Разработка методов синтеза и алгоритмов анализа механизмов гибридной структуры, построенных на основе открытых кинематических цепей

Механизмы гибридной структуры представляют собой механические системы, образованные кинематическими цепями параллельной и последовательной структуры. Такое сочетание кинематических цепей наделяет механизмы гибридной структуры преимуществами механизмов обоих типов, такими как высокая жесткость и точность позиционирования, значительные габариты рабочей зоны и увеличенные углы поворота выходного звена. Благодаря указанным преимуществам механизмы гибридной структуры находят применение в металлообрабатывающих комплексах, медицинском оборудовании, подъемно-транспортных системах и других роботизированных устройствах. При этом эффективность операций, выполняемых данными устройствами, зависит не только от структуры механизмов, лежащих в их основе, но также от их конструктивных параметров и параметров реализуемых ими траекторий движения. Оптимально спроектированный механизм, для которого траектории движения спланированы таким образом, что исключаются потери степеней свободы и управляемости, может значительно повысить эффективность выполняемых операций. Однако, несмотря на достоинства и широкую область применения механизмов гибридной структуры, в настоящее время систематические подходы к оптимальному проектированию и планированию оптимальных траекторий движения таких механизмов фактически отсутствуют, а существующие решения данных задач имеют частный характер. Предлагаемый проект направлен на разработку обобщенных методов оптимального проектирования и планирования оптимальных траекторий движения механизмов гибридной структуры, построенных на основе открытых кинематических цепей. Будучи продолжением Проекта 2022, посвященного структурному синтезу и анализу, кинематическим и динамическим исследованиям данного класса механизмов, настоящий проект опирается на предложенные алгоритмы и полученные результаты и нацелен на совершенствование конструктивных параметров и оптимизацию параметров траекторий движения таких механизмов. В рамках выполнения заявляемого проекта будут предложены новые методики расчета кинематических, статических и динамических показателей, характеризующих развиваемые звеньями механизма скорости и ускорения, точность позиционирования его выходного звена, близость к особым положениям, жесткость механизма и его динамическую маневренность. С помощью данных методик будут сформированы оригинальные алгоритмы оптимального проектирования и планирования оптимальных траекторий движения механизмов гибридной структуры, способные повысить эффективность работы робототехнических устройств, основанных на таких механизмах. Научная новизна проекта заключается в разработке новых методов оптимального проектирования и планирования оптимальных траекторий движения механизмов гибридной структуры, построенных на основе открытых кинематических цепей; в формировании оригинальных методов расчета кинематических, статических и динамических показателей, описывающих функциональные характеристики данных механизмов; в получении новых научных данных о значениях данных показателей для различных механизмов гибридной структуры; в разработке оригинальных алгоритмов оптимального проектирования и планирования оптимальных траекторий движения, направленных на минимизацию/максимизацию указанных показателей, с учетом заданных законов изменения внешней нагрузки; в получении новых данных о геометрических и масс-инерционных параметрах механизмов, а также о параметрах траекторий движения, соответствующих оптимально спроектированным механизмам.