IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

В последние десятилетия широкий интерес в теории машин вызывают так называемые платформенные механизмы, или механизмы с параллельными ветвями. Сравнительно недавно такие механизмы стали называть гексаподами. Товарный знак «гексапод» (англ. - hexapod) был зарегистрирован компанией Geodetic Technology. Гексапод (Hexapod) (от греческого слова "?ξι - exi", что означает "шесть" и слова "podos", что означает "нога") - это шестиногий робот, представляющий собой конструкцию, построенную на мехотронных модулях линейного движения, в основе которых лежат механизмы с параллельными ветвями. Т.к. положение любого тела в пространстве может быть заданно шестью координатами, то именно шестью независимыми движениями ведущих звеньев можно обеспечить их функционирование. Первый такой механизм - платформа Стюарта была запатентована в 1965г. [1].

Применительно к механизмам с параллельными ветвями очевидными являются следующие соображения [2]:

• Платформа таких механизмов есть наиболее сложное базисное звено цепи, т.е. может быть принято за τ- угольник;
• Число ветвей цепи γ определяется сложностью τ - угольника, т.е. τ = γ, при этом речь о параллельных ветвях может идти лишь в случае, когда τ ≥ 2;
• Если ветви цепи одинаковы, то число звеньев в каждой ветви n_в есть общее число звеньев цепи, кроме платформы (n - 1) отнесенное к τ, т.е. , а число кинематических пар в каждой ветви цепи , где p - общее число кинематических пар цепи.

Любая кинематическая цепь может быть описана универсальной структурной системой вида:  

где τ - число геометрических элементов (кинематических пар) наиболее сложного базисного звена цепи (τ-угольника);

n_i - число звеньев, добавляющих в цепь по i кинематических пар;

n - общее число звеньев цепи;

m - число общих связей, накладываемых на цепь (по Добровольскому В.В.);

k - класс применяемых кинематических пар.

Решение системы (1) пригодно для синтеза любых кинематических цепей, включая цепи с параллельными ветвями.

Если использовать дополнительные платформы, которым будет задаваться движения относительно первой платформы посредством кинематических ветвей (рисунок 1), то на выходном звене получится абсолютно уникальное движение. Т.о, комбинируя механизмы с параллельными ветвями и механизмы с открытой кинематической цепью, можно создавать такие механизмы, которые будут обладать более высокой точностью позиционирования, грузоподъемностью, жесткостью, по сравнению с механизмами с открытой кинематической цепью, и иметь большую рабочую зону, в отличие от параллельных механизмов.

Использование дополнительной платформы в механизмах с параллельными ветвями уже известно в мировой практике. Так, например, в Германии 16 октября 1997г. на «Three-dimensional, adjustable universal joint, for robotics, manipulators» был получен патент. Данное изобретение имеет шесть степеней свободы, и предназначено для использования в устройствах обработки, роботах, хирургических инструментах или аналогичных устройствах [3].

Библиографический список:

1. Steward D. A platform with six degrees of freedom // Proc. Inst. Mech. Eng. 1965 . Vol.180, pt 1, N 15. P. 371-386.
2. Дворников Л.Т. К вопросу о синтезе структур механизмов с параллельными ветвями. В кн. «Материалы девятой научно-практической конференции по проблемам машиностроения и горных машин». - Новокузнецк, 1999 с. 7-20. DE 19606521 (Prieto Doerfel Daniel), 16.10.1997, фиг. 1-2