted, for example by means of a hinge. The output link 5 is pivotally mounted on the working platform 6 of the tripod 4 with the possibility of rotation about an axis perpendicular to the working platform 6 of the tripod. A drive 7 is mounted on the tripod site, which ensures rotation of the output link 5. Optionally, the output link length must be at least half the length of the working tool located in the gripper 8. The gripper is fixed, for example, with bolts at the free end of the output link 5.

Рассмотрим работу устройства на примере выполнения буровых работ. В захвате 8 закрепляется инструмент больших линейных размеров, например бурильная машина (на фигуре не показана). Подвижное горизонтальное основание 1 останавливается возле переднего фронта проходки. При помощи привода 3 поворачивается на необходимый угол вертикальное основание 2. При помощи трипода 4 рабочая площадка 6 выставляется параллельно плоскости переднего фронта проходки. В соответствии с паспортом на буровые работы выполняется бурение всех горизонтальных шпуров центральной части проходки и оконтуривающих шпуров крыши проходки. Отклонив бурильную машину на соответствующий паспорту угол, при помощи привода 3 и приводов трипода 4, бурятся наклонные шпуры центральной части проходки. Рабочая площадка 6 выставляется параллельно плоскости переднего фронта проходки. При помощи привода 7 выходное звено 5 с бурильной машиной, в захвате 8, поворачивается на 90 градусов от исходного положения по часовой стрелке и выполняется бурение оконтуривающих шпуров правого борта выработки. Аналогично бурятся шпуры левого борта выработки. После поворота звена 5 с бурильной машиной на 180 градусов от исходного положения в любую сторону, бурятся половые оконтуривающие шпуры.Consider the operation of the device on the example of drilling operations. In the gripper 8, a tool of large linear dimensions is fixed, for example, a drilling machine (not shown in the figure). The movable horizontal base 1 stops near the leading edge of the penetration. Using the drive 3, the vertical base 2 is rotated to the required angle. Using the tripod 4, the work platform 6 is set parallel to the plane of the leading edge of the penetration. In accordance with the drilling passport, all horizontal holes in the central part of the penetration and contouring holes in the penetration roof are drilled. Having rejected the drilling machine by the angle corresponding to the passport, using drive 3 and tripod 4 drives, inclined boreholes of the central part of the penetration are drilled. The platform 6 is set parallel to the plane of the leading edge of the penetration. Using drive 7, the output link 5 with the drilling machine, in the grab 8, is rotated 90 degrees from the initial position clockwise and the contouring holes of the starboard side are drilled. The boreholes of the left side of the mine are drilled similarly. After turning link 5 with the drilling machine 180 degrees from the starting position in any direction, the floor contouring holes are drilled.

Таким образом, предложенное решение обеспечивает возможность использования инструмента больших линейных размеров и поворот инструмента в захвате относительно оси, перпендикулярной площадке трипода, что существенно расширяет возможности использования рабочего инструмента при выполнении конкретных работ в автоматическом режиме в особых условиях. Тем самым повышается эффективность манипулятора.Thus, the proposed solution provides the ability to use a tool of large linear dimensions and the rotation of the tool in the grip about an axis perpendicular to the tripod area, which significantly expands the possibilities of using a working tool when performing specific work in automatic mode in special conditions. This increases the efficiency of the manipulator.

Claims

1. The spatial mechanism of the manipulator, containing a movable horizontal base, pivotally connected to a vertical base, with the possibility of deviating it from the vertical and having a drive on which a tripod with a grip is mounted, characterized in that the tripod is rotatably rotated relative to its perpendicular axis to the working platform an output link having a drive is installed; a grip is fixed at the free end of the output link.

2. The spatial mechanism according to claim 1, characterized in that the length of the output link is at least half the length of the working tool located in the grip.

3. The spatial mechanism according to claim 1, characterized in that the output link is rotatable by an angle of not more than 180 degrees.