PL216454B1 - Manipulator równoległy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest manipulator równoległy, znajdujący zastosowanie jako urządzenie do zadań montażowych i manipulacyjnych w mikro- i nano- technologiach, biologii molekularnej, neurochirurgii; a także w okulistyce.

Znany z opisu patentowego nr P-377752 manipulator zawiera trzy ramiona o długości nastawialnej za pomocą siłowników liniowych, które są połączone przegubowo między podstawą a uchwytem. Uchwyt ma konstrukcję potrójnego przegubu obrotowego o osi głównej prostopadłej do płaszczyzny wyznaczonej osiami obrotu trzech przegubów obrotowych o 1-nym stopniu swobody, z którymi połączone są ramiona. Przeguby łączące ramiona z podstawą są przegubami o 2-ch stopniach swobody i o nieprzecinających się osiach obrotu, przy czym odległość między tymi osiami jest równa i równoległa do odległości między osią główną uchwytu a osią obrotu przegubu o 1-nym stopniu swobody łączącego ramię manipulatora z jego uchwytem.

Znany z opisu patentowego nr US 5656905 mechanizm o wielu stopniach swobody zawiera mechanizm do manipulacji pozycją, który zawiera trzy identyczne człony połączone przegubowo z ruchomą platformą i nieruchomą bazą. Każdy człon składa się z górnego ramienia i przedramienia. Każde przedramię jest pojedynczym elementem, a każde górne ramię zawiera płaski równoległobok, którego osie obrotu są równoległe względem siebie, a długości naprzeciwległych elementów są sobie równe. Równoległobok i przedramię są połączone ze sobą oraz połączone do platformy ruchomej i nieruchomej bazy przez trzy równoległe obrotowe przeguby o osiach prostopadłych do osi równoległoboku. Korzystnie jest jeśli ramiona rozłożone są co 120° w punktach połączenia z platformą ruchomą.

Manipulator, według wynalazku, równoległy zawierający wyposażone w sterowane napędy liniowe co najmniej trzy ramiona zmiennej długości połączone przegubowo z podstawą i platformą roboczą w układzie przestrzennym wzdłuż krawędzi ostrosłupa, a przeguby łączące jedne końce ramion z platformą roboczą są przegubami obrotowymi o 1-nym stopniu swobody, przy czym platforma robocza ma konstrukcję wieloprzegubowego elementu o przegubach obrotowych, a jej oś główna jest prostopadła do płaszczyzny wyznaczonej osiami obrotu przyłączonych przegubów obrotowych o 1-nym stopniu swobody, zaś drugie końce ramion połączone są z drugimi przegubami obrotowymi charakteryzuje się tym, że z drugimi przegubami obrotowymi połączone są jedne końce przedramion, przy czym drugie przeguby obrotowe są przegubami o 1-nym stopniu swobody, a drugie końce przedramion połączone są z napędami obrotowymi, z którymi połączone są przeguby obrotowe podstawy, przy czym przeguby obrotowe podstawy są przegubami o 1-nym stopniu swobody i o osiach obrotu prostopadłych do płaszczyzny wyznaczonej przez osie napędów obrotowych. Odległość między nieprzecinającymi się osiami napędów obrotowych i osiami przegubów podstawy jest równa i równoległa do odległości między osiami pierwszych przegubów obrotowych połączonych z platformą roboczą a jej osią główną.

Ponadto jako napędy obrotowe albo jako napędy liniowe albo jako napędy obrotowe i napędy liniowe stosuje się napędy piezoelektryczne.

Manipulator równoległy, według wynalazku, zapewnia dużą przestrzeń roboczą przy małych gabarytach. Zastosowanie dwuczłonowego elementu łączącego platformę roboczą i podstawę oraz napędu obrotowego w podstawie z równoczesnym zachowaniem równych i równoległych względem siebie odległości między określonymi osiami obrotu w podstawie i platformie roboczej istotnie upraszcza modelowanie i sterowanie. Zastosowanie zaś napędów piezoelektrycznych w podstawie do napędu przedramion oraz na ramionach do regulacji ich długości zwiększa odpowiednio precyzję pozycjonowania w zadanym punkcie przestrzeni oraz umożliwia korekcję luzów montażowych.

Rozwiązanie, według wynalazku, przedstawione jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu kinematycznego manipulatora, a fig. 2 - izometryczny widok manipulatora rzeczywistego.

Manipulator, według wynalazku, zawiera trzy ramiona 1 o zmiennej długości połączone przegubowo z podstawą 2 i platformą roboczą 3 rozmieszczone co 120° względem siebie w układzie przestrzennym wzdłuż krawędzi ostrosłupa. Każde z ramion 1 wyposażone jest w sterowane napędy liniowe 4. Jedne końce ramion 1 połączone są z platformą roboczą 3 pierwszymi przegubami obrotowymi 5 o 1-nym stopniu swobody. Platforma robocza 3 ma konstrukcję wieloprzegubowego elementu o przegubach obrotowych, a jej oś główna Oś1 jest prostopadła do płaszczyzny wyznaczonej osiami obrotu Oś2 przyłączonych przegubów obrotowych 5 o 1-nym stopniu swobody. Drugie końce ramion 1 połączone są poprzez drugie przeguby obrotowe 6 z jednymi końcami przedramion 7, przy czym drugie przeguby obrotowe 6 są

PL 216 454 B1 przegubami o 1-nym stopniu swobody. Drugie końce przedramion 7 połączone są z napędami obrotowymi 8, z którymi połączone są przeguby obrotowe 9 podstawy 2, przy czym przeguby obrotowe 9 podstawy 2 są przegubami o 1-nym stopniu swobody i o osiach obrotu Oś3 prostopadłych do płaszczyzny wyznaczonej przez osie obrotu Oś4 napędów obrotowych 8. Odległość A między nieprzecinającymi się osiami Oś4 napędów obrotowych 8 i osiami Oś3 przegubów 9 podstawy 2 jest równa i równoległa do odległości między osiami Oś2 pierwszych przegubów 5 połączonych z platformą roboczą 3 a główną osią Oś1 platformy 3. Zastosowane napędy liniowe 4 i napędy obrotowe 8 są napędami piezoelektrycznymi.

Manipulator, według wynalazku, utworzony przez odpowiednio dobrana strukturę kinematyczną napędzany jest przez piezoelektryczne napędy obrotowe 8 oraz piezoelektryczne napędy liniowe 4 umieszczone odpowiednio przy podstawie 2 i w jego ramionach 1. Napędy obrotowe 8 wprawiają w ruch obrotowy przedramiona 7, które poprzez drugie obrotowe przeguby 6, ramiona 1 i pierwsze przeguby obrotowe 5 oddziałują równolegle na platformę roboczą 3 zmieniając jej pozycję w przestrzeni /bez zmiany orientacji/, a główna oś Oś1 platformy roboczej 3 pozostaje niezmiennie prostopadła do podstawy 2. Napędy liniowe 4 powodują zmianę długości ramion 1 w ich osiach działania. Całość stanowi zamknięty równoległy łańcuch kinematyczny i zmiana położenia dowolnego przedramienia 7 oraz zmiana długości dowolnego z ramion 1 powoduje zmianę położenia platformy roboczej 3 w przestrzeni. Napęd obrotowy 8 jest napędem o dużym zakresie ruchu i jest napędem głównym ustalającym zgrubnie pozycję platformy roboczej 3 manipulatora, według wynalazku, w zadanym punkcie przestrzeni, zaś napęd liniowy 4 jest napędem o małym zakresie ruchu i jest napędem pomocniczym o dużej precyzji ruchu, przy pomocy którego korygowana jest pozycja platformy roboczej 3 manipulatora w zadanym punkcie przestrzeni. Napędy liniowe 4 umożliwiają również korygowanie błędów odwzorowania trajektorii ruchu manipulatora w zależności od zastosowanych algorytmów sterowania.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Manipulator równoległy zawierający wyposażone w sterowane napędy liniowe co najmniej trzy ramiona o zmiennej długości połączone przegubowo z podstawą i platformą roboczą w układzie przestrzennym wzdłuż krawędzi ostrosłupa, a przeguby łączące jedne końce ramion z platformą roboczą są przegubami obrotowymi o 1-nym stopniu swobody, zaś platforma robocza ma konstrukcję wieloprzegubowego elementu o przegubach obrotowych, a jej oś główna jest prostopadła do płaszczyzny wyznaczonej osiami obrotu przyłączonych przegubów obrotowych o 1-nym stopniu swobody, natomiast drugie końce ramion połączone są z drugimi przegubami obrotowymi, znamienny tym, że z drugimi przegubami obrotowymi (6) połączone są jedne końce przedramion (7), przy czym drugie przeguby obrotowe (6) są przegubami o 1-nym stopniu swobody, a drugie końce przedramion (7) połączone są z napędami obrotowymi (8), z którymi połączono są przeguby obrotowe (9) podstawy (2), przy czym przeguby obrotowe (9) podstawy (2) są przegubami o 1-nym stopniu swobody i o osiach obrotu (Oś3) prostopadłych do płaszczyzny wyznaczonej przez osie (Oś4) napędów obrotowych (8), a odległość (A) między nieprzecinającymi się osiami (Oś4) napędów obrotowych (8) i osiami (OŚ3) przegubów (9) podstawy (2) jest równa i równoległa do odległości (A') między osiami (Oś2) pierwszych przegubów obrotowych (5) połączonych z platformą roboczą (3) a jej główną osią (Oś1).

2. Trzyramienny manipulator według zastrz. 1, znamienny tym, że jako napędy obrotowe (8) stosuje się napędy piezoelektryczne.

3. Trzyramienny manipulator według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako napędy liniowe (4) stosuje się napędy piezoelektryczne.