ПРОЕКТИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ПЛАТФОРМЫ СТЮАРТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ 3D ТЕХНОЛОГИЙ

Игнатенко А.В., аспирант,

Чуйков Р.С., к.т.н., доцент,

Московский университет СИНЕРГИЯ, г. Москва, Россия

Курасов Д.А., к.т.н., доцент

Тюменский государственный университет, г. Тюмень, Россия

         Аннотация. Гексапод, широко известный как платформа Стюарта, является типом параллельного манипулятора с шестью степенями свободы, что позволяет ему выполнять широкий спектр движений с высокой степенью точности и грузоподъемности, что находит отражение в разнообразии применений. Для дальнейшего улучшения и расширения его функциональных возможностей критически важным является глубокий анализ и усовершенствование его технических характеристик, включая применение современных 3D технологий.

         Ключевые слова: платформа Стюарта, гексапод, 3D технологии, проектирование и анализ.

         В проектировании мехатронных систем критическую роль играет анализ кинематических и динамических характеристик мобильной платформы. Эффективность этих систем значительно возрастает при тщательной оптимизации геометрии, параметров подвески, длины поддерживающих элементов и распределения точек крепления шарниров. Целью такой оптимизации является расширение эксплуатационных возможностей платформы за счет увеличения ее рабочего пространства и снижения риска сингулярных положений. Помимо этого, для повышения точности позиционирования и обеспечения системной устойчивости необходимо учитывать массу платформы, максимально допустимую нагрузку и инерционные свойства системы.

         Для улучшения возможностей платформы Стюарта [1], нужно создавать специализированные устройства и захваты, настроенные на выполнение разнообразных операций. Таковыми могут быть захваты, предназначенные для обращения с хрупкими предметами, устройства для выполнения микроскопических работ или датчики для определения разных величин среды. Сочетание с технологиями VR и AR предоставит пользователю более естественный контроль над платформой и возможность наглядно отслеживать результаты ее функционирования.

         Необходимо акцентировать внимание на разработке ПО, так как создание интуитивно понятных программных интерфейсов, которые дадут возможность даже пользователям без обширных знаний в робототехнике осуществлять сложные программируемые манипуляции и траектории движения, представляет собой ключевую задачу. Применение технологий машинного обучения и AI для усовершенствования траекторий движения и адаптации к новым условиям операционной среды будет способствовать повышению производительности и точности.

         В области материаловедения употребление инновационных материалов, например, композиционных материалов, способствует уменьшению массы конструкций при одновременном увеличении их устойчивости к деформациям. Прогресс в области аддитивного производства и технологии 3D-печати обеспечивает возможность воплощения сложных проектов с высокой степенью детализации при сокращении расходов и времени на проектирование, что делает возможным скоростное прототипирование.

         Трехмерное моделирование (CAD и  CAE) представляет собой технически сложную и критически важную часть в проектировании и анализе платформы Стюарта. К подобным программным продуктам можно отнести системы SolidWorks, CATIA, Siemens NX и т.д. Использование моделирования позволяет получить точную визуализацию кинематических, динамических и объемных характеристик платформы, в том числе нагрузок и крутящих моментов.

         Перспективным направлением для проектирования механических систем [2-3], в том числе платформы Стюарта является применение алгоритмов машинного обучения [4-5] и интерфейсов искусственного интеллекта. Эти технологии обеспечивают разработку адаптивных, самоуправляемых систем, которые могут эффективно анализировать данные и принимать решения в реальном времени.

Литература

         1. Терехин, Н. А. Система управления манипулятором с шестью степенями свобод. Платформа Гью-Стюарта / Н. А. Терехин, Т. В. Камленок // Решетневские чтения. – 2010. – Т. 1. – С. 334-335.

         2. Бессепараторный роликовый подшипник качения: пат. РФ № 2331000. / Г. Ю. Волков, Д. А. Курасов. -Опубл. 10.08.08; Бюл. № 22.

         3. Грешняков, П. И. Совершенствование пневматической системы управления платформы Стюарта / П. И. Грешняков // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). – 2016. – Т. 15, № 1. – С. 151-162.

         4. Kurasov D.A. Digital technologies Industry 4.0 // CEUR Workshop Proceedings. - 2021. - 2843. 

         5. Kurasov D.A. Computer-aided manufacturing: Industry 4.0 // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2021. - Vol. 1047. - P. 012153.