Синтез, кинематическое и динамическое моделирование складных механизмов параллельной структуры с круговой направляющей

Рассмотрены складные механизмы параллельной структуры с круговой направляющей (механизмы FoldRail), образующие новое семейство механических систем. Такие механизмы реализуют неограниченный угол поворота выходного звена вокруг оси, перпендикулярной плоскости круговой направляющей, обладают возможностью трансформации между трех- и двумерными конфигурациями и имеют увеличенный размер рабочей зоны по сравнению с аналогичными механизмами параллельной структуры, снабженными круговой направляющей. Предложен алгоритм структурного синтеза складных механизмов параллельной структуры с круговой направляющей, состоящий в разработке типовой кинематической цепи, способствующей систематическому созданию на ее основе таких механизмов. С помощью разработанной компьютерной модели выполнено моделирование обратных задач кинематики и динамики для нового складного механизма с тремя кинематическими цепями. Моделирование проведено для спиралевидной траектории движения выходного звена, при воспроизведении которой задействованы все приводы механизма. Полученные результаты позволяют подобрать приводы для ведущих звеньев механизма.

Литература

[1] Ганиев Р.Ф., Глазунов В.А., Филиппов Г.С. Актуальные проблемы машиноведения и пути их решения. Волновые и аддитивные технологии, станкостроение, роботохи-рургия. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2018, № 5, с. 16–25.

[2] Ceccarelli M. Fundamentals of the mechanics of robotic manipulation. Springer, 2022. 381 p.

[3] Ryu S.-J., Kim J.W., Hwang J.C. et al. Eclipse: an overactuated parallel mechanism for rapid machining. In: Parallel kinematic machines. Springer, 1999, pp. 441–455, doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4471-0885-6_32

[4] Coulombe J., Bonev I.A. A new rotary hexapod for micropositioning. Proc. IEEE ICRA, 2013, pp. 877–880, doi: https://doi.org/10.1109/ICRA.2013.6630676

[5] Chen T., Qian S., Li Y. et al. Mechanism design and analysis for an automatical reconfiguration cable-driven parallel robot. Proc. IEEE CRC, 2017, pp. 45–50, doi: https://doi.org/10.1109/CRC.2017.45

[6] Shiga Y., Tanaka Y., Goto H. et al. Design of a six degree-of-freedom tripod parallel mechanism for flight simulators. Int. J. Automation Technol., 2011, vol. 5, no. 5, pp. 715–721, doi: https://doi.org/10.20965/ijat.2011.p0715

[7] Jeong H., Yu J., Lee D. Calibration of in-plane center alignment errors in the installation of a circular slide with machine-vision sensor and a reflective marker. Sensors, 2020, vol. 20, no. 20, art. 5916, doi: https://doi.org/10.3390/s20205916

[8] Велиев Е.И., Ганиев Р.Ф., Глазунов В.А. и др. Параллельные и последовательные структуры манипуляторов в роботохирургии. Доклады Академии наук, 2019, т. 485, № 2, с. 166–170, doi: https://doi.org/10.31857/S0869-56524852166-170

[9] Xu C.C., Xue C., Duan X.C. A novel 2R parallel mechanism for alt-azimuth pedestal. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2018, vol. 428, art. 012053, doi: http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/428/1/012053

[10] Song Y., Qi Y., Dong G. et al. Type synthesis of 2-DoF rotational parallel mechanisms actuating the inter-satellite link antenna. Chinese J. Aeronaut., 2016, vol. 29, no. 6, pp. 1795–1805, doi: https://doi.org/10.1016/j.cja.2016.05.005

[11] Kim J., Park F.C., Ryu S.J. et al. Design and analysis of a redundantly actuated parallel mechanism for rapid machining. IEEE Trans. Robot. Autom., 2001, vol. 17, no. 4, pp. 423–434, doi: https://doi.org/10.1109/70.954755

[12] Kim S.H., Shin H.P., In W.S. et al. Design of a 6 D.O.F. flight simulator based on a full spinning parallel mechanism platform. AIAA Paper, 2005, no. 2005–6105, doi: https://doi.org/10.2514/6.2005-6105

[13] Glazunov V.A., Filippov G.S., Rashoyan G.V. et al. Velocity analysis of a spherical parallel robot. J. Phys.: Conf. Ser., 2019, vol. 1260, no. 11, art. 112012, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1260/11/112012

[14] Скворцов С.А. Кинематический анализ пространственного механизма параллельной структуры с круговой направляющей и четырьмя кинематическими цепями. Справочник. Инженерный журнал, 2016, № 5, с. 16–21, doi: https://doi.org/10.14489/hb.2016.05.pp.016-021

[15] Киселев С.В., Антонов А.В., Фомин А.С. Роботы параллельной структуры с круговой направляющей: систематический обзор кинематических схем, методов синтеза и анализа. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2022, № 1, с. 26–38, doi: https://doi.org/10.31857/S0235711922010059

[16] Glazunov V. Design of decoupled parallel manipulators by means of the theory of screws. Mech. Mach. Theory, 2010, vol. 45, no. 2, pp. 239–250, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2009.09.003

[17] Ye W., Li Q. Type synthesis of lower mobility parallel mechanisms: a review. Chin. J. Mech. Eng., 2019, vol. 32, no. 1, art. 38, doi: https://doi.org/10.1186/s10033-019-0350-x

[18] Meng X., Gao F., Wu S. et al. Type synthesis of parallel robotic mechanisms: framework and brief review. Mech. Mach. Theory, 2014, vol. 78, pp. 177–186, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2014.03.008

[19] Tsai L.-W. Systematic enumeration of parallel manipulators. In: Parallel kinematic machines. Springer, 1999, pp. 33–49, doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4471-0885-6_3

[20] Alizade R., Bayram C. Structural synthesis of parallel manipulators. Mech. Mach. Theory, 2004, vol. 39, no. 8, pp. 857–870, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2004.02.008

[21] Fomin A., Ivanov W. Development of a mixing mechanism with a complex motion of the end-effector. Stroj. Vestn.-J. Mech. E., 2019, vol. 65, no. 5, pp. 319–325, doi: https://doi.org/10.5545/sv-jme.2018.5965

[22] Fomin A., Antonov A., Kiselev S. A new class of foldable mechanisms with a circular rail–FoldRail mechanisms. Mech. Mach. Theory, 2023, vol. 189, art. 105425, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2023.105425