Спосіб тривимірного орієнтування об’єкта

Реферат: Спосіб тривимірного орієнтування об'єкта за допомогою механізмів з 6 ступенями свободи включає орієнтування об'єкта, яке відбувається вручну при нефіксованому положенні механізмів, які відповідають за всі 6 ступенів свободи, з наступною синхронною (одночасною) фіксацією всіх ступенів свободи в необхідному положенні. UA 114096 U (54) СПОСІБ ТРИВИМІРНОГО ОРІЄНТУВАННЯ ОБ'ЄКТА UA 114096 U UA 114096 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до машинобудування і може бути використана для позиціювання та стабілізації просторового положення фотореєструючої техніки, проекційних механізмів, об'єктів, що піддаються зовнішній обробці, обробного інструменту, дзеркал та інш. Однією із найбільш поширених конструкцій для тривимірного орієнтування фотореєструючої та проекційної техніки є трипод (триногий штатив), який дозволяє орієнтувати обладнання з 6 ступенями свободи. Він має досить стійку конструкцію та можливість зміни положення за рахунок пересування у горизонтальній площині, зміни висоти вертикальної штанги по вертикалі та повороту за трьома кутами за рахунок шарнірних механізмів головки [1]. За рахунок великих кутових зусиль на шарнірних кріпленнях та відносно велика відстань між ними, штангою та ніжками призводить до того, що така конструкція є досить нестійкою в умовах вібрації за рахунок того, що об'єкт завжди знаходиться у нестійкому положенні (центр маси відносно шарнірного з'єднання). Це призводить до того, що орієнтування об'єкта повинно проводитись у вигляді ітераційної процедури зміни положення об'єкта для кожного з 6 ступенів свободи до досягнення необхідного положення. Для вирішення цієї проблеми запропоновано механізми у вигляді набору площин, що зміщуються відносно трьох просторових осей та осьових з'єднань між цими площинами, що забезпечує нахил у трьох кутах. Така конструкція, маючи також 6 ступенів свободи, має більшу міцність та стійкість, що дозволяє її використовувати для розміщення об'єктів з більшими розмірами та масою [2]. Керування такими системами є більш простим, але включає спеціальні механізми, що ускладнюють пошук найкращого положення і потребують додаткових навичок оператора. Найближчим аналогом є спосіб тривимірного орієнтування об'єкта за допомогою платформи з 6 ніжками різної довжини, що дозволяє змінювати положення об'єкта на платформі з 6 ступенями свободи дистанційно з спеціального пульту управління. Такий підхід дозволяє орієнтувати об'єкт в звичному для людини режимі безвідносно до маси та розміру об'єкта [3]. Основними недоліками такого способу орієнтування є відсутність безпосереднього тактильного зв'язку з об'єктом, що затрудняє керування об'єктами з великою інерцією, та складність (іноді неможливість) створення програмного забезпечення для взаємодії пульту управління та виконавчих механізмів. Зазначені недоліки найближчого аналога об'єктивно закономірні, оскільки вони визначаються способами взаємодії між частинами конструкції та оператором, закономірностями руху окремих частин та механізмів таких конструкцій, можливостями систем збору та відтворення інформації щодо положення та тактильних відчуттів. В основі запропонованого способу поставлено задачу створити спосіб тривимірного орієнтування об'єкта, який буде: * забезпечувати безпосередній контакт об'єкта з оператором; * відсутність додаткових механізмів управління та збору інформації; * відсутність складного програмного забезпечення; * простота виготовлення; * простота керування положенням. Поставлена задача вирішується тим, що орієнтування об'єкта відбувається вручну при нефіксованому положенні механізмів, які відповідають за всі 6 ступенів свободи, з наступною синхронною (одночасною) фіксацією всіх ступенів свободи в необхідному положенні. Позитивний ефект, що спостерігається в запропонованій корисній моделі, можна пояснити наступними фактами. По-перше, орієнтація об'єкта без додаткових механізмів (вручну) дозволяє отримати безпосередній зв'язок між оператором та об'єктом керування, не потребує додаткових навичок оператора та значно спрощує конструкцію механізму орієнтування. Єдиним необхідним механізмом є механізм фіксації положень шарнірних, поворотних механізмів, та/або механізмів положення у просторі (стрижнів або площин). По-друге, одночасне вивільнення всіх 6 ступенів свободи дозволяє ручну орієнтацію у всіх напрямках без обмежень у рухах оператора, що неможливо при ітераційній процедурі поступових змін по кожному із ступенів. По-третє, одночасна фіксація всіх 6 ступенів свободи дозволяє зафіксувати об'єкт орієнтування у вибраному положенні без загрози його зміни від прийняття рішення до моменту його повної фіксації, оскільки час фіксації визначається тільки швидкістю роботи фіксуючих механізмів, які працюють одночасно. По-четверте, оскільки такий спосіб включає наявність тільки механізмів фіксації, він може використовуватися для орієнтування об'єктів з механізмами більш складної структури (триподів з декількома головками, планарних механізмів, шарнірних підставок, гексаподів, кранових 1 UA 114096 U 5 10 15 20 25 30 35 40 конструкцій, комбінацій між ними та ін.) без необхідності використання складної комп'ютерної техніки та програмного забезпечення, та без обмежень їх складності (кількості ніг, шарнірів, осьових з'єднань). Заявлені особливості способу тривимірної орієнтації об'єкта визначаються наступними фактами. Одночасне вивільнення всіх механізмів, що контролюють положення об'єкта у просторі забезпечує однакову силу супротиву при зміщенні об'єкта у всіх напрямках незалежно від ступеня звільнення. Це забезпечує відсутність спотворень відчуття зміни напрямку руху об'єкта при його орієнтації. Таким же чином, одночасна фіксація всіх ступенів свободи дозволяє чітко фіксувати вибране положення у просторі в мінімальний термін, що зводить до мінімуму зміни в положенні від прийняття рішення до повної фіксації об'єкта. В залежності від виду конструкції механізму, що змінює положення об'єкта, механізм фіксації може бути виконано у вигляді електромеханічного, механічного або гідравлічного механізму. При цьому вид такого механізму не впливає на результат роботи механізму орієнтації об'єкта. Таким чином, в залежності від призначення спосіб може бути виконаний різними способами. При необхідності орієнтації відносно малих об'єктів (фотоапарати, кінокамери, проектори, лазерні виказувачі, прожектори та ін.), в яких використовуються шарнірні з'єднання більш оптимальним є використання електромеханічних фіксуючих механізмів, які мають відносно малі габарити та прості в керуванні. При роботі з механізмами, в яких є переміщення у площині, досить ефективними є механічні способи фіксації положення. Це особливо важливо при орієнтації великогабаритних об'єктів. Для фіксації стрижнів з перемінною довжиною (ніжки триподів, вертикальних штанг, опор у вигляді ферм) у вигляді телескопічних або осьових конструкцій оптимальними можуть бути гідравлічні фіксатори, які отримують підвищений тиск з одного джерела. Це забезпечує додаткову плавність у керуванні та точність при фіксації. Приклад 1. Конструкція для орієнтування фото- або відеотехніки виконується у вигляді триподу з шарнірною головкою для кріплення фото- та відеоапаратури. Шарнірні кріплення та ніжки у вигляді розсувних муфт обладнуються електромагнітними фіксаторами, які у відключеному положенні фіксують взаємне положення частин конструкції, а при подачі напруги звільнюють тиск на кріплення і дозволяють зміни орієнтації об'єкта у ручному режимі. Таким чином, регулювання положення проводиться тільки при наявності напруги на механізмі фіксації (кнопка, педаль), а весь інший час конструкція знаходиться у фіксованому стані. Після орієнтування об'єкта у новому необхідному положенні механізм фіксації знову знеструмлюється і положення конструкції жорстко фіксується у вибраному стані. Приклад 2. Конструкція для орієнтування проекційної техніки виконується у вигляді ферми стрижнями перемінної довжини. Стрижні виготовлено у вигляді телескопічних конструкцій, з гідравлічним механізмом фіксації положення окремих частин стрижня. При відсутності додаткового тиску у механізмі фіксації конструкція залишається у фіксованому стані. Для регулювання положення об'єкта подається додатковий тиск на механізми фіксації, які знижують коефіцієнт тертя між частинами телескопічної конструкції і дають можливість ручного регулювання положення об'єкта у просторі. Зниження тиску у необхідний момент фіксує конструкцію у новому положенні. 45 50 Джерела інформації: 1. Патент CN105705855 від 22.06.2016 2. Патент України 27510 від 15.09.2000. 3. Gough, V. E. (1956-1957). "Contribution to discussion of papers on research in Automobile Stability, Control and Tyre performance". Proc. Auto Div. Inst. Mech. Eng. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 Спосіб тривимірного орієнтування об'єкта за допомогою механізмів з 6 ступенями свободи, який відрізняється тим, що орієнтування об'єкта відбувається вручну при нефіксованому положенні механізмів, які відповідають за всі 6 ступенів свободи, з наступною синхронною (одночасною) фіксацією всіх ступенів свободи в необхідному положенні. 2 UA 114096 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3