| Часть серии по |
| Классическая механика |
|---|
Кинематическая пара представляет собой связь между двумя физическими объектами , что накладывает ограничения на их относительном перемещении. Франц Рило представил кинематическую пару как новый подход к изучению машин [1], который обеспечил прогресс по сравнению с движением элементов, состоящих из простых машин . [2]
Описание [ править ]
Кинематика является филиалом классической механики , которая описывает движение из точек , тела (объекты) и системы органов (группы объектов) без учета причин движения. [3] Кинематика как область исследования часто упоминается как «геометрия движения». [4] Подробнее см. Кинематика .
Хартенберг и Денавит [5] представляют определение кинематической пары:
Что касается связи между твердыми телами, Рило различал два вида; он назвал их высшими и низшими парами (элементов). В более высоких парах два элемента находятся в контакте в точке или вдоль линии, как в шарикоподшипнике или дисковом кулачке и толкателе; относительные движения совпадающих точек различны. Нижние пары - это пары, для которых можно визуализировать контакт по площади, например, в штифтовых соединениях, крейцкопфах , шаровых соединениях и некоторых других; относительное движение совпадающих точек элементов и, следовательно, их звеньев аналогично, и обмен элементами от одного звена к другому не изменяет относительное движение частей, как это было бы с более высокими парами.
В кинематике два связанных физических объекта, образующих кинематическую пару, называются "твердыми телами". При изучении механизмов , манипуляторов или роботов эти два объекта обычно называют «связями».
Нижняя пара [ править ]
Нижняя пара - это идеальное соединение, которое ограничивает контакт между поверхностью в движущемся теле и соответствующей поверхностью в неподвижном теле. Нижняя пара - это пара, в которой происходит контакт поверхности или площади между двумя элементами, например гайкой и винтом, универсальным шарниром, используемым для соединения двух гребных валов.
Случаи нижних суставов:
- Вращательное R сустав или шарнирный сустав, требует линий в двигающемся теле , чтобы оставаться коллинеарным с линией в неподвижном корпусе, а плоскость , перпендикулярная к этой линии в двигающемся теле поддерживать контакт с аналогичной перпендикулярной плоскостью в неподвижном тело. Это накладывает пять ограничений на относительное движение звеньев, которое, следовательно, имеет одну степень свободы .
- Призматический Р совместный или слайдер, требует , чтобы линия в двигающемся теле остается коллинеарной с линией в неподвижном корпусе, и плоскость , параллельный эту линию в двигающемся теле поддерживать контакт с аналогичной параллельной плоскостью в неподвижном корпусе . Это накладывает пять ограничений на относительное движение звеньев, которое, следовательно, имеет одну степень свободы.
- Резьбовое соединение или спиральный Н сустав требует нарезать резьбу в двух звеньях, так что есть поворотное, а также скользящее движение между ними. Этот сустав имеет одну степень свободы.
- Цилиндрический С суставом требует , чтобы линия в двигающемся теле остается коллинеарной с линией в неподвижном корпусе. Это комбинация поворотного шарнира и скользящего шарнира. Этот сустав имеет две степени свободы.
- Универсальные U сустав состоит из двух пересекающихся, взаимно ортогональных книзу суставов , соединяющих жестких звенья, оси которых наклонены друг к другу.
- Сферический S сустав или шаровой шарнир требует , чтобы точка двигающегося тела остается неподвижной в неподвижном теле. Этот шарнир имеет три степени свободы, соответствующие поворотам вокруг ортогональных осей.
- Планарный сустав требует , чтобы плоскость , в двигающемся теле поддерживать контакт с плоскостью , в фиксированном теле. Этот сустав имеет три степени свободы. Движущаяся плоскость может скользить в двух измерениях вдоль фиксированной плоскости и может вращаться по оси, перпендикулярной фиксированной плоскости.
- Соединение параллелограмма Pa состоит из четырех звеньев, соединенных вместе четырьмя поворотными шарнирами в углах параллелограмма.
Высшие пары [ править ]
Как правило, пара более высокого уровня - это ограничение, которое требует, чтобы кривая или поверхность в движущемся теле поддерживала контакт с кривой или поверхностью в неподвижном теле. Например, контакт между кулачком и его толкателем представляет собой более высокую пару, называемую кулачковым шарниром . Точно так же контакт между эвольвентными кривыми, которые образуют зубья зацепления двух шестерен, представляют собой кулачковые соединения, как и колесо, катящееся по поверхности. Он имеет точечный или линейный контакт.
Оберточная пара / Высшая пара [ править ]
Пара обертка / верхняя часть - это ограничение, которое включает ремни , цепи и другие подобные устройства. Шкив с ременным приводом является примером этой пары. В этом типе, который очень похож на более высокую пару (которая имеет точечный или линейный контакт), но имеет многоточечный контакт ...
Совместная запись [ править ]
Контекст [ править ]
Механизмы, манипуляторы или роботы обычно состоят из звеньев, соединенных между собой шарнирами. Последовательные манипуляторы , такие как робот SCARA , соединяют движущуюся платформу с базой с помощью единой цепи звеньев и соединений. В робототехнике движущаяся платформа называется "конечным эффектором". Множественные последовательные цепи соединяют движущуюся платформу с основанием параллельных манипуляторов , таких как механизм Гофа-Стюарта . Отдельные последовательные цепочки параллельных манипуляторов называются «конечностями» или «ногами». Топология относится к расположению звеньев и соединений, образующих манипулятор или робота. Совместное обозначение - удобный способ определения совместной топологии механизмов, манипуляторов или роботов.
Сокращения [ править ]
Соединения обозначаются сокращениями: призматический P, поворотный R , универсальный U , цилиндрический C , сферический S , параллелограмм Pa . Активированные или активные суставы обозначаются подчеркиванием, т. Е. P , R , U , C , S , Pa .
Обозначение [ править ]
Обозначение шарниров определяет тип и порядок соединений, образующих механизм. [6] Он определяет последовательность сочленений, начиная с аббревиатуры первого сочленения в основании до последней аббревиатуры на движущейся платформе. Например, совместное обозначение серийного робота SCARA - RRP , что указывает на то, что он состоит из двух активных поворотных шарниров RR, за которыми следует активный призматический P- шарнир. Повторные суставы можно суммировать по их количеству; так что совместное обозначение для робота SCARA также может быть записано, например, 2 RP . Совместное обозначение параллельного механизма Гофа-Стюарта - 6-U P S или 6 (U P S).Это указывает на то, что он состоит из шести идентичных последовательных конечностей, каждая из которых состоит из универсального U-образного , активного призматического P и сферического S- шарнира. Круглые скобки () заключают суставы отдельных последовательных конечностей.
См. Также [ править ]
- Механизм (инженерия)
- Манипулятор (устройство)
- Тяга (механическая)
Ссылки [ править ]
- ^ Рело Ф., 1876 кинематики машин, (пер. И прокомментированы ABW Кеннеди), перепечатана Довер, штат НьюЙорк (1963)
- ^ AP Usher, 1929, История механических изобретений, Издательство Гарвардского университета, (перепечатано Dover Publications 1968).
- ^ Томас Уоллес Райт (1896). Элементы механики, включая кинематику, кинетику и статику . E и FN Spon. Глава 1.
- ^ Рассел С. Hibbeler (2009). «Кинематика и кинетика частицы». Инженерная механика: Динамика (12-е изд.). Прентис Холл. п. 298. ISBN 0-13-607791-9.
- ^ RS Hartenberg и J. Denavit (1964) Кинематический синтез связей , стр 17-18, Нью-Йорк: McGraw-Hill.
- ^ Крейг, Джон (2005). Введение в робототехнику . п. 71. ISBN 0-13-123629-6.
- Hartenberg, RS & J. Denavit (1964) Кинематический синтез связей , стр. 17,18, Нью-Йорк: McGraw-Hill, онлайн-ссылка из Корнельского университета .
