Сферический механизм для сканирования объемных пространств

Сферические механизмы параллельной структуры получили широкое применение в различных отраслях, Их используют для ориентации объектов в пространстве или обработке сферических поверхностей, в медицине для проектирования и в протезах как искусственный сустав, а также в реабилитационных устройствах. Предложен новый сферический механизм параллельной структуры с тремя степенями свободы, предназначенный для сканирования объемных пространств. Новый механизм обладает повышенной жесткостью, грузоподъемностью и точностью позиционирования. Компактность и простота конструкции делают его востребованным в условиях растущего спроса на высокоточные и гибкие робототехнические системы. Решены прямая и обратная задачи о положениях синтезированного механизма, рассмотрен частный случай с полярной системой координат. Исследована рабочая зона нового механизма с учетом ограничений, накладываемых звеньями.
EDN: IJQNRZ, https://elibrary/ijqnrz

Литература

[1] Taunyazov T., Rubagotti M., Shintemirov A. Constrained orientation control of a spherical parallel manipulator via online convex optimization. IEEE/ASME Trans. Mechatron., 2018, vol. 23, no. 1, pp. 252–261, doi: https://doi.org/10.1109/TMECH.2017.2774245

[2] Callegari M., Carbonari L., Palmieri G. et al. Parallel wrists for enhancing grasping performance. In: Grasping in robotics. Springer, 2013, pp. 189–219, doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4471-4664-3_8

[3] Bai S. Optimum design of spherical parallel manipulators for a prescribed workspace. Mech. Mach. Theory, 2010, vol. 45, no. 2, pp. 200–211, doi: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2009.06.007

[4] Nhan N.H.K., Tung V.D., Kheylo S. et al. Oscillations and control of spherical parallel manipulator. Int. J. Adv. Robot. Syst., 2019, vol. 16, no. 3, doi: https://doi.org/10.1177/1729881419846394

[5] Lahdiri C., Saafi H., Mlika A. et al. Optimal design of a new redundant spherical parallel manipulator with an unlimited self-rotation capability. Robotica, 2025, vol. 43, no. 1, pp. 300–315, doi: https://doi.org/10.1017/S0263574724001851

[6] Lahdiri C., Saafi H., Mlika A. Working mode study of a new spherical parallel manipulator with an unlimited self rotation capability. In: New advances in mechanisms, transmissions and applications. Springer, 2023, pp. 171–179, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-29815-8_17

[7] Pacheco Quiñones D., Maffiodo D. et al. Joint path planning of the quasi-spherical parallel manipulator. In: Advances in Italian mechanism science. Springer, 2024, pp. 242–248, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-64553-2_28

[8] Скворцова В.А., Абдуллин Р.Р., Степанова А.А. Оптимизация параметров и структуры параллельного сферического манипулятора. Компьютерные исследования и моделирование, 2023, т. 15, № 6, с. 1523–1534, doi: https://doi.org/10.20537/2076-7633-2023-15-6-1523-1534

[9] Walia K., Navaraj W., Breedon P. Generatively optimised compact 3-DoF spherical parallel manipulator with tightly integrated actuators. Front. Mech. Eng., 2025, vol. 11, art. 1629405, doi: https://doi.org/10.3389/fmech.2025.1629405

[10] Djennane M., Eddine Chehaidia S., Yakoub C. et al. Design, analysis, and implementation of a 3-DOF spherical parallel manipulator. IEEE Access, 2024, vol. 12, pp. 52837–52850, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2024.3386549

[11] Gong Z., Ning C., Liang J. et al. Design, modeling and analysis of a spherical parallel continuum manipulator for nursing robots. IEEE ICRA, 2024, pp. 17431–17437, doi: https://doi.org/10.1109/ICRA57147.2024.10610046

[12] Kong X., Jin Y. Type Synthesis of 3-DOF multi-mode translational/spherical parallel mechanisms with lockable joints. Mech. Mach. Theory, 2016, vol. 96–2, pp. 323–333, doi: 10.1016/j.mechmachtheory.2015.04.019.

[13] Soltanov S., Roberts R. Design of a novel bio-inspired three degrees of freedom (3DOF) spherical robotic manipulator and its application in human–robot interactions. Robotics, 2025, vol. 14, no. 2, art. 8, doi: https://doi.org/10.3390/robotics14020008

[14] Güzin D., Gezgin E. Development of a spherical parallel manipulator for brain surgery applications: preliminary study on the dynamic analysis and verification. Robotica, 2022, vol. 40, no. 10, pp. 3726–3750, doi: https://doi.org/10.1017/S0263574722000522

[15] Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. Москва, Наука, 1988. 640 с.