Синтез механизмов параллельной структуры с тремя степенями свободы, содержащих кинематические цепи, налагающие связи на движение выходного звена

Механизмы параллельной структуры, в частности их плоские конфигурации с тремя степенями свободы, благодаря сочетанию высокой точности, жесткости и способности воспринимать значительные эксплуатационные нагрузки представляют собой одно из важных направлений современного машиностроения. Конструктивная особенность таких механизмов заключается в наличии нескольких кинематических цепей, соединяющих неподвижное основание с выходным звеном. Их приводные цепи обеспечивают управление движением, а ограничивающие кинематические цепи формируют требуемое число степеней свободы. Такое конструктивное решение позволяет перераспределять внешние нагрузки между звеньями, повышая общую устойчивость и динамическую эффективность механизма. Одним из направлений исследования таких механизмов остаются вопросы структурного синтеза их схем. Существующие методики ограничены частными случаями, требующими специализированных решений, что снижает возможность их применения. В системах роботизированной хирургии механизмы параллельной структуры служат для обеспечения высокой точности и стабильности движений инструментов. Ограничивающие кинематические цепи позволяют выполнять манипуляции в ограниченном операционном пространстве, исключая нежелательные смещения. Механизмы с тремя степенями свободы активно применяются в медицинских симуляторах, обеспечивая реалистичное воспроизведение движений для обучения хирургов. Предложен подход к синтезу структурных схем механизмов, состоящих из нескольких приводных и одной ограничивающей кинематических цепей. Полученные результаты позволяют синтезировать все возможные структурные схемы механизмов параллельной структуры с тремя степенями свободы в соответствии с заданными начальными условиями. В перспективе можно создать атласы структурных схем, которые автоматизируют процесс выбора конфигураций, повышая эффективность проектирования.
EDN: UABATR, https://elibrary/uabatr

Литература

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

[2] Merlet J.-P. Parallel robots. Springer, 2006. 402 p.

[3] Taghirad H. Parallel robots. Mechanics and control. CRC Press, 2013. 533 p.

[4] Angeles J. The qualitative synthesis of parallel manipulators. J. Mech. Des., 2004, vol. 126, no. 4, pp. 617–624, doi: https://doi.org/10.1115/1.1667955

[5] Ceccarelli M. Fundamentals of mechanics of robotic manipulation. Springer, 2004. 312 p.

[6] Siciliano D., Khatib O., eds. Springer handbook of robotics. Springer, 2016. 2228 p.

[7] Carricato M., Parenti-Castelli V. On the topological and geometrical synthesis and classification of translational parallel mechanisms. Proc. XI World Congress in Mechanism and Machine Science, 2004, pp. 1624–1628.

[8] Glazunov V.A., Chunichin A.Yu. Development of mechanisms of parallel structure. J. Mach. Manuf. Reliab., 2014, vol. 43, no. 3, pp. 211–216, doi: https://doi.org/10.3103/S1052618814030030

[9] Masafumi O., ed. Advances in mechanism and machine science. Proceedings of the 16th IFToMM World Congress. Vol. 1. Springer, 2023. 1027 p.

[10] Gogu G. Structural synthesis of fully-isotropic translational parallel robots via theory of linear transformations. Eur. J. Mech. A Solids, 2004, vol. 23, no. 6, pp. 1021–1039, doi: https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2004.08.006

[11] Глазунов В.А., Ганиев Р.Ф., ред. Механизмы параллельной структуры и их применение. Москва-Ижевск, ИКИ, 2018. 1035 с.

[12] Глазунов В.А., Хейло С.В., ред. Новые механизмы робототехнических и измерительных систем. Москва, Техносфера, 2022. 244 с.

[13] Глазунов В.А., Диденко Е.В., Левин С.В. и др. Механизм параллельной структуры. Патент РФ 179051. Заявл. 21.12.2017, опубл. 25.04.2018.

[14] Laryushkin P., Glazunov V., Demidov S. Singularity analysis of 3-DOF translational parallel manipulator. In: Advances on theory and practice of robots and manipulators. Springer, 2014, pp. 47–54, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-07058-2_6

[15] Filippov G.S., Glazunov V.A., Terekhova A.A. et al. 3-DOF spherical parallel mechanism. In: AIMEE 2019. Springer, 2020, pp. 334–344, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-030-39162-1_31