Структурный и параметрический синтез мехатронных устройств на базе плоских и пространственных 4R, 5R механизмов

Цель диссертационного исследования заключается в разработке мехатронного устройства на основе плоских и пространственных механизмов типов 4R и 5R, способных выполнять технологические операции, требующие реализации сложных плоскостных и пространственных траекторий. Научная новизна работы выражается в следующем: 1. Разработан алгоритм параметрического синтеза мехатронных устройств на базе пространственных механизмов 4R и 5R, основанный на выявлении зависимостей между их структурными и геометрическими параметрами. Данный подход позволил сформировать базовые конструкции для передачи вращательного движения в мехатронных системах. 2. Созданы механизмы мехатронных устройств с ненулевыми звеньями, являющимися модификациями пространственных механизмов 4R и 5R. Разработка выполнена с использованием метода проецирования поверхностей вдоль оси соответствующих шарниров звена, что расширяет возможности применения данных модификаций. 3. Предложена методика моделирования мехатронных устройств на основе модификаций пространственных механизмов 4R и 5R с учетом условий сборки ненулевых звеньев экспериментальной установки. Теоретическая значимость исследования состоит в том, что разработанный метод проектирования и предложенная математическая модель расширяют научные основы конструирования мехатронных устройств на базе пространственных механизмов. Практическая значимость определяется применением результатов работы в реальных инженерных проектах. Разработанная конструкция роботизированной установки с переменной длиной звеньев на основе плоского механизма 5R использована для реализации сложного плоскостного перемещения платформы в конструкции 3D-принтера, созданного для ООО «КА100МА». Метод проектирования ненулевых звеньев, математическая модель движения и алгоритм проектирования базовых механизмов на основе пространственных механизмов 4R и 5R нашли применение при разработке и программировании станка с ЧПУ для ООО «ФОРТУНА». Конструкция сварочного робота для обработки сферических поверхностей и рекомендации по формированию требуемой пространственной траектории применены в инжиниринговом центре «КАИ-КОМПОЗИТ». Результаты исследования, как теоретические, так и практические, внедрены в учебный процесс КГАСУ, КНИТУ-КАИ и КГЭУ. Разработанные лабораторные модели используются для изучения пространственных роботов, а предложенные методы и экспериментальная установка служат основой для проектирования роботов с закрытой кинематической цепью. Достоверность полученных научных положений, результатов и экспериментальных данных подтверждается многократной проверкой методов параметрического синтеза плоских и пространственных механизмов, строгими математическими обоснованиями, многократными экспериментальными исследованиями и обоснованностью выводов. Эффективность предложенных методик дополнительно подтверждается результатами компьютерного моделирования, созданием лабораторных образцов и разработкой экспериментальных установок.