omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2025-196-18-25YCROCXomna-194Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGМетодика расчёта кинематики штока двигателя поступательного движения рычажного манипулятора, движущегося в прямолинейной направляющейMethodology for calculating the kinematics of the piston rod of a translational motion engine of a lever manipulator moving in a rectilinear guidehttps://orcid.org/0000-0001-5896-7247ШамутдиновА. Х.ShamutdinovA. Kh.

Айдар Харисович Шамутдинов, кандидат технических наук, доцент (Россия), профессор, доцент кафедры

кафедра «Техническая механика» 

644098; ул. 14-й Военный Городок, 119; Омск

AuthorID (РИНЦ): 688427; ResearcherID: HLH-7822-2023

Aydar Kharisovich Shamutdinov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Professor, Associate Professor of the Department

Technical Mechanics Department

644098; 14th Voyennyy gorodok St., 119; Omsk

AuthorID (RSCI): 688427; ResearcherID: HLH-7822-2023

1972id@list.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9481-5985ЛеснякИ. Ю.LesnyakI. Yu.

Иван Юрьевич Лесняк, кандидат технических наук, доцент (Россия), заведующий кафедрой

кафедра «Машиноведение»

644050; пр. Мира, 11; Омск

ResearcherID: E-6397-2014

Ivan Yuryevich Lesnyak, Candidate of Technical Sciences, Head of the Department

Machine Engineering Technology Department

644050; Mira Ave., 11; Omsk

ResearcherID: E-6397-2014

lesnyak.ivan@gmail.comРоссийская академия естествознания; Омский автобронетанковый инженерный институтРоссияRussian Academy of Natural Sciences; Omsk Tank-Automotive Engineering InstituteRussian FederationОмский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation202530122025041825Copyright © Шамутдинов А.Х., Лесняк И.Ю., 20252025Шамутдинов А.Х., Лесняк И.Ю.Shamutdinov A.K., Lesnyak I.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/194

   Данное исследование затрагивает анализ кинематики верхнего конца штока гидроцилиндра (пневмоцилиндра, шарико-винтовой пары и др. двигателей поступательного движения), входящего в состав схемного решения рычажного манипулятора, конец ведущего штока которого перемещается по заданной прямолинейной направляющей. Определены аналитические зависимости аналогов угловых скоростей и угловых ускорений штоков механизма, в программе Mathcad 15 представлены графики этих зависимостей для частного случая при заданном горизонтальном расположении прямолинейной направляющей, проанализированы их соотношения. Предложена методика расчёта кинематики рассматриваемого рычажного манипулятора графическим методом: на основе безразмерного коэффициента изменения угловых скоростей Кω (отношение площадей треугольников), определяются угловые скорости и ускорения ведомых штоков механизма, на основе его геометрических параметров и заданной линейной скорости ведущего штока, что значительно снижает время расчета его кинематики в технологическом процессе эксплуатации механизма.

   The article deals with the analysis of the kinematics of the upper end of the hydraulic cylinder rod (pneumatic cylinder, ball screw pair, etc.), which is part of the circuit solution of a lever manipulator, the end of the leading rod of which moves along a given rectilinear guide. Analytical dependencies of the analogs of angular velocities and angular accelerations of the mechanism rods are determined. A technique for determining the kinematic characteristics of the considered lever manipulator using a graphical method is developed. Using a dimensionless coefficient of change in angular velocities (the ratio of the areas of triangles), angular velocities and accelerations of the driven rods of the mechanism are determined based on its geometric parameters and a given linear velocity of the leading rod, which significantly reduces the time of calculating its kinematics in the technological process of operating the mechanism.

рычажный манипулятордвигатель поступательного движениягидро-пневмоцилиндршарико-винтовая параспрямляющий механизмобобщённая координатаскоростьlever manipulatortranslational motion enginehydraulic-pneumatic cylinderball screw pairstraightening mechanismgeneralized coordinatespeedАвторы не имеют финансовой заинтересованности в представленных материалах и методахThe authors have no financial interest in the presented materials or methodsReferencesАртоболевский И. И. Теория механизмов и машин. 4-е изд., перераб. и доп. Москва: Наука, 1988. 640 с.Artobolevskiy I. I. Teoriya mekhanizmov i mashin [Theory of mechanisms and machines]. 4<sup>th</sup> ed., revised and supplemented. Moscow, 1988. 640 p. (In Russ.).Минин В. В., Дмитриев В. А., Азаров В. А. Эффективность бортовых кранманипуляторных установок модульного типа // Автомобилестроение: проектирование, конструирование, расчет и технологии ремонта и производства : материалы VII Всерос. науч.-практ. конф. Ижевск: Изд-во ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2023. С. 358–363. ISBN 978-5-7526-1007-3. EDN: MBLCGD.Minin V. V., Dmitriev V. A., Azarov V. A. Effektivnost’ bortovykh kranmanipulyatornykh ustanovok modul’nogo tipa [Efficiency of modular onboard crane-manipulator units]. Avtomobilestroyeniye: Proyektirovaniye, Konstruirovaniye, Raschet i Tekhnologii Remonta i Proizvodstva. Izhevsk, 2023. P. 358–363. ISBN 978-5-7526-1007-3. EDN: MBLCGD. (In Russ.).Lofgren B., Wikander J. Kinematic сontrol of redundant knuckle booms. International Journal of Forest Engineering. 2009. Vol. 20 (1). P. 22–30. DOI: 10.1080/14942119.2009.10702572.Lofgren B., Wikander J. Kinematic сontrol of redundant knuckle booms. International Journal of Forest Engineering. 2009. Vol. 20 (1). P. 22–30. DOI: 10.1080/14942119.2009.10702572.Пат. 2757969 C1 Российская Федерация, МПК A 61 B 34/37, B 25 J 13/06. Устройство управления манипуляторами роботохирургического комплекса / Рыжов С. В., Шайдуллин Ф. Х., Антонов Д. А. № 2020142473; заявл. 22. 12. 2020; опубл. 25. 10. 2021. Бюл. № 30. EDN: XEDQVN.Patent No. 2757969 C1 Russian Federation, IPC A 61 B 34/37, B 25 J 13/06. Ustroystvo upravleniya manipulyatorami robotokhirurgicheskogo kompleksa [Robotic surgical complex manipulator control device] / Ryzhov S. V., Shaydullin F. Kh., Antonov D. A. No. 2020142473 EDN: XEDQVN. (In Russ.).Замятин В. К. Технология и оснащение сборочного производства машиноприборостроения : cправ. Москва: Машиностроение, 1995. 607 c. ISBN 5-217-02596-4.Zamyatin V. K. Tekhnologiya i osnashcheniye sborochnogo proizvodstva mashinopriborostroyeniya: sprav. [Technology and equipment of assembly production of mechanical engineering : handbook]. Moscow, 1995. 607 p. ISBN 5-217-02596-4. (In Russ.).Шамутдинов А. Х., Лесняк И. Ю. Теоретическое исследование кинематических пар «тор с тором» // Омский научный вестник. 2024. № 4 (192). С. 35–43. DOI: 10.25206/1813-8225-2024-192-35-43. EDN: ARSNMN.Shamutdinov A. Kh., Lesnyak I. Yu. Teoreticheskoye issledovaniye kinematicheskikh par «tor s torom» [Theoretical study of kinematic pairs “torus with torus” based on geometric kinematics]. Omskiy nauchnyy vestnik. Omsk Scientific Bulletin. 2024. No. 4 (192). P. 35–43. DOI: 10.25206/1813-8225-2024-192-35-43. EDN: ARSNMN. (In Russ.).Корендясев А. И., Саламандра Б. Л., Тывес Л. И. [и др.]. Манипуляционные системы роботов / под общ. ред. А. И. Корендясева. Москва: Машиностроение, 1989. 472 с. ISBN 5-217-00461-4.Korendyasev A. I., Salamandra B. L., Tyves L. I. [et al.]. Manipulyatsionnyye sistemy robotov [Robotic manipulation systems] / ed. by A. I. Korendyasev. Moscow, 1989. 472 p. ISBN 5-217-00461-4. (In Russ.).Глазунов В. А., Колискор А. Ш., Крайнев А. Ф. Пространственные механизмы параллельной структуры. Москва: Наука, 1991. 95 с. ISBN 5-02-006759-8.Glazunov V. A., Koliskor A. Sh., Kraynev A. F. Prostranstvennyye mekhanizmy parallel’noy struktury [Spatial mechanisms of the parallel structure]. Moscow, 1991. 95 p. ISBN 5-02-006759-8. (In Russ.).Каменский А. Джеймс Уатт. Его жизнь и научно-практическая деятельность : биографический очерк. Москва: Директ-Медиа, 2014. 100 с. ISBN 978-5-4475-1028-2.Kamenskiy A. Dzheyms Uatt. Ego zhizn’ i nauchno-prakticheskaya deyatel’nost’ : biograficheskiy ocherk [James Watt. His life and scientific and practical activity : a biographical sketch]. Moscow, 2014. 100 p. ISBN 978-5-4475-1028-2. (In Russ.).Бурьян С. Н. «Парадоксальный» механизм П. Л. Чебышёва // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2024. Т. 24, вып. 4. С. 536–551 DOI: 10.18500/1816-9791-2024-24-4-536-551. EDN: NZJSQK.Burian S. N. “Paradoksal’nyy” mekhanizm P. L. Chebysheva [The “paradoxical” mechanism of P. L. Chebyshev]. Izvestiya Saratovskogo universiteta. Novaya seriya. Seriya: Matematika. Mekhanika. Informatika. Izvestiya of Saratov University. Mathematics. Mechanics. Informatics. 2024. Vol. 24, Issue 4. P. 536–551 DOI: 10.18500/1816-9791-2024-24-4-536-551. EDN: NZJSQK. (In Russ.).Пат. 2229641 C2 Российская Федерация, МПК F 16 H 21/00. Рычажный механизм с подвижным приводом / Дворников Л. Т., Вандышев А. В. № 2002116927/11; заявл. 24. 06. 2002; опубл. 27. 05. 2004, Бюл. № 15.Patent No. 2229641 C2 Russian Federation, IPC F 16 H 21/00. Rychazhnyy mekhanizm s podvizhnym privodom [Lever mechanism with movable drive] / Dvornikov L. T., Vandyshev A. V. No. 2002116927/11. (In Russ.).Пат. 2440525 C1 Российская Федерация, МПК F 16 H 21/00. Рычажный механизм с двойным приводом / Дворников Л. Т., Желтухин Д. В. № 2010134242/11; заявл. 16. 08. 2010; опубл. 20. 01. 2012, Бюл. № 2.Patent No. 2440525 C1 Russian Federation, IPC F 16 H 21/00. Rychazhnyy mekhanizm s dvoynym privodom [Lever mechanism with dual drive] / Dvornikov L. T., Zheltukhin D. V. No. 2010134242/11. (In Russ.).Несмиянов И. А., Карева Н. В. Геометрический синтез механизма поворота стрелы манипулятора // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 12. Ч. 1. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/12/39830 (дата обращения: 03. 04. 2025).Nesmiyanov I. A., Kareva N. V. Geometricheskiy sintez mekhanizma povorota strely manipulyatora [Geometric synthesis mechanism pivoting range of of the manipulator]. Sovremennyye nauchnyye issledovaniya i innovatsii. Modern Scientific Researches and Innovations. 2014. No. 12. Part 1. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/12/39830 (accessed: 03. 04. 2025). (In Russ.).Несмиянов И. А., Воробьёва Н. С., Турыгин П. В. Кинематические особенности погрузчика с последовательным соединением гидроцилиндров в механизме поворота стрелы // Современная техника и технологии. 2012. № 6. URL: http://technology.snauka.ru/2012/06/1157 (дата обращения: 03. 04. 2025).Nesmiyanov I. A., Vorob’yeva N. S., Turygin P. V. Kinematicheskiye osobennosti pogruzchika s posledovatel’nym soyedineniyem gidrotsilindrov v mekhanizme povorota strely [Kinematic features of a loader with a series connection of hydraulic cylinders in the boom rotation mechanism]. Sovremennyye nauchnyye issledovaniya i innovatsii. Modern Scientific Researches and Innovations. 2012. No. 6. URL: http://technology.snauka.ru/2012/06/1157 (accessed: 03. 04. 2025). (In Russ.).Хадашов М. Л., Несмиянов Л. И., Карева Н. В. Кинематический анализ механизма поворота стрелы погрузочного манипулятора // Современные научные исследования и инновации. 2020. № 7. EDN: MRPENW. URL: https://web.snauka.ru/issues/2020/07/92864 (дата обращения: 03. 04. 2025).s.).Khadashov M. L., Nesmiyanov L. I., Kareva N. V. Kinematicheskiy analiz mekhanizma povorota strely pogruzochnogo manipulyatora [Kinematic analysis of the boom rotation mechanism of the loading manipulator]. Sovremennyye nauchnyye issledovaniya i innovatsii. Modern Scientific Researches and Innovations. 2020. No. 7. EDN: MRPENW. URL: https://web.snauka.ru/issues/2020/07/92864 (accessed: 03. 04. 2025). (In Rus

The authors declare that there are no conflicts of interest present.