КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 23-29-00789

НазваниеРазработка методов синтеза и анализа механизмов параллельной структуры, имеющих кинематическую и приводную избыточность

РуководительЛарюшкин Павел Андреевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2024 г.

Конкурс№78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-107 - Мехатроника и робототехника

Ключевые словаСтепень свободы, кинематическая и приводная избыточность, механизм, манипулятор, робот, проектирование, кинематический анализ, рабочее пространство, особое положение

Код ГРНТИ55.30.03

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Современный уровень проведения технологических операций подразумевает высокую степень автоматизации производственных процессов. Это позволяет создавать конкурентоспособную продукцию, концентрируя при этом человеческие ресурсы на проблеме постоянного совершенствования технологий, сокращая выполнение монотонных и однообразных операций, ошибки в которых могут существенно снижать качество производимой продукции. Основой автоматизации является внедрение в технологические линии робототехнических комплексов. В свою очередь базовым элементом большинства робототехнических комплексов является электромеханическая система – механизм или манипулятор. Одним из достаточно перспективных с прикладной точки зрения классов механизмов является класс механизмов параллельной структуры. Данные механизмы применяются для проведения высокоскоростных операций (сортировка, упаковка и т.п.), в операциях, требующих высокую жесткость в сочетании с возможностью реализации множества степеней свободы (авиатренажеры, устройства ориентации телескопов и т.п.), в операциях с высокой точностью и надежностью (хирургические роботы, устройства посттравматической реабилитации и т.п.). Обладая рядом важных функциональных преимуществ, подобные механизмы, конечно же, не лишены и недостатков. В частности, им свойственны относительно небольшие габариты рабочего пространства, а также наличие особых положений, при попадании в которые (а также при приближении к ним) механизм зачастую не может эксплуатироваться в связи с потерей степеней свободы или возникновении неуправляемой подвижности. Для решения данных проблем и расширения функциональных возможностей устройств, проектируемых на основе механизмов параллельной структуры, могут применяться различные способы, в частности: оптимальный структурный синтез, использование специализированных алгоритмов управления и планирования траектории, введение дополнительной обратной связи, использование дополнительных приводов или избыточной подвижности. Последние два способа является наиболее эффективным и объединены единым термином "избыточности": приводной или кинематической. В связи с этим данное исследование направлено на решение проблем проектирования и анализа механизмов параллельной структуры, имеющих избыток приводов. Исследование избыточности в механизмах параллельной структуры в настоящее время активно ведется отечественными и зарубежными учеными. Однако на сегодняшний день эти исследования носят частный характер и реализуются только для конкретных механизмов. Обобщенных подходов к решению данной проблемы, ориентированных на весь класс подобных механизмов или хотя бы некоторых групп топологий, фактически не разработано. Таким образом, разработка обозначенных методов является достаточно актуальной научной задачей с четкой перспективой практического применения. Научная новизна предлагаемого исследования заключается в получении новых методов синтеза и анализа механизмов параллельной структуры с избыточностью, в создании их ранее неизвестных архитектур с более совершенными функциональными свойствами и оптимальным строением, в получении новых данных кинематического анализа синтезированных механизмов, в исследовании их функциональных характеристик с учетом наличия особых положений и параметров рабочих пространств, а также в разработке обобщенных методов их проектирования и систематического анализа.

Ожидаемые результаты
Одним из наиболее важных ожидаемых результатов реализации предлагаемого проекта является формирование обобщённой методологии структурного синтеза и анализа механизмов с кинематической или приводной избыточностью. Несмотря на весьма продвинутые функциональные характеристики и возможность применения данных механизмов во многих практических применениях, на сегодняшний день обозначенная проблема не имеет систематического решения. В результате реализации проекта будет получена методика синтеза структур механизмов параллельной структуры, имеющих избыточное число приводов; новые аналитические зависимости, связывающие в них базовые структурные параметры - число и тип звеньев и кинематических пар; число общих наложенных связей, подвижности и приводов; новые алгоритмы проектирования механизмов; принципиально новые структурные и кинематические схемы механизмов; новые научные данные о формировании строения механизмов, включающих кинематические цепи с избыточными приводами; новые алгоритмы кинематического анализа механизмов с учетом наличия избыточности; новые алгоритмы исследования особых положений и построения рабочих пространств; их виртуальные прототипы, позволяющие изменение структуры и дизайна и последующей разработки на их основе физических прототипов. Данные результаты позволят проводить систематическое создание и комплексный анализ механизмов принципиально нового типа, применение в технике которых весьма перспективно в силу их продвинутых функциональных свойств, нереализуемых другими классами механизмов. Научную новизну предлагаемого проекта определяют: научные и методологические приемы и алгоритмы проектирования принципиально новых механизмов, базирующиеся на структурно-геометрическом синтезе и анализе связей, налагаемых кинематическими цепями; впервые созданные схемы механизмов, разработанные на основе структурного синтеза; теоретические исследования параметров механизмов на основе критериев особых положений; новые методологические приемы формирования количественной и качественной характеристик исследуемых механизмов в зависимости от их функционального назначения на основе анализа рабочих пространств; новые методы расположения приводов в кинематических цепях с разным числом степеней свободы, обеспечивающие возможность исключения особых положений или выхода из них; исследование кинематики и динамики принципиально новых механизмов. Практическая новизна предлагаемого проекта состоит: в разработке многофункциональных механизмов для применения в конкретных технологических задачах, а именно, в цифровом производстве, обучающих технологиях, машиностроении, аддитивных технологиях, роботохирургии, приборостроении, лазерных системах, прецизионных устройствах, а также в вибрационной технике. Практическая новизна результатов проекта также состоит в разработке методик исследования кинематических свойств новых механизмов; в создании натурных моделей принципиально новых технических устройств на основе синтезированных механизмов, позволяющих моделировать процесс в различных режимах; в получении алгоритмов управления разработанными механизмами; в проведении анализа их функциональных возможностей с учетом особых положений и точности; в разработке практических рекомендаций по проектированию механизмов, имеющих кинематическую и приводную избыточность. Вклад результатов проекта в развитие в экономики и социальной сферы состоит в последующем применении разработанных механизмов для повышения уровня автоматизации процессов, увеличения безопасности труда и снижения трудоемкости операций, выполняемых человеком. С учетом поставленных научных задач, методов исследования, предлагаемых для их решения, и анализа современных мировых достижений по проблемам синтеза и анализа машин, механизмов и роботов, результаты реализации предлагаемого проекта по научному содержанию и научной значимости будут соответствовать передовым мировым достижениям в области машиностроения и робототехники.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---