Схема гексапода

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Ижевский государственный  технический университет»

Факультет «ЭПиГН»

Кафедра «Экономика предприятия»

 

 

 

 

 

 

Реферат

По дисциплине «Основы проектирования и конструирования»

На тему: «ГЕКСАПОДЫ»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил

студент гр. 6-51-2:                                                                   Ахмедьянова А. Э.

Проверил

преподаватель:     Турыгин А.Б.

 

Ижевск, 2012

Гексаподы

В настоящее  время в машиностроении актуальной является задача разработки технологических машин для выполнения механической обработки внутренних поверхностей полостей сложной формы, например, внутренних каналов охлаждаемых лопаток турбин для авиационной и космической техники. В технологии катастроф необходимы машины для организации доступа к внутренним объемам разрушенных зданий и сооружений. Аналогичные задачи возникают также, при проведении ремонтных и восстановительных работ в трубопроводах, при проведении ряда хирургических операций и т.д.

Обычно для  решения перечисленных задач  используются традиционные манипуляторы, представляющие собой последовательное соединение звеньев, не использующих механизмы с параллельной кинематикой. Такие манипуляторы имеют низкий показатель грузоподъемности, низкую точность позиционирования рабочего органа, относительно низкую жесткость.

Одним из эффективных  способов преодоления указанных  недостатков является использование  в качестве звеньев манипулятора механизмов с параллельной кинематикой. Можно выделить следующие основные преимущества таких манипуляторов:

• лучшая грузоподъемность;
• высокая точность позиционирования рабочего органа;
• более высокая жесткость системы;
• высокие скорости и ускорения рабочего органа;
• высокая степень унификации мехатронных узлов.

Однако манипуляторы параллельной кинематики обладают и  рядом недостатков:

• меньшее рабочее пространство;
• более сложная конструкция механизма;
• очень сложное математическое описание;
• анизотропия и неоднородность динамических, упругих и скоростных свойств манипулятора;
• возможность потери управляемости в некоторых конфигурациях манипулятора;
• возможность интерференции (соприкосновения) отдельных кинематических цепей манипулятора;
• использование не прямоугольного (нелинейного) базиса;
• сложность задания движений манипулятора в обобщенных координатах, связанных со степенями подвижности манипулятора.

В настоящее  время машины на базе механизмов параллельной кинематики широко применяются в  качестве вибрационных стендов, тренажеров, измерительных комплексов, позиционирующих устройств, манипуляторов и микроманипуляторов, металлорежущего оборудования.

Наиболее известным примером механизма с параллельной кинематикой  является платформа Гафа-Стюарта, которая  состоит из двух пластин, шарнирно соединенных шестью поступательными кинематическими парами. При изменении длины этих пар происходит пространственное перемещение верхней пластины относительно нижней.

Многосекционный робот-манипулятор  типа «хобот» можно построить  на основе платформы Гафа-Стюарта, когда в качестве основания следующей секции используется подвижная платформа предыдущей секции.

Отметим, что хобот слона  состоит из примерно 40 тыс. мускулов и, с одной стороны, позволяет  слону поднимать огромные грузы, а, с другой стороны, чувствителен к  малейшим прикосновениям.

Альтернативой устройствам на основе механизмов параллельной кинематики могут являться устройства на основе механизмов параллельно-перекрестной структуры. В этом случае между несколькими  кинематическими цепями, расположенными по принципам параллельной структуру, располагаются перекрестные кинематические цепи, содержащие приводы или налагающие связи. Рассмотрение механизмов параллельно-перекрестной структуры, как основы для построения манипуляторов типа «хобот», выходит за рамки данной работы.

Гексапод с шестью степенями  свободы. В качестве звеньев манипуляторов четвертого типа будем рассматривать механизм параллельной кинематики типа «гексапод», который состоит из неподвижного основания, подвижной платформы и шести штанг, каждая из которых состоит из двух полуштанг и активной поступательной кинематической пары (привода) – рис.1.

 

Рисунок 1 - Схема гексапода

- карданные шарниры;

- сферические шарниры;

1,2,…,6 – поступательные  кинематические пары.

Впервые кинематика гексапода была описана в работе Гауфа в 1956 г. На рисуноке 2 показана схема механизма, на рисуноке 3 практическая реализация схемы – многоцелевой фрезерный станок OKUMA PM-600.

Типичный  гексапод выполнен на базе шести механизмов поступательного перемещения, представляющих собой, например, шариковые винтовые передачи ШВП. Для изменения их длины служат регулируемые электроприводы. Контроль за величиной перемещения осуществляется датчиками положения. Одним концом штанга шарнирно соединена с основанием, а другим (также шарнирно) - с подвижной платформой, на которой установлен рабочий орган, например, мотор-шпиндель. Управляя вылетом штанг по программе, можно управлять положением шпинделя по шести координатам: X,Y,Z и тремя углами поворота.

Рисунок 2 - Принципиальная схема станка-гексапода

 

Рисунок 3 - Японский обрабатывающий центр OKUMA PM-600

Таблица 1 - Элементы компоновки

 

Наиболее  вероятные области использования:

• обработка литейных форм и матриц, лопаток турбин и других деталей с пространственно-сложной формой;
• шлифование и заточка режущих инструментов с пространственным профилем;
• автоматическая сборка и сварка;
• лазерная, плазменная и струйная обработка;
• обработка кристаллов и ювелирных изделий.

Примеры структурных  схем гексаподов приведены на рис. 4.

Рисунок 4 - Структуры гексаподов с горизонтальной (а) и вертикальной (б) осями вращения шпинделя фирмы «Ingersolb»

1 — несущая  конструкция;

2 — рычаг  управляемой длины;

3 — двигатель;

4 — рабочая  платформа;

5 — электрошпиндель; 

6 — рабочий  стол;

7 — режущий  инструмент;

8 — каркас;

9 — шарнир

Перед современным  машиностроением стоят задачи создания эффективного металлорежущего оборудования, обладающего высокой производительностью, надежностью и точностью. Значительно  повысить эти характеристики позволяет  металлорежущее оборудование на базе механизмов с параллельной кинематикой (в дальнейшем станки на базе МПК, «гексаподы»). Станки «гексаподы» позволяют производить шести координатную обработку поверхностей. Высокое ускорение рабочего органа достигается за счет незначительности перемещаемых масс. Замкнутая кинематическая цепь обеспечивает более высокую жесткость всей конструкции и меньшие нагрузки на каждый привод, это в свою очередь приводит к повышению точности позиционирования рабочего органа. Простейшим примером является платформа Стюарта изображенная на Рис 5.

 

Рисунок 5 -  Станок на базе механизма с параллельной кинематикой - "Гексапод"

 

Список  использованной литературы

1. Афонин В.Л., Крайнев А.Ф. - Обрабатывающее оборудование нового поколения - Концепция – 2001;
2. Корендясев А. И. - Манипуляционные системы роботов - 1989 ч.1;
3. Корендясев А. И. - Манипуляционные системы роботов - 1989 ч.2;
4. www.3e-club.ru