Анализ методов комбинирования и разработка программы автоматизированного синтеза пространственных 6R-механизмов для мехатронных устройств

Аннотация

Рассмотрены теоретические основы структурного синтеза пространственных шестизвенных механизмов, применяемых в мехатронных устройствах для решения технологических процессов. Приведены результаты анализа существующих методов комбинирования пространственных четырехзвенных механизмов, а также выводы и рекомендации по выбору методов их комбинирования исходя из направленностей мехатронных устройств, разработанных на основе методов комбинирования. Получены уравнения для синтеза пространственного шестизвенного механизма путем объединения двух подобных пространственных четырехзвенных механизмов и "веерного" объединения трех пространственных четырехзвенных механизмов. На основе полученных уравнений разработаны программные коды синтеза таких механизмов. Рассмотрены возможности использования программных кодов программного комплекса для автоматизированного проектирования пространственных шестизвенных механизмов КОМПАС-3D v23. Предложены рекомендации по использованию программного комплекса для проектирования мехатронных устройств, выполненных на базе пространственных шестизвенных механизмов

Работа выполнена в рамках хозяйственного договора № 526 от 11.04.2025 на тему "Разработка системы автоматизированного проектирования приводов мехатронных устройств" и при поддержке гранта Академии наук Республики Татарстан образовательным организациям высшего образования, научным и иным организациям на поддержку планов развития кадрового потенциала в части стимулирования их научных и научно-педагогических работников к защите докторских диссертаций и выполнению научно-исследовательских работ (соглашение №15/2025-ПД-КАИ от 22.12.2025)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Хабибуллин Ф.Ф. Анализ методов комбинирования и разработка программы автоматизированного синтеза пространственных 6R-механизмов для мехатронных устройств. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2026, № 3 (158), c. 120--142. EDN: JQLHEO

Литература

[1] Ассур Л.В. Исследование плоских стержневых механизмов с низшими парами с точки зрения их структуры и классификации. М., Изд-во АН СССР, 1952.

[2] Макарова Е.А., Ветлицын М.Ю., Шаронов Н.Г. Адаптивные захваты робототехнических систем. Известия ВолгГТУ, 2023, № 4, с. 57--63. DOI: https://doi.org/10.35211/1990-5297-2023-4-275-57-63

[3] Глазунов В.А. Методологические проблемы развития технических наук (на материале теории механизмов и машин). Дис. ... канд. фил. наук. Иваново, Ивановская гос. хим.-технол. акад., 1999.

[4] Глазунов В.А. Методологические проблемы теоретической робототехники. Дис. ... д-ра фил. наук. М., Институт философии РАН, 2003.

[5] Глазунов В.А., Ларюшкин П.А., Шалюхин К.А. и др. Структура, кинематика и прототипирование параллельного манипулятора с удаленным центром вращения. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2023, № 6, с. 54--61. DOI: https://doi.org/10.31857/S0235711923060081

[6] Глазунов В.А., Скворцов С.А., Ковалева Н.Л. и др. Решение задачи о скоростях и положениях для модифицированного механизма ротопода с четырьмя кинематическими цепями. Станкоинструмент, 2025, № 3, с. 68--71. DOI: https://doi.org/10.22184/2499-9407.2025.40.3.68.71

[7] Глазунов В.А., Левин С.В., Шалюхин К.А. Разработка электромеханических манипуляторов на основе постоянных магнитов. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2025, № 2, с. 70--75. DOI: https://doi.org/10.52261/023462062025270

[8] Дворников Л.Т. В доказательство состоятельности опыта структурного синтеза механизмов. Теория механизмов и машин, 2006, № 1, т. 4, с. 44--48. EDN: KZHIWR

[9] Воробьева Н.С., Несмиянов И.А., Дяшкин А.В. и др. Робототехнический комплекс для возделывания овощных культур. Известия ВолгГТУ, 2024, № 4, с. 41--44. EDN: MTXZTD

[10] Ларюшкин П.А., Хрестина А.А., Синицына Ю.В. и др. К вопросу структурного синтеза кинематических цепей сферических механизмов параллельной структуры с линейными приводами. Проблемы машиностроения и надежности машин, 2025, № 2, с. 3--11. DOI: https://doi.org/10.7868/s3034580425020012

[11] Ларюшкин П.А., Хрестина А.А., Синицына Ю.В. и др. Анализ особых положений кинематических цепей сферических параллельных манипуляторов с линейными приводами. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2025, № 7, с. 15--25. EDN: OZWYUP

[12] Ларюшкин П.А., Исполов Е.М., Долгих А.И. Решение задачи о положениях и исследование рабочей зоны плоского кинематически избыточного механизма параллельной структуры. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2023, № 11, с. 20--28. EDN: VUIBRW

[13] Коловский М.З. О некоторых направлениях модернизации курса ТММ. Теория механизмов и машин, 2003, № 1, с. 3--29. EDN: OKBAJF

[14] Жога В.В., Нелюбова А.В. Обоснование расчетной схемы динамики манипулятора параллельно-последовательной структуры с дополнительной связью. Известия ВолгГТУ, 2024, № 4, с. 60--65. EDN: OFYWSE

[15] Жога В.В., Нелюбова А.В. Кинематический синтез аналитических законов перемещений исполнительных приводов манипулятора параллельно-последовательной структуры с дополнительной связью. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2024, № 9, с. 29--36. EDN: QHQDGZ

[16] Малышев А.П. Анализ и синтез механизмов с точки зрения их структуры. Известия Томского технологического института, 1923, т. 44, № 2, с. 95.

[17] Решетов Л.Н. Конструирование рациональных механизмов. М., Машиностроение, 1972.

[18] Идрисова С.М., Марчук Е.А., Малолетов А.В. Исследование деформаций металлических башен --- опор параллельного тросового робота. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2022, № 2, с. 113--123. DOI: https://doi.org/10.52261/02346206_2022_2_113

[19] Марчук Е.А., Калинин Я.В., Иванов М.А. и др. О выборе математических моделей висячих элементов при проектировании крупногабаритного параллельного тросового робота. Известия ВолгГТУ, 2022, № 9, с. 56--62. DOI: https://doi.org/10.35211/1990-5297-2022-9-268-56-62

[20] Ветлицын М.Ю., Шаронов Н.Г., Малолетов А.В. и др. Разработка комплекса испытательных средств для исследования адаптивных реконфигурируемых структур. Проблемы машиностроения и автоматизации, 2023, № 4, с. 99--106. EDN: VNQGDK

[21] Bennett G.T. The parallel motion of Sarrus and some allied mechanisms. Philosophy Magazine, 1905, vol. 6, no. 9, pp. 803--810.

[22] Bo L., Jianzhong S., Appleton E., et al. Kinematics analysis of a 5-DOF anthropopathic arm based on Sarrus linkage. J. Mech. Eng., 2013, vol. 49, no. 3, pp. 18--23. DOI: https://doi.org/10.3901/JME.2013.03.018

[23] He X., Kong X., Chablat D., et al. Kinematic analysis of a single-loop reconfigurable 7R mechanism with multiple operation modes. Robotica, 2014, vol. 32, no. 7, pp. 1171--1188. DOI: https://doi.org/10.1017/S0263574713001197

[24] Hoover A.M., Fearing R.S. Analysis of off-axis performance of compliant mechanisms with applications to mobile millirobot design. Proc. IROS, 2009, pp. 2770--2776. DOI: https://doi.org/10.1109/IROS.2009.5354374

[25] Zhao Y., Li T., Yu X., et al. Mobility analysis of a Sarrus linkage-like 7-R single closed loop mechanism. IEEE ICRA, 2013, pp. 4171--4176. DOI: https://doi.org/10.1109/ICRA.2013.6631166

[26] Minor M., Burroughs M., Freckleton K., et al. Sarrus-based passive mechanism for rotorcraft perching. J. Mechanisms Robotics, 2014, vol. 8, no. 1, pp. 1--11.

[27] Sahai R., Srinath A., Groff R., et al. Towards a 3g crawling robot through the integration of microrobot technologies. IEEE ICRA, 2006, pp. 296--302. DOI: https://doi.org/10.1109/ROBOT.2006.1641727

[28] Zhang K., Dai J.S. Trifurcation of the evolved Sarrus-motion linkage based on parametric constraints. In: Advances in robot kinematics. Springer, 2014, pp. 345--353. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-06698-1_36

[29] Chen Y., You Z. An extended Myard linkage and its derived 6R linkage. J. Mech. Des., 2008, vol. 130, no. 5, art. 052301. DOI: https://doi.org/10.1115/1.2885506

[30] Liu K., Ma H., Liu J., et al. Geometric construction and reconfiguration analysis of multi-mode two-loop spatial mechanisms and their multi-loop extensions. Mech. Mach. Theory, 2025, vol. 213, art. 106083. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2025.106083

[31] Hu S., Li R., Kong X., et al. A dynamics-based method for determining the local finite mobility of single-loop spatial mechanisms. Mech. Mach. Theory, 2025, vol. 214, art. 106097. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2025.106097

[32] Мудров А.Г. Разработка пространственных перемешивающих устройств нового поколения, применяемых в сельском хозяйстве и промышленности. Дис. ... д-ра техн. наук. Казань, КазГСХА, 1999.

[33] Яруллин М.Г., Галиуллин И.А. Исследование механизма Брикарда с помощью алгоритмов компьютерной графики. Вестник технологического университета, 2015, т. 18, № 21, с. 137--140. EDN: VDKHPD

[34] Alizade R.I., Kiper G., Dede M.I.C., et al. Derivation of input/output relationships for the Bennett 6R linkages based on the method of decomposition. In: New advances in mechanisms, transmissions and applications. Springer, 2014, pp. 225--231. DOI: https://doi.org/10.1007/978-94-007-7485-8_28

[35] Kong X. Type synthesis of variable-DOF single-loop spatial mechanisms using Bennett 4R mechanisms and Goldberg 5R mechanisms. Mech. Mach. Theory, 2025, vol. 206, art. 105902. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2024.105902

[36] Liu K., Kong X., Yu J. Algebraic synthesis of single-loop 6R spatial mechanisms for constant velocity transmission between two adjacent parallel, intersecting or skew axes. Mech. Mach. Theory, 2024, vol. 200, art. 105725. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2024.105725

[37] Мудров А.П., Хабибуллин Ф.Ф., Пикмуллин Г.В. и др. Синтез пространственных пяти- и шестизвенных механизмов с вращательными парами по движению выходного звена. Вестник Казанского государственного аграрного университета, 2022, т. 17, № 2, с. 92--98. DOI: https://doi.org/10.12737/2073-0462-2022-92-98

[38] Пикмуллин Г.В., Мудров А.П. Использование механизма Беннетта. Современное состояние и перспективы развития технической базы агропромышленного комплекса. Науч. тр. Междунар. науч.-практ. конф. Казань, Казанский ГАУ, 2021, с. 372--379. EDN: BNVDHV

[39] Chen Z., Kong X., Zhao C., et al. Type synthesis of 3-RSR equivalent 2R1T parallel mechanisms based on screw theory. Mech. Mach. Theory, 2025, vol. 211, art. 106032. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2025.106032