Проектирование статически определимых механизмов технологических мехатронных машин с параллельной кинематикой

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.

1. Подураев Ю. В. Мехатроника: основы, методы, применение: учеб. пособие для студентов вузов. М.: Машиностроение, 2006. 256 с.

2. Merlet J. P. Parallel Robots. The Netherlands Dordrecht: Springer, 2006. 417 p.

3. Решетов Л. Н. Конструирование рациональных механизмов. М.: Машиностроение, 1972. 256 с.

4. Решетов Л. Н. Самоустанавливающиеся механизмы: Справочник. М.: Машиностроение, 1991. 288 с.

5. 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.

6. Егоpов О. Д., Буйнов М. А. Стpуктуpный анализ механизмов мехатpонных и pобототехнических устpойств // Мехатроника, автоматизация, управление. 2017. Т. 17, № 4. С. 239—244.

7. 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.

8. 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.

9. Ширинкин М. А. Структурный анализ пространственных механизмов параллельной структуры с четырьмя и шестью степенями свободы // Машиностроение и инженерное образование. 2011. № 2. С. 17—21.

10. 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.

11. 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.

12. Kong X., Gosselin C. Type Synthesis of Parallel Mechanisms. Berlin, Heidelberg: Springer, 2007. 272 p.

13. Gogu G. Structural Synthesis of Parallel Robots, Part 1-Methodology. Dordrecht: Springer, 2008. 720 p.

14. 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.

15. 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.

16. Подзоров П. В., Бушуев В. В. Структурный анализ и классификация механизмов параллельной кинематики // Мехатроника, автоматизация, управление. 2004. № 10. С. 42—49.

17. 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.

18. Толстошеев А. К., Татаринцев В. А. Методика структурного анализа параллельных манипуляторов сельскохозяйственных роботов // Научное обозрение. 2017. № 22. С. 37—42.

19. Толстошеев А. К. Теория строения механизмов: учеб. пособие. Брянск: Изд-во БГТУ, 2001. 139 с.

20. 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.