eng
Выпуск #3/2016
В. Глазунов, А. Алешин, Н. Ковалева, С. Скворцов, Г. Рашоян
Перспективы развития механизмов параллельной структуры
Перспективы развития механизмов параллельной структуры
Просмотры: 2145
Рассматривается применение различных механизмов параллельной структуры (параллельные механизмы), синтезированных в Институте машиноведения им. А.А. Благонравова РАН (ИМАШ РАН). Механизмы имеют различное число степеней свободы и различное число соединительных кинематических цепей. Они предназначены для различных технических приложений.
Теги: manipulators parallel structure mechanisms simulators technological robots манипуляторы механизмы параллельной структуры технологические роботы тренажеры
Исследования механизмов параллельной структуры начались в Институте машиноведения им. А.А. Благонравова РАН в 1980-х годах с работ А.Ш. Колискора. Им была создана классификация устройств, которые были названы L-координатными схемами. В дальнейшем это направление было развито в работах А.Ф. Крайнева и В.А. Глазунова [1, 2]. Механизмы параллельной структуры обладают уникальными возможностями - конструкции на основе этих механизмов обладают повышенными показателями по нагрузочной способности, металлоемкости и точности [3, 4]. Кроме того, можно отметить простоту изготовления механизмов параллельной структуры, поскольку все кинематические цепи, как правило, имеют одинаковую архитектуру. Достоинством таких устройств является также возможность установить двигатели наиболее близко к основанию, либо непосредственно на нем, что снижает динамические нагрузки и повышает скорость движения. Данные механизмы могут найти широкое применение в качестве тренажеров, технологических и медицинских роботов, измерительных и испытательных устройств, манипуляторов для агрессивных сред. В то же время, им присущи некоторые недостатки, связанные с уменьшением рабочего объема, наличием сингулярности. Одним из примеров применения механизмов параллельной структуры является создание роботов, работающих в агрессивных средах (космос, океан, сверхзвуковой поток) (рис. 1) [5, 6]. Создание манипуляторов, предназначенных для технологических устройств производства электронной техники, также можно эффективно решить на основе механизмов параллельной структуры. Отличительной особенностью данной задачи является требование высокой точности при перемещении объекта, которая должна составлять не более 100 нм. Кроме того, нужно обеспечить отсутствие люфтов, поскольку механизм должен работать в вакууме, где возможно явление адгезии. Такие устройства можно применять также для микрохирургии. В последние годы важной задачей, вставшей перед исследователями, стала разработка хирургических манипуляторов для робот-ассистированных операций. Широко известен робот Da Vinci (рис. 2). Сам механизм весит несколько десятков килограммов и занимает пространство в пределах одного квадратного метра. Но при этом перемещает инструмент весом несколько граммов на расстояния 10ё20 см. Перспективной альтернативой могли бы стать манипуляторы параллельной структуры [7, 8], в которых приводы установлены на основании (рис. 3). Габариты и вес такого манипулятора могут быть в десятки раз меньше, чем у робота Da Vinci [9]. Для создания технологических роботов, металлообрабатывающих станков нового поколения широко применяются механизмы параллельной структуры. Ряд схем подобных механизмов, предложенных в работах [10, 11], обеспечивают достаточно высокую жесткость при отсутствии вырожденных конфигураций и наличии изоморфности. На рис. 4 представлена модель технологического робота, созданного по такой схеме на основе механизма параллельной структуры. С учетом многокритериального подхода синтезированы новые многофункциональные механизмы для технологических, испытательных, обучающих и медицинских систем, в том числе: Ф конструкции механизмов для хирургических малоинвазивных операций с различным числом степеней свободы (рис. 5); Ф тренажер для обучения водителей и испытания подвески автомобиля, разработанный на основе Ротопода с четырьмя кинематическими цепями (рис. 6). В Институте машиноведения им. А.А. Благонравова РАН (ИМАШ) разработана методика синтеза пространственных механизмов параллельной структуры на основе аппарата винтового исчисления, разработаны методы определения сингулярности рабочей зоны. Уникальные свойства механизмов параллельной структуры позволяют эффективно решать широкий круг весьма разнообразных технических проблем.
ЛИТЕРАТУРА
1. Глазунов В.А., Колискор А.Ш., Крайнев А.Ф. Пространственные механизмы параллельной структуры. — М.: Наука, 1991. 96 с.
2. Глазунов В.А., Колискор А.Ш., Крайнев А.Ф., Модель Б.И. Принципы классификации и методы анализа пространственных механизмов с параллельной структурой // Пробл. машиностроения и надежности машин. 1990. № 1. С. 41–49.
3. Merlet J.P. Parallel Robots. Kluwer Academic Publishers. 2000. 372 p.
4. Kong X., Gosselin C. Type Synthesis of Parallel Mechanisms. Springer 2007. 275 p.
5. Борозна А.Г., Глазунов В.А., Жук В.П., Колискор А.Ш., Крайнев А.Ф. и др. Пространственный механизм с шестью степенями свободы. АС СССР № 1661528, МКИ В 25J 11/00, Оп. 07.07.91, БИ № 25.
6. Глазунов В.А., Колискор А.Ш., Крайнев А.Ф., Модель Б.И. Пространственный механизм с шестью степенями свободы. АС СССР № 1733774, МКИ F 16Н 21/10. Оп. 15.05.92. БИ № 18.
7. Глазунов В.А., Шалюхин К.А., Левин С.В. Пространственный механизм // Пат. РФ № 2412798 B 25 J 1/00. Оп. 27. 02. 2011, БИ № 6.
8. Глазунов В.А., Левин С.В., Календарев А.В., Лысогорский А.Е., Шалюхин К.А. Пространственный механизм // Пат. РФ № 125118 B 25 J 1/00. Оп. 27. 02. 2012, БИ № 6.
9. Глазунов В.А., Хейло С.В. Роботы параллельной структуры — альтернатива антропоморфным роботам. Естественный и искусственный интеллект: методологические и социальные проблемы / Под ред. Д.И. Дубровского и В.А. Лекторского — М.: «Канон +» РООИ «Реабилитация», 2011. С. 201–210.
10. Глазунов В.А., Ковалев В.Е., Левин С.В., Сухоруков Р.Ю., Шалюхин К.А. Модульная робототехническая технологическая установка // Пат. РФ № 2478464. В 25J 9/00. Оп.10.04.2013. БИ № 10.
11. Ганиев Р.Ф., Касилов В.П., Глазунов В.А. Пространственный механизм // Пат. РФ № 132754. В 25J 9/00. Оп.10.04.2013. БИ № 10.
Виктор Аркадьевич ГЛАЗУНОВ—
доктор технических наук, доктор философских наук, профессор, директор ИМАШ РАН
Александр Константинович АЛЕШИН —
кандидат технических наук,
старший научный сотрудник, ИМАШ РАН
Наталья Львовна КОВАЛЕВА —
кандидат технических наук,
старший научный сотрудник, ИМАШ РАН
Сергей Александрович СКВОРЦОВ —
ведущий инженер, ИМАШ РАН
Гагик Володяевич РАШОЯН —
кандидат технических наук,
старший научный сотрудник, ИМАШ РАН
ЛИТЕРАТУРА
1. Глазунов В.А., Колискор А.Ш., Крайнев А.Ф. Пространственные механизмы параллельной структуры. — М.: Наука, 1991. 96 с.
2. Глазунов В.А., Колискор А.Ш., Крайнев А.Ф., Модель Б.И. Принципы классификации и методы анализа пространственных механизмов с параллельной структурой // Пробл. машиностроения и надежности машин. 1990. № 1. С. 41–49.
3. Merlet J.P. Parallel Robots. Kluwer Academic Publishers. 2000. 372 p.
4. Kong X., Gosselin C. Type Synthesis of Parallel Mechanisms. Springer 2007. 275 p.
5. Борозна А.Г., Глазунов В.А., Жук В.П., Колискор А.Ш., Крайнев А.Ф. и др. Пространственный механизм с шестью степенями свободы. АС СССР № 1661528, МКИ В 25J 11/00, Оп. 07.07.91, БИ № 25.
6. Глазунов В.А., Колискор А.Ш., Крайнев А.Ф., Модель Б.И. Пространственный механизм с шестью степенями свободы. АС СССР № 1733774, МКИ F 16Н 21/10. Оп. 15.05.92. БИ № 18.
7. Глазунов В.А., Шалюхин К.А., Левин С.В. Пространственный механизм // Пат. РФ № 2412798 B 25 J 1/00. Оп. 27. 02. 2011, БИ № 6.
8. Глазунов В.А., Левин С.В., Календарев А.В., Лысогорский А.Е., Шалюхин К.А. Пространственный механизм // Пат. РФ № 125118 B 25 J 1/00. Оп. 27. 02. 2012, БИ № 6.
9. Глазунов В.А., Хейло С.В. Роботы параллельной структуры — альтернатива антропоморфным роботам. Естественный и искусственный интеллект: методологические и социальные проблемы / Под ред. Д.И. Дубровского и В.А. Лекторского — М.: «Канон +» РООИ «Реабилитация», 2011. С. 201–210.
10. Глазунов В.А., Ковалев В.Е., Левин С.В., Сухоруков Р.Ю., Шалюхин К.А. Модульная робототехническая технологическая установка // Пат. РФ № 2478464. В 25J 9/00. Оп.10.04.2013. БИ № 10.
11. Ганиев Р.Ф., Касилов В.П., Глазунов В.А. Пространственный механизм // Пат. РФ № 132754. В 25J 9/00. Оп.10.04.2013. БИ № 10.
Виктор Аркадьевич ГЛАЗУНОВ—
доктор технических наук, доктор философских наук, профессор, директор ИМАШ РАН
Александр Константинович АЛЕШИН —
кандидат технических наук,
старший научный сотрудник, ИМАШ РАН
Наталья Львовна КОВАЛЕВА —
кандидат технических наук,
старший научный сотрудник, ИМАШ РАН
Сергей Александрович СКВОРЦОВ —
ведущий инженер, ИМАШ РАН
Гагик Володяевич РАШОЯН —
кандидат технических наук,
старший научный сотрудник, ИМАШ РАН
Отзывы читателей
