novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.20.428-436novtexmech-667Research ArticleРОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫROBOT, MECHATRONICS AND ROBOTIC SYSTEMSПроектирование статически определимых механизмов технологических мехатронных машин с параллельной кинематикойDesigning Statically Determinable Mechanisms of Technological Mechatronic Machines with Parallel KinematicsТолстошеевА. К.TolstosheevA. K.

Канд. техн. наук, доц.

Bryansk, 241035

andrei.tolstosheev@yandex.ruТатаринцевВ. А.TatarintsevV. A.

Канд. техн. наук, доц.

Bryansk, 241035

v_a_t52@mail.ruБрянский государственный технический университетРоссияBryansk State Technical UniversityRussian Federation201904072019207428436Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20192019Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/667

Работа посвящена повышению надежности и технологичности конструкций мехатронных машин с параллельной кинематикой путем замены статически неопределимых манипуляторов статически определимыми механизмами. Предлагается методика, в которой проектирование статически определимых манипуляторов технологических мехатронных машин с параллельной кинематикой выполняется путем модификации структуры прототипов и включает три этапа: выявление и анализ избыточных связей, устранение избыточных связей, проверка правильности исключения избыточных связей. Для определения числа степеней свободы механизма, выявления избыточных связей и проверки решения используется предложенная авторами методика структурного анализа механизмов параллельной структуры. При структурном анализе манипулятор представляется иерархической структурой и рассматривается как параллельное соединение элементарных механизмов с незамкнутой кинематической цепью; как кинематическая цепь, состоящая из ведущей и ведомой частей; как совокупность звеньев и кинематических пар; как кинематическое соединение выходного звена и стойки. В статье реализованы следующие приемы устранения избыточных связей: увеличение подвижностей в кинематических парах; введение в кинематическую цепь разгрузочных звеньев и пассивных кинематических пар; исключение из кинематической цепи лишних звеньев и пар; увеличение подвижностей в одних кинематических парах одновременно с исключением ставших лишними других кинематических пар. Разработано несколько вариантов структурных схем самоустанавливающихся манипуляторов на базе механизма Ортоглайд, сохраняющих основные функциональные свойства прототипа. Для увеличения числа схем самоустанавливающихся механизмов используется перераспределение подвижностей и связей в пределах соединительной кинематической цепи и между соединительными кинематическими цепями. Предложенная методика позволяет определять число степеней свободы механизма, число и вид избыточных связей, устранять избыточные связи и на альтернативной основе строить структурные схемы статически определимых механизмов технологических мехатронных машин с параллельной кинематикой.

The work is devoted to improving the reliability and manufacturability of mechatronic machine designs with parallel kinematics by replacing statically indeterminable manipulators with statically determinable mechanisms. A technique is proposed in which the design of statically determinable manipulators of technological mechatronic machines with parallel kinematics is performed by modifying the structure of prototypes and includes three steps: identifying and analyzing redundant links, eliminating redundant links, checking the correctness of eliminating redundant links. To determine the number of degrees of freedom of the mechanism, identify redundant links, and verify the solution, the authors use the proposed methodology for structural analysis of parallel structure mechanisms. In structural analysis, a manipulator is represented by a hierarchical structure and is considered as a parallel connection of elementary mechanisms with an open kinematic chain; as a kinematic chain consisting of leading and driven parts; as a set of links and kinematic pairs; as a kinematic connection of the output link and the rack. The article implements the following techniques for eliminating redundant links: mobility increase in kinematic pairs; introduction of unloading links and passive kinematic pairs to the kinematic chain; exclusion of extra links and pairs from the kinematic chain; increase in mobility in some kinematic pairs simultaneously with the exclusion of other kinematic pairs that have become superfluous. The authors developed several variants of structural schemes of self-aligning manipulators based on the Orthoglide mechanism, which retain the basic functional proper ties of the prototype. To increase the number of self-aligning mechanism diagrams, the redistribution of mobilities and links within the connecting kinematic chain and between connecting kinematic chains is used. The proposed methodics allow to determine the number of degrees of freedom of the mechanism, the number and type of redundant links, eliminate redundant links and, on an alternative basis, build structural diagrams of statically determinable mechanisms of technological mechatronic machines with parallel kinematics.

технологические мехатронные машиныпараллельная кинематикаизбыточные связистатически определимые манипуляторыtechnological mechatronic machinesparallel kinematicsredundant linksstatically definable manipulatorsReferencesПодураев Ю. В. Мехатроника: основы, методы, применение: учеб. пособие для студентов вузов. М.: Машиностроение, 2006. 256 с.Poduraev Yu. V. Mechatronics: basics, methods, application: educational manual for university students, Moscow, Mashinostroenie, 2006, 256 p. (in Russian).Merlet J. P. Parallel Robots. The Netherlands Dordrecht: Springer, 2006. 417 p.Merlet J. P. Parallel Robots, The Netherlands Dordrecht, Springer, 2006, 417 p.Решетов Л. Н. Конструирование рациональных механизмов. М.: Машиностроение, 1972. 256 с.Reshetov L. N. Designing rational mechanisms, Moscow, Mashinostroenie, 1972, 256 p. (in Russian).Решетов Л. Н. Самоустанавливающиеся механизмы: Справочник. М.: Машиностроение, 1991. 288 с.Reshetov L. N. Self-aligning mechanisms. Reference book, Moscow, Mashinostroenie, 1991, 288 p. (in Russian).Дворников Л. Т., Гудимова Л.Н., Большаков Н. С. Опыт исключения избыточных связей в шестизвенных плоских механизмах // Известия вузов. Машиностроение. 2007. № 5. С. 29—38.Dvornikov L. T., Gudimova L. N., Bol’shakov N. S. Izvestiya vuzov. Mashinostroenie, 2007, no 5, pp. 29—38 (in Russian).Егоpов О. Д., Буйнов М. А. Стpуктуpный анализ механизмов мехатpонных и pобототехнических устpойств // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 17, № 4. С. 239—244.Egopov O. D., Buynov M. A. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2016,. vol. 17, no 4, pp. 239—244 (in Russian).Обрабатывающееоборудование нового поколения. Концепция проектирования / В. Л. Афонин, А. Ф. Крайнев, В. Е. Ковалев [и др.] / Под ред. В. Л. Афонина. М.: Машиностроение, 2001. 256 с.Afonin V. L., Kraynev A. F., Kovalev V. E. et al. Processing equipment of the new generation. Design concept. Moscow, Mashinostroenie, 2001, 256 p. (in Russian).Календарев А. В., Лысогорский А. Е., Глазунов В. А. Структурный анализ механизмов параллельной структуры с четырьмя и пятью степенями свободы // Известия вузов. Машиностроение. 2013. № 3. С. 7—10.Kalendarev A. V., Lysogorskiy A. E., Glazunov V. A. Izvestiya vuzov. Mashinostroenie, 2013, no 3, pp. 7—10 (in Russian).Ширинкин М. А. Структурный анализ пространственных механизмов параллельной структуры с четырьмя и шестью степенями свободы // Машиностроение и инженерное образование. 2011. № 2. С. 17—21.Shirinkin M. A. Mashinostroenie i Inzhenernoe Obrazovanie, 2011, no 2, pp. 17—21 (in Russian).Бюшгенс А. Г., Глазунов В. А., Зайчик Л. Е., Скворцов С. А. Структурный анализ механизмов параллельной структуры с круговой направляющей и шестью степенями свободы: Справочник. Инженерный журнал с приложением. 2014. № 2. С. 13—19.Byushgens A. G., Glazunov V. A., Zaychik L. E., Skvortsov S. A. Spravochnik. Inzhenernyy Zhurnal s Prilozheniem, 2014, no 2, pp. 13—19 (in Russian).Носова Н. Ю., Глазунов В. А., Палочкин С. В., Терехова А. Н. Синтез механизмов параллельной структуры с кинематической развязкой // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2014. № 5. С. 34—40.Nosova N. Yu., Glazunov V. A., Palochkin S. V., Terekhova A. N. Problemy Mashinostroeniya i Nadezhnosti Mashin, 2014, no 5, pp. 34—40 (in Russian).Kong X., Gosselin C. Type Synthesis of Parallel Mechanisms. Berlin, Heidelberg: Springer, 2007. 272 p.Kong X., Gosselin C. Type Synthesis of Parallel Mechanisms, Berlin, Heidelberg, Springer, 2007, 272 p.Gogu G. Structural Synthesis of Parallel Robots, Part 1-Methodology. Dordrecht: Springer, 2008. 720 p.Gogu G. Structural Synthesis of Parallel Robots. Part 1-Methodology, Dordrecht, Springer, 2008, 720 p.Данилин П. О., Тывес Л. И., Глазунов В. А. Групповая кинематическая развязка двигателей в механизмах параллельной структуры // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2010. № 3. С. 27—35.Danilin P. O., Tyves L. I., Glazunov V. A. Problemy Mashinostroeniya i Nadezhnosti Mashin, 2010, no 3, pp. 27—35 (in Russian).Глазунов В. А., Борисов В. А. Разработка механизмов параллельной структуры с четырьмя степенями свободы и четырьмя кинематическими цепями // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2017. № 5. С. 3—12.Glazunov V. A. , Borisov V. A. Problemy Nashinostroeniya i Nadezhnosti Mashin, 2017, no 5, pp. 3—12 (in Russian).Подзоров П. В., Бушуев В. В. Структурный анализ и классификация механизмов параллельной кинематики // Мехатроника, автоматизация, управление. 2004. № 10. С. 42—49.Podzorov P. V. , Bushuev V. V. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2004, no 10, pp. 42—49 (in Russian).Толстошеев А. К., Татаринцев В. А. Структурный анализ механизмов роботов-станков с параллельной кинематикой // Вестник Брянского государственно го технического университета. 2017. № 1 (54). С. 33—43.Tolstosheev A. K., Tatarintsev V. A. Vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 2017, no 1(54), pp. 33—43 (in Russian).Толстошеев А. К., Татаринцев В. А. Методика структурного анализа параллельных манипуляторов сельскохозяйственных роботов // Научное обозрение. 2017. № 22. С. 37—42.Tolstosheev A. K., Tatarintsev V. A. Nauchnoe Obozrenie, 2017, no 22, pp. 37—42 (in Russian).Толстошеев А. К. Теория строения механизмов: учеб. пособие. Брянск: Изд-во БГТУ, 2001. 139 с.Tolstosheev A. K. Theory of mechanism construction: educational manual, Bryansk, Publishing house of BGTU, 2001, 139 p. (in Russian).Pashkevich A., Wenger P., Chablat D. Design strategies for the geometric synthesis of Orthoglide-type mechanisms // Mechanism and Machine Theory. 2005. Vol. 40, № 8. P. 907—930.Pashkevich A., Wenger P., Chablat D. Mechanism and Machine Theory, 2005, vol. 40, no 8, pp. 907—930.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.