Кинематический и прочностной анализ механизма параллельной структуры с упругими шарнирами

Рассмотрен механизм параллельной структуры с тремя кинематическими цепями, разработанный с использованием упругих шарниров. Благодаря такой конструктивной особенности в нем отсутствуют трение, люфт, шум и нет необходимости в смазке. Механизм обеспечивает высокую точность позиционирования выходного звена, которое имеет три степени свободы: движение по двум взаимно перпендикулярным осям в плоскости и поворот вокруг оси, перпендикулярной этой плоскости. Выполнен структурный анализ механизма. На основе линеаризованного подхода решены прямая и обратная задачи о положениях. Проведено численное моделирование механизма в программном комплексе ANSYS с учетом контактов в поступательных парах. Результаты расчетов позволили выявить зависимость между перемещениями выходного и входных звеньев и связи этих перемещений с геометрическими характеристиками конструкции, а также оценить напряженно-деформированное состояние упругих шарниров. Полученные данные в дальнейшем можно использовать для создания методики синтеза механизмов с упругими шарнирами, выполняющих субмикронное перемещение.
EDN: TSCCXW, https://elibrary/tsccxw

Литература

[1] Орлов А.В., Глазунов В.А., Алешин А.К. и др. Манипулятор для субмикронных перемещений. Патент РФ 2679260. Заявл. 17.04.2018, опубл. 06.02.2019.

[2] Фомин А.С., Скворцов П.А., Антонов А.В. Трехподвижный плоский механизм параллельной структуры. Патент РФ 2808492. Заявл. 21.03.2023, опубл. 28.11.2023.

[3] Фомин А.С., Антонов А.В., Скворцов П.А. и др. Трехкоординатный плоский манипулятор параллельной структуры. Патент РФ 2809101. Заявл. 21.03.2023, опубл. 06.12.2023.

[4] Глазунов В.А., Хейло С.В., ред. Механизмы перспективных робототехнических систем. Москва, Техносфера, 2021. 296 с.

[5] Glazunov V.A., Orlov A.V., Skvortsov P.A. Rational design of a micro-positioner with elastic hinges. Asian MMS 2021. Springer, 2022, pp. 22–30, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-91892-7_3

[6] Chen G., Ma Y., Li J. A tensural displacement amplifier employing elliptic-arc flexure hinges. Sens. Actuator A Phys., 2016, vol. 247, pp. 307–315, doi: https://doi.org/10.1016/j.sna.2016.05.015

[7] Chen W., Lu Q., Kong C. et al. Design, analysis and validation of the bridge-type displacement amplification mechanism with circular-axis leaf-type flexure hinges for micro-grasping system. Microsyst. Technol., 2019, vol. 25, no. 3, pp. 1121–1128, doi: https://doi.org/10.1007/s00542-018-4064-2

[8] Zentner L., Strehle S., eds. Microactuators, microsensors and micromechanisms. MAMM 2020. Springer, 2021. 149 p.

[9] Aljodah A., Shirinzadeh B., Ghafarian M. Development and analysis of a novel large range voice coil motor-driven 3-DOF XY? micro-positioning mechanism. MARSS, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/MARSS.2019.8860951

[10] Chen X., Li Y. Design and analysis of a new high precision decoupled XY compact parallel micromanipulator. Micromachines, 2017, vol. 8, no. 3, art. 82, doi: https://doi.org/10.3390/mi8030082

[11] Tian Y., Shirinzadeh B., Zhang D. Design and dynamics of a 3-DOF flexure-based parallel mechanism for micro/nano manipulation. Microelectron. Eng., 2010, vol. 87, no. 2, pp. 230–241, doi: https://doi.org/10.1016/j.mee.2009.08.001

[12] Zhan Z., Zhang Z., Zhao B. et al. Clearance-induced position uncertainty estimation and experimental verification of a planar parallel manipulator. IFToMM WC 2023. Springer, 2023, pp. 692–702, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-45705-0_67

[13] Lavanya S.B., Jayanth G.R., Mohanty A.K. Optimal design of bridge amplifiers for large-range linear characteristics. IFToMM WC 2023. Springer, 2023, pp. 721–730, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-45705-0_70

[14] Lin P.Y., Ke C.H., Wang D.Y. et al. Numerical study of a piezoelectric xy-stage with diamond-type displacement amplification mechanism. IFToMM WC 2023. Springer, 2023, pp. 167–175, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-45770-8_17

[15] Pilkey W.D. Peterson’s stress concentration factors. Wiley, 1997. 508 p.

[16] Linß S., Henning S., Zentner L. Modeling and design of flexure hinge-based compliant mechanisms. In: Kinematics — analysis and applications. IntechOpen, 2019, doi: https://doi.org/10.5772/intechopen.85224

[17] Chen G., Shao X., Huang X. A new generalized model for elliptical arc flexure hinges. Rev. Sci. Instrum., 2008, vol. 79, no. 9, art. 095103, doi: https://doi.org/10.1063/1.2976756

[18] Pinskier J., Shirinzadeh B., Ghafarian M. et al. Topology optimization of stiffness constrained flexure-hinges for precision and range maximization. Mech. Mach. Theory, 2020, vol. 150, art. 103874, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2020.103874