Выбор рациональных геометрических связей для схемы пространственного манипулятора Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 621.01

П.Д. Балакин, P.D. Balakin: e-mail: tmm@mail.ru *А. Х. Шамутдинов, A.H. Shamutdinov, e-mail: 1972id@list.ru Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia

*Омский автобронетанковый инженерный институт, г. Омск, Россия * Omsk Tank-Automotive Engineering Institute, Omsk, Russia

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ ДЛЯ СХЕМЫ ПРОСТРАНСТВЕННОГО МАНИПУЛЯТОРА

RATIONAL CHOICE FOR GEOMETRIC PATTERNS OF SPATIAL RELATIONS ROCKER

Описан выбор рациональных геометрических связей механических систем, в частности, оригинальной части пространственного манипулятора, для исключения возникновения избыточных связей, влекущих за собой ошибки положения механизма, которые вызывают дополнительное динамическое нагружение звеньев и связей.

This article describes the rational choice of geometric constraints of mechanical systems, in particular, the original part of the spatial manipulator for exclusion of redundant constraints entailing position error mechanism that cause additional dynamic loading units and constraint.

Ключевые слова: манипулятор, связи, алгебраический метод С.Н. Кожевникова, подвижность механизма, самоустанавливающийся подшипник, рациональная структура

Keywords: manipulator, communication, algebraic method S.N. Kozhevnikov, motility mechanism, self-aligning bearing, rational structure

Как известно, реальные механические системы, помимо традиционно общих, всегда учитываемых параметров протяженности и вещественности, характеризуются так называемыми реальными параметрами, которые имеют различную физическую природу. Реальные параметры вызывают неопределенности и ошибки механических систем. Корректировка состава связей конкретной механической системы для достижения определенности базирования всех звеньев, исключения контурных и локальных связей, а также решения прямой задачи структурного синтеза схем механизмов с оптимальной структурой могут быть проведены на основе алгебраического метода, разработанного С.Н. Кожевниковым и построенного на учете двух факторов: заданных подвижности механизма и преобразования исходного вида движения в необходимое выходное движение [1].

Для примера, рассмотрим оригинальную часть пространственного манипулятора [2, 3], реализующую угловые движения вокруг осей X и Y и поступательное перемещение вдоль оси Z за счет сложения двух встречных вращений [4] (рис. 1).

В шарнирном соединении d номинально необходимая подвижность равна единице. По формуле для пространственной связи подвижного звена (рис. 2), подвижность будет:

W = 6n-5p5 = 61-5 2 = - 4,

т.е. для исключения избыточных связей кинематической цепи необходимо добавить пять движений. Сделав замену, по рис. 2, двух кинематических пар пятого класса - одной третьего, а другую - второго класса, получим комбинацию связей на рис. 3. Тогда подвижность будет:

W= 61 - 50 - 40 - 31 - 2 1 - 0 = 1

Фрагмент пространственного манипулятора на рис. 4 и рис. 5 имеет рациональную структуру.

Ъ "

Л

X

Рис. 1. Схемное решение пространственного манипулятора: 1 - поворотный стол; 2 - наклонная платформа; 3 - опорно-поворотное устройство; 4 - установочное звено (рабочий стол); а, Ь, с - приводные устройства (гидроцилиндры, шарико-винтовая передача);

d - шарнирное соединение платформ.

Таким образом, техническое решение реального пространственного манипулятора с промежуточным звеном и оптимальной структурой должно предусматривать использование в качестве одной из промежуточных пар вместо традиционной одноподвижной пары кинематического соединения, разрешающего пять движений, что в принципе может быть технически реализовано, когда любая пара, например А, исполняется самоустанавливающимся подшипником скольжения или качения, а в опоре В такой подшипник имеет дополнительное линейное движение (рис. 3).

Рис. 2. Схема со связями V класса

А

Рис. 4. Схема манипулятора с рациональным выбором

Рис. 3. Схема с рациональным выбором связей

Рис. 5. Схема манипулятора с рациональным выбором связей в пространстве

с

2

1

В

Библиографический список

1. Кожевников С.Н. Теория механизмов и машин. - М. : Высшая школа, 1973.

2. Балакин П. Д. Схемное решение механизма пространственного манипулятора / П. Д. Балакин, А. Х. Шамутдинов // Омский научный вестник. - 2012. - № 2 (110). - С. 65-70.

3. Пат. № 120599 Российская Федерация, МПК В25Л/00. Пространственный механизм / Балакин П.Д., Шамутдинов А.Х. ; заявитель и патентообладатель Ом. гос. техн. ун-т . - № 2011153160/02, 26.02.2011. Опубл. 27.09.2012, Бюл. № 27.

4. Люкшин, В. С. Теория винтовых поверхностей в проектировании режущих инструментов / В. С. Люкшин. - М. : Машиностроение, 1967. - 372 с.