Para kinematyczna - Kinematic pair

Część serii na
Mechanika klasyczna
Druga zasada ruchu
Gałęzie
Podstawy
Preparaty
Główne tematy
Obrót
Naukowcy

W mechanice , A pary kinematycznej jest połączenie dwóch obiektów fizycznych , który nakłada ograniczenia na ich względnego ruchu ( kinematyki ). Niemiecki inżynier Franz Reuleaux przedstawił parę kinematyczną jako nowe podejście do badania maszyn, które zapewnia postęp w ruchu elementów składających się z prostych maszyn .

Opis

Kinematyka jest gałąź mechaniki , który opisuje ruchy z punktów , korpusy (obiektów) i układy organów (grupy obiektów) bez względu na przyczyny ruchu. Kinematyka jako dziedzina nauki jest często określana jako „geometria ruchu”. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Kinematyka .

Hartenberg & Denavit przedstawia definicję pary kinematycznej:

W kwestii połączeń między ciałami sztywnymi Reuleaux rozpoznał dwa rodzaje; nazwał je wyższymi i niższymi parami (elementów). W przypadku wyższych par oba elementy stykają się w punkcie lub wzdłuż linii, jak w łożysku kulkowym lub tarczy krzywkowej i popychacza; względne ruchy punktów zbieżnych są różne. Pary dolne to te, dla których można zwizualizować kontakt powierzchniowy, jak w przypadku połączeń kołkowych , krzyżaków , przegubów kulowych i kielichowych oraz niektórych innych; ruch względny zbieżnych punktów elementów, a tym samym ich połączeń, jest podobny, a wymiana elementów z jednego połączenia na drugie nie zmienia względnego ruchu części, jak miałoby to miejsce w przypadku wyższych par.

W kinematyce dwa połączone obiekty fizyczne, tworzące parę kinematyczną, nazywane są „ciałami sztywnymi”. W badaniach mechanizmów , manipulatorów lub robotów te dwa obiekty są zwykle nazywane „ogniwami”.

Dolna para

Dolna para jest idealnym złączem, które ogranicza kontakt pomiędzy powierzchnią w korpusie ruchomym a odpowiednią powierzchnią w korpusie nieruchomym. Dolna para to taka, w której występuje styk powierzchniowy lub powierzchniowy między dwoma elementami, np. nakrętką i śrubą, przegub uniwersalny służący do łączenia dwóch wałów napędowych.

Przypadki stawów dolnych:

  • Zawinięty R stawów lub zawiasowe połączenie wymaga linii w ruchomym korpusie pozostaje współliniowe z linią w stałej strukturze, i płaszczyzną prostopadłą do tej linii w ruchomym korpusie utrzymywać kontakt z podobnym płaszczyźnie prostopadłej w stacjonarnej ciało. Nakłada to pięć ograniczeń na względny ruch połączeń, które w związku z tym mają jeden stopień swobody .
  • Pryzmatyczne P stawów lub suwak wymaga, aby linia w ruchomym korpusie pozostaje współliniowe z linią w stałej strukturze, i płaszczyzną równoległą do tej linii w korpusie poruszającym utrzymywać kontakt z podobnym płaszczyźnie równoległej w stałym korpusie . Nakłada to pięć ograniczeń na względny ruch połączeń, które w związku z tym mają jeden stopień swobody.
  • Połączenie śrubowe lub śrubowe H wymaga nacięcia gwintów w dwóch ogniwach, tak aby między nimi był ruch obrotowy i ślizgowy. To połączenie ma jeden stopień swobody.
  • Cylindryczny C stawów wymaga linii w ruchomym korpusie pozostaje współliniowe z linią w ciele stałym. Jest to połączenie przegubu obrotowego i przesuwnego. To połączenie ma dwa stopnie swobody.
  • Uniwersalny U stawów składa się z dwóch wzajemnie prostopadłych, przecinających się szczelin zawiasowego łączenia sztywnych ogniw, których osie są nachylone do siebie.
  • Kulisty S stawów lub przegub kulisty wymaga punktu do ruchomego korpusu pozostają nieruchome w ciele stałym. To połączenie ma trzy stopnie swobody, odpowiadające obrotom wokół osi ortogonalnych.
  • Płaska stawów wymaga, aby płaszczyzna, w ruchomym korpusie utrzymywać kontakt z płaszczyzną w ciele stałym. To połączenie ma trzy stopnie swobody. Ruchoma płaszczyzna może przesuwać się w dwóch wymiarach wzdłuż stałej płaszczyzny i może obracać się wokół osi normalnej do stałej płaszczyzny.
  • Połączenie równoległoboku Pa składa się z czterech ogniw połączonych ze sobą czterema połączeniami obrotowymi w rogach równoległoboku.

Wyższe pary

Ogólnie rzecz biorąc, wyższa para jest wiązaniem, które wymaga krzywej lub powierzchni w poruszającym się korpusie, aby utrzymać kontakt z krzywą lub powierzchnią w nieruchomym korpusie. Na przykład kontakt między krzywką a jej popychaczem to wyższa para zwana przegubem krzywkowym . Podobnie styk między krzywymi ewolwentowymi, które tworzą zazębiające się zęby dwóch kół zębatych, są przegubami krzywkowymi, podobnie jak koło toczące się po powierzchni. Posiada kontakt punktowy lub liniowy.

Para do owijania/Wyższa para

Para owijanie/wyższa jest ograniczeniem, które składa się z pasów , łańcuchów i innych urządzeń. Przykładem tej pary jest koło pasowe z napędem pasowym . W tym typie, który jest bardzo podobny do wyższej pary (która ma kontakt punktowy lub liniowy), ale ma kontakt wielopunktowy...

Wspólna notacja

Kontekst

Mechanizmy, manipulatory lub roboty składają się zazwyczaj z ogniw połączonych ze sobą przegubami.  Manipulatory seryjne , takie jak robot SCARA , łączą ruchomą platformę z podstawą za pomocą pojedynczego łańcucha ogniw i przegubów. W robotyce platforma ruchoma nazywana jest „efektorem końcowym”. Wiele łańcuchów szeregowych łączy ruchomą platformę z podstawą równoległych manipulatorów , takich jak mechanizm Gough-Stewart . Poszczególne seryjne łańcuchy równoległych manipulatorów nazywane są „kończynami” lub „nogami”. Topologia odnosi się do rozmieszczenia ogniw i połączeń tworzących manipulator lub robota. Notacja połączeń to wygodny sposób definiowania topologii połączeń mechanizmów, manipulatorów lub robotów.

Skróty

Skróty złączy to: pryzmatyczne P, obrotowe R , uniwersalne U , cylindryczne C , kuliste S , równoległoboczne Pa . Aktywne lub aktywne stawy są identyfikowane przez podkreślenia, tj. P , R , U , C , S , Pa .

Notacja

Zapis połączeń określa rodzaj i kolejność połączeń tworzących mechanizm. Identyfikuje sekwencje połączeń, począwszy od skrótu pierwszego połączenia u podstawy do ostatniego skrótu przy platformie ruchomej. Na przykład, oznaczenie złącza dla seryjnego robota SCARA to RRP , co oznacza, że ​​składa się on z dwóch aktywnych przegubów obrotowych RR, po których następuje aktywny pryzmatyczny przegub P. Powtarzające się połączenia można podsumować ich liczbą; aby można było na przykład zapisać wspólną notację dla robota SCARA 2 RP . Oznaczenie połączenia równoległego mechanizmu Gough-Stewart to 6- UP S lub 6 ( UP S) wskazujące, że składa się on z sześciu identycznych szeregowych odnóg, z których każda składa się z uniwersalnego U , aktywnego pryzmatycznego połączenia P i sferycznego połączenia S. Nawiasy () obejmują stawy poszczególnych kończyn szeregowych. 

Zobacz też

Bibliografia