Геометрические критерии возникновения и расчета областей полезных особых положений для структурно-параметрического синтеза рычажных механизмов с зазорами

В механизмах и манипуляторах с замкнутой кинематической цепью, применяемых в машиностроении, могут возникать вредные особые положения. Предложен подход к созданию работоспособных механизмов, заключающийся в синтезе многошарнирных механизмов с полезными особыми положениями. Для решения задачи сингулярного анализа и синтеза многошарнирных механизмов с параллельными осями цилиндрических шарниров, выполненных с реальными конструктивными зазорами во вращательных кинематических парах, разработан следующий алгоритм. Шаг 1 — построение общей диаграммы с различными возможными областями безразмерных метрических параметров для определения всех возможных вариантов сборки замкнутого контура. Шаг 2 — комплексный структурно-параметрический синтез шарнирных механизмов с требуемыми по безразмерной диаграмме относительными длинами рычажных звеньев и их взаиморасположением при сборке замкнутого контура. Шаг 3 — создание на уровне изобретений работоспособных механизмов с полезными особыми областями. Применение разработанного алгоритма продемонстрировано на примере параллелограммного/антипараллелограммного механизма изменяемой структуры, новых кривошипно-коромысловых механизмов и виброударного механизма.
EDN: PBGDPR, https://elibrary/pbgdpr

Литература

[1] Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. Москва, ЛЕНАНД, 2019. 500 с.

[2] Крайнев А.Ф. Механика машин. Фундаментальный словарь. Москва, Машиностроение, 2000. 904 с.

[3] Тимофеев Г.А., ред. Теория механизмов и машин. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 566 с.

[4] Коловский М.З., Евграфов А.Н., Семенов Ю.А. и др. Теория механизмов и машин. Москва, Академия, 2006. 560 с.

[5] Вульфсон И.И., Ерихов М.Л., Коловский М.З. и др. Механика машин. Москва, Высшая школа, 1996. 511 с.

[6] Пожбелко В.И., Лившиц В.А. Теория механизмов и машин в вопросах и ответах. Челябинск, Изд-во ЮУргУ, 2004. 439 с.

[7] Глазунов В.А., ред. Новые механизмы в современной робототехнике. Москва, Техносфера, 2018. 316 с.

[8] Глазунов В.А., Рашоян Г.В., Дубровский В.А. и др. Критерий близости к особым положениям, связанным с потерей степени свободы механизмов параллельной структуры. Проблемы механики современных машин. Мат. V межд. конф. Т. 1. Улан-Удэ, Изд-во ВСГТУ, 2012, с. 32–35.

[9] Глазунов В.А., Крайнев А.Ф., Грунтович Р.М. и др. Особые положения (сингулярности) механизмов параллельной структуры. Межд. конф. по теории механизмов и механике машин. Краснодар, Изд-во КубГТУ, 2006, с. 57–58.

[10] Глазунов В.А., Аракелян В., Брио С. и др. Скоростные и силовые критерии близости к сингулярностям манипуляторов параллельной структуры. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2012, № 3, с. 10–17.

[11] Ларюшкин П.А., Рашоян Г.В., Эрастова К.Г. Об особенностях применения винтового исчисления для оценки близости к особым положениям механизмов параллельной структуры. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2017, № 4, с. 39–45.

[12] Абдраимов С., Джуматаев М.С. Шарнирно-рычажные механизмы переменной структуры. Бишкек, Илим, 1993. 177 с.

[13] Терешин В.А. Наглядное представление особых положений всех шестизвенных групп Ассура. В: Теория механизмов и машин. Санкт-Петербург, Изд-во СПбГПУ, 2003, с. 15–16.

[14] Ковалев М.Д. Геометрические вопросы кинематики и статики. Москва, ЛЕНАНД, 2019. 256 с.

[15] Kong X., Gosselin C.M. Type synthesis of parallel mechanisms. Springer, 2007. 276 p.

[16] Merlet J.P. Jacobian, manipulability, condition number, and accuracy of parallel robots. J. Mech. Des., 2006, vol. 128, no. 1, pp. 199–206, doi: https://doi.org/10.1115/1.2121740

[17] Waldron K.J., Wang S.L., Bolin S.J. A study of the Jacobian matrix of serial manipulators. J. Mech., Trans., and Automation, 1985, vol. 107, no. 2, pp. 230–237, doi: https://doi.org/10.1115/1.3258714

[18] Zlatanov D., Fenton R.G., Behhabid B. Singularity analysis of mechanisms and robots via a velocity-equation model of the instantaneous kinematics. IEEE Conf. on Robotics and Automation, 1994, pp. 986–991, doi: https://doi.org/10.1109/ROBOT.1994.351325

[19] Pozhbelko V.I. A unified structure theory of multibody open-, closed-, and mixed-loop mechanical systems with simple and multiple joint kinematic chains. Mech. Mach. Theory, 2016, vol. 100, pp. 1–16, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2016.01.001

[20] Evgrafov A.N., Petrov G.N., Tereshin V.A. Using auxiliary inputs in lever mechanisms when approaching singular positions. In: MMESE-2022. Springer, 2023, pp. 19–23, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-30027-1_3

[21] Пожбелко В.И. Возникновение переменной (изменяемой) структуры и области особых положений механизма с учетом зазоров и вырождения кинематических пар. Теория механизмов и машин, 2010, т. 8, № 2, с. 71–80.

[22] Пожбелко В.И. Шарнирный платформенный манипулятор. Патент РФ 2751782. Заявл. 07.07.2020, опубл. 16.07.2021.

[23] Пожбелко В.И. Кривошипный механизм изменяемой структуры. Патент РФ 2750997. Заявл. 08.12.2020, опубл. 07.07.2021.

[24] Пожбелко В.И. Кривошипный механизм В.И. Пожбелко с точными остановками. Патент РФ 2283446. Заявл. 21.03.2005, опубл. 10.09.2006.

[25] Пожбелко В.И. Шарнирный виброударный механизм. Патент РФ 2783900. Заявл. 27.07.2022, опубл. 21.11.2022.

[26] Пожбелко В.И. Стержневая вращательная кинематическая пара. Патент РФ 2760496. Заявл. 31.05.2021, опубл. 25.11.2021.

[27] Пожбелко В.И. Шарнирный кривошипный механизм. Патент РФ 2740526. Заявл. 07.07.2020, опубл. 15.01.2021.

[28] Пожбелко В.И. Рычажный пятизвенный механизм. Патент РФ 2751011. Заявл. 08.12.2020, опубл. 07.07.2021.

[29] Пожбелко В.И. Платформенный стыковочный манипулятор. Патент РФ 2751781. Заявл. 07.07.2020, опубл. 16.07.2021.