Введение к работе
Актуальность темы.
Механизмы параллельной структуры (МПС) являются перспективными объектами современного машиностроения. Эти механизмы воспринимают нагрузку подобно пространственным фермам, что определяет их повышенную точность и грузоподъемность. При заданной номинальной грузоподъемности подвижные звенья манипулятора с параллельной структурой получаются намного легче, чем звенья аналогичного промышленного робота с открытой кинематической цепью. Таким образом, жесткая структура с легкими звеньями позволяет значительно увеличить быстродействие и точность позиционирования манипулятора. Это делает привлекательным применение МПС как в высокоскоростных машинах, так и в точных станках. В последние годы наблюдается повышенный интерес к механизмам параллельной структуры (МПС) с 6-ью степенями свободы и, в частности, к триподам 3x2 (три двухприводные «ноги»).
Цель работы.
Повышение функциональных возможностей механизмов параллельной структуры путем увеличения числа степеней подвижности при уменьшении сложности решений задач кинематики (прямой и обратной задач, определение особых положений и рабочей зоны) за счет кинематической развязки движений.
Для достижения указанной цели в диссертации ставятся и решаются следующие основные задачи.
-
Проанализировать предыдущий опыт исследования и построения механизмов параллельной структуры с кинематической развязкой.
-
Разработать методику анализа трипода с поступательным движением выходного звена и сферического механизма ориентации для их использования в механизмах параллельной структуры с групповой кинематической развязкой.
-
Разработать алгоритм численного решения прямой задачи кинематики механизмов параллельной структуры без кинематической развязки.
-
Разработать методику синтеза кинематической схемы механизмов параллельной структуры с приводами на основании и полной групповой кинематической развязкой.
-
Синтезировать схемы механизмов параллельной структуры с приводами на основании и полной групповой кинематической развязкой.
-
Создать макеты триподов 3x2 как с кинематической развязкой, так и без нее, и провести опытную проверку эффекта развязки движений и существования особых положений.
Научная новизна работы.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Выведены условия связей, налагаемые кинематическими цепями, обеспечивающие полную групповую кинематическую развязку в механизмах параллельной структуры с шестью степенями свободы. В механизмах параллельной структуры с полной групповой кинематической развязкой аналитически решаются прямая и обратная задачи кинематики, и упрощается определение особых положений механизма.
Создан макет механизма параллельной структуры с полной групповой кинематической развязкой, синтезированный на основе найденных условий кинематических связей, без особых положений в рабочей зоне механизма.
Разработанный метод синтеза схемы механизма параллельной структуры с использованием карданных валов с дополнительными связями позволил получить новые схемы механизмов параллельной структуры с шестью степенями подвижности с групповой кинематической развязкой. На разработанные схемы были получены патенты.
Для механизмов параллельной структуры без кинематической развязк* разработаны новые алгоритмы и программы решения прямой задач* кинематики численным методом, базирующиеся на свойства> структуры механизмов.
Положения, выносимые на защиту.
На защиту выносятся следующие положения:
Для группы механизмов параллельной структуры с шестью степеням* свободы и полной групповой кинематической развязкой существеннс упрощены решения задачи кинематики (как обратной, так и прямой) определение границ рабочей зоны и особых положений. Это связано ( уменьшением порядка систем решаемых уравнений связи;
Метод синтеза триподов 3x2 с полной групповой кинематическое развязкой, основанный на использовании карданных валов ( дополнительными кинематическими связями. Использование одно? дополнительной связи в каждом карданном валу обусловливает необходимость наличия промежуточной платформы, использование двух связей позволяет исключить промежуточную платформу;
Разработанный на основе метода прогноза и коррекции алгоритм позволяет численно решать прямую задачу кинематики дл; механизмов параллельной структуры без кинематической развязки.
Опыты, проведенные на макетах механизмов параллельной структурь с шестью степенями свободы, показали, что в макете бе: кинематической развязки имеют место особые положения, связанные с появлением неуправляемой подвижности выходного звена. Для макета
механизма параллельной структуры с полной групповой кинематической развязкой за счет подобранных конструктивных параметров особые положения в рабочей зоне отсутствует.
Практическая значимость.
Практическая значимость определяется, во-первых, расширением опытной и теоретической базы построения механизмов параллельной структуры с шестью степенями свободы и вынесенными на основание приводами, прямая и обратная задачи кинематики которых решаются в явном виде.
Во-вторых, предложенный алгоритм численного решения задач кинематики в приложении к триподам 3x2 без кинематической развязки важен для следующих практических целей:
- управление механизмами (обратная задача кинематики);
повышение точностных характеристик за счет учета первичных ошибок изготовления и сборки (прямая задача кинематики);
определения зон особых положений (в задачах выбора параметров при проектировании механизма).
Методы, применяемые в работе.
В диссертации использовались методы линейной алгебры и аналитической геометрии, теоретической механики, теории механизмов и машин, вычислительной математики и компьютерного моделирования.
Достоверность получаемых результатов определяется использованием только общепринятых допущений, строгостью математических выкладок, проверкой результатов на основе численного моделирования различных типов механизмов параллельной структуры и исследования разработанных макетов механизмов параллельной структуры с шестью свободы.
Структура диссертации.
