Исследование подходов к синтезу многосекционных механизмов параллельной структуры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Калужский филиал Московского Государственного Технического Университета им. Н.Э. Баумана

Исследование подходов к синтезу многосекционных механизмов параллельной структуры

А.Ю. Ягур

А.Л. Лапиков

Одной из мировых тенденций развития робототехники является создание пространственных манипуляционных механизмов параллельной структуры (МПС). МПС - класс пространственных механизмов, физическая сущность которых состоит в том, что подвижный исполнительный орган (ИО) шарнирно связан с его неподвижным элементом кинематическими цепями, каждый из которых имеет индивидуальный привод или накладывает определенное количество связей на перемещение ИО.

В начале объектом исследования были в основном плоские механизмы с замкнутой кинематической цепью и одной степенью свободы, но затем внимание стали привлекать пространственные механизмы. После этого получили развитие характерные для роботов механизмы с незамкнутой цепью, а затем развитие вновь пришло к замкнутым цепям, имеющим большое число степеней свободы. Они имеют ряд преимуществ, по сравнению с традиционными механизмами роботов. [1]

Многоподвижная замкнутая кинематическая цепь механизма приводит к уменьшению размеров и масс подвижных звеньев. Эти механизмы воспринимают нагрузку подобно пространственным фермам, что определяет их повышенную точность и грузоподъемность. Они находят все более широкое применение как технологические, манипуляционные, измерительные системы. Недостатком этих механизмов является ограниченный рабочий объем ввиду интерференции звеньев кинематических цепей, а также кинематическая и динамическая связанность между степенями свободы. Для устранения или, по крайней мере, уменьшения значимости этих недостатков целесообразно организовать совместное относительное манипулирование механизмов параллельной структуры. При совместном манипулировании двух и более механизмов (модулей) общее число степеней свободы системы является суммой степеней свободы этих модулей.

Перед построением многосекционных механизмов параллельной структуры (ММПС) необходимо составить классификацию МПС по конструктивным исполнениям и их приводам.

МПС по конструктивным исполнениям имеют разные кинематические звенья, а именно:

· шарнирно - рычажные, состоят из определенного количества штанг постоянной длины, каждая из которых на концах имеет соответствующие шарниры (универсальные или сферические);

· штанги переменной длины, состоят из телескопических или другого конструктивного исполнения штанг, на концах которых смонтированные шарниры. Они имеют возможность изменять длину в зависимости от заданного закона движения ИО;

· V-образный механизм состоит из двух шарнирно соединенных прямоугольных плоских элементов, на концах которых смонтированы шарниры.

Используются разные исполнительные приводы поступательного и вращательного действия. Приводы вращательного действия используются там, где необходимо применить метод преобразования движения путем изменения угла между V-подобными механизмами или принудительного вращательного движения шарниров, смонтированных на стационарном блоке. (электродвигатели, гидромоторы). При применении метода создания движения путем изменения длины кинематических звеньев или изменения координат опорных шарниров используются в основном линейные приводы (пневмо-, гидроцилиндры и линейные электроприводы), а также шариковые передачи (винт-гайка качения). [2]

Таблица 1

Исходя из вышеизложенного материала получим (таблица 1):

Классификация механизмов параллельной структуры

Консольное объединение данных МПС и их модификаций составит нам классификацию многосекционных механизмов, подразделяющуюся на:

· объединение одинаковых МПС

· объединение межклассовых МПС

Рассмотрим пример объединения межклассовых МПС, таких как гексапод и трипод (Рис.1). - универсальный шарниры, - сферические шарниры, 1,…,9 - поступательные кинематические пары. Рассчитаем степень свободы, используя формулу Грюблера [3]: многоподвижный кинематический цепь робот

В формуле (1) введены следующие обозначения:

- число степеней свободы твердого тела в пространстве;

- общее число твердых тел;

- общее число соединений;

- число степеней свободы каждого из соединений.

Подставляя в (1), считаем для всей платформы:

Несложно проверить степень подвижности каждого этажа в отдельности, а сумма даст тот же самый результат.

Рис1. Схема гексапод-трипод

В ходе проведенного анализа существующих конструкций, была приведена классификация МПС, на основе которой предложена классификация ММПС по способу образования. Произведен расчет степени свободы манипулятора гексапод-трипод, по которому эмпирически доказано, что при построении двухсекционного манипулятора, степень подвижности увеличивается.

Список литературы

[1] Хейло С.В. Разработка научных основ создания манипуляционных механизмов параллельной структуры для робототехнических систем предприятий текстильной и легкой промышленности. Дис. …канд. физ. - мат. наук. Москва, 2014, 292 с.

[2] Диневич Г.Е., Дмитриев Д.А., Ю.Н. Кузнецов Компоновки станков с механизмами параллельной структуры. Киев - Херсон, ПП Вишемирский В.С., 2010, 472 с.

[3] Каганов Ю.Т., Карпенко А.П. Математическое моделирование кинематики и динамики робота-манипулятора типа хобот. Математические модели секции манипулятора, как механизма параллельной кинематики типа трипод. Наука и образование, 2009.

Размещено на Allbest.ru