基于 Arduino樹干噴涂機器人設計

基于 Arduino樹干噴涂機器人設計,基于,Arduino樹干噴涂機器人設計,arduino,樹干,噴涂,機器人,設計 附錄1 外文翻譯 并行工作空間與動態(tài)性能評估噴漆設備中的操縱器 摘要 本文所要介紹的是工作空間和PRR–PRR并聯(lián)機器人在噴涂設備中的動態(tài)性能評價。平面完全并聯(lián)機器人的功能工作空間往往是LIM 它因其機械部件之間的限制。該平面三自由度并行機械手的兩連接移動平臺的基本運動鏈可以在減少干擾性的同時仍然保持3自由度。在運動學分析的基礎上，分析了四種工作方式，并對其奇異性進行了研究。工作空間的調查和逆動力學制定使用虛功原理。動態(tài)性能評價指標的設計，理論上的最大和最小幅度的加速度矢量的移動平臺所產(chǎn)生的單位驅動力。該指標不僅可以評價機械手的加速性能，而且能反映加速性能的各向同性。進行了工作區(qū)和四種模式的動態(tài)性能在主振型的比較，確定了錐面大物體的最佳工作方式。 1、介紹 并聯(lián)機器人在學術界和工業(yè)界備受關注，因為它們在高動態(tài)和高精度結合結構的封閉運動回路[ 1 ]。并行主機在工業(yè)領域廣泛應用，如飛行模擬器[ 2 ]、并聯(lián)機床[ 3 ]和并聯(lián)運動學機器輸送機預處理和電泳車身[ 4 ]。平面并聯(lián)機器人主要用于操縱平面上的物體。一個平面被認為是一個平面機制，如果所有的移動件都在這個平面內移動，那么他們彼此間將進行平行的平面運動。平面并聯(lián)機器人作為并聯(lián)機器人的一個重要分支、，因為結構簡單等特點被廣泛應用于工業(yè)領域，例如，選擇和應用[ 5 ]，并聯(lián)機床[6,7]，和醫(yī)療設備[ 8 ]。自并聯(lián)機器人是很簡單的，也有一般并聯(lián)機器人的優(yōu)點，它們是開發(fā)噴涂設備[ 9 ]最好的備選對象。 隨著并聯(lián)機器人在機床和機器人中的應用，動態(tài)性能評價越來越受到重視。這是動態(tài)優(yōu)化的基礎設計相比于動態(tài)性能的檢測措施，動態(tài)性能的檢測措施是稀缺的。廣義慣性橢球[ 10 ]和動態(tài)可操作橢球[ 11 ]是動態(tài)可操作橢球機械手動態(tài)性能評價的兩種常規(guī)調節(jié)指標。作為廣義慣性橢球和動態(tài)可操作橢球的延伸，哈提卜[ 12 ]提出了一種帶慣性橢球研究機器人的動態(tài)性能，和 Tadokoro等人[ 13 ]提出的基于隨機間隨機動態(tài)的可操作性機械手運動的解釋，黎等[ 14 ]提出了局部和全局指數(shù)在艱難方向可操作度應該被考慮其中。亞濟德·曼蘇里和瓦里[ 15 ]提出了一種機器人智能均勻性測量，基于功率概念的機器人性能檢測措施。這項措施可以用來評估具有旋轉和平移自由度的機械手的操作。雖然這些指標可以評價機械手的動態(tài)性能，他們大多不考慮動態(tài)性能的各向同性。本文所設計的噴漆設備用復雜的表面繪制大對象。因此，噴漆設備需要頻繁的加速或減速，以提高噴涂效率。因此，對于運動性能的評價，動態(tài)性能也是必要的，特別是在所有方向的加速或減速性能。 在本文中，提出了用于噴涂機器人的三自由度并聯(lián)機器人的動態(tài)性能評價指標。該指數(shù)不僅可以評估的動態(tài)性能機械手，也能反映動力學性能的各向同性。從結構描述和運動學出發(fā)，確定了四種工作模式和工作空間。逆動力學是運用虛功原理。動態(tài)性能評價指標設計的基礎是最大和最小幅度的加速度矢量產(chǎn)生的移動平臺B 單位驅動力。比較了四種工作模式下的動態(tài)性能。本文的結構安排如下：第2節(jié)給出了結構描述和運動學。奇點與工作并聯(lián)機器人的空間在第3節(jié)研究。第4節(jié)推導的逆動力學模型，這是用來研究在第5節(jié)的動態(tài)性能。6節(jié)論述了數(shù)值模擬。結論見第7節(jié) 2、系統(tǒng)結構與運動學 2.1建筑規(guī)范 噴涂一個長有錐形表面的物體，噴漆設備至少應有五個自由度。在繪畫過程中，畫的對象可以分為兩部分各部分分別噴涂?；趪娡康倪^程，一個五自由度噴涂設備的設計，如圖1所示。噴漆設備由一個龍門架，兩個串聯(lián)并行機構和工作臺進給機構。進給工作臺可在底座上移動，被噴涂物體固定在進給工作臺上。串并聯(lián)機構可以沿龍門架上下移動。串行–并聯(lián)機構由PRR–PRR機械手和一個轉動自由度的手臂。旋轉臂連接的PRR–PRR并聯(lián)機器人運動平臺。當串并聯(lián)機構位于機架的某一位置，平行機械手的工作平面如圖1所示，工作平面與工作面相交對象的運動軌跡。同樣，當串并聯(lián)機構在不同的位置，不同的軌跡可以得到和PRR–PRR機器人任務空間得到的相似，可以認為這些軌跡與圖1所示的軌跡形狀相似。設計的PRR–PRR機械手需要滿足工作空間要求。相比三條腿連接的移動平臺的完全并聯(lián)機器人，并聯(lián)機器人有兩條腿和PRR腿有雙重的功能作為一個鏈路和致動器[16,17]。 這種妥協(xié)失去了一些剛度，減少了并行機構，增加了功能的工作空間。在本文中，工作空間和PRR–PRR的機械手的動態(tài)性能是ST 研究。 2.2 反向動力學 圖2顯示了一個并聯(lián)機器人的運動模型在繪畫設備。并聯(lián)機器人組成的導軌，兩個滑塊和，連接和,移動平臺。滑塊和是通過安裝在導軌絲杠上的兩個伺服電機驅動。連接桿是由固定在滑塊上的伺服電機進行驅動。整個結構確保了移動平臺在平面和圍繞機械手運動平面軸線的旋轉。 一個基準坐標與軸垂直放置連接到導軌的一端。移動坐標系統(tǒng)是連接在移動平臺上，同時軸能夠沿著運動平臺軸線移動。連接桿的鏈接路徑約束方程可以寫成： （1） 其中是點在坐標系中的坐標。是點在坐標系中的位置向量。是相對于坐標系的位置向量。R是從坐標系到坐標系的旋轉矩陣，，是移動平臺的旋轉角度。和是連接桿的長度和單位向量。，是連接桿的旋轉角度，。 將代入到等式（1）中，可以推導出 （2） 基于等式（1）和等式（2），可以被表達成 （3） 當一個或多個奇異值是零，直接運動奇異性的發(fā)生和運動平臺可以擁有即使在所有的致動器都在某些方向上的無窮小運動完全鎖定。這種類型的奇點發(fā)生時。 基于等式（10）， 人們可以看到，直接運動最規(guī)律時，連接桿和是共線的。如圖4所示。在工作模式1和3中，圖4（a）的配置可以在時發(fā)生。圖4（b）的配置可以發(fā)生在工作模式2和4時，。 機械手可以沿導軌和范圍移動取決于導軌的長度。因此，是獨立的。這里只研究Y和的極限工作空間。移動平臺到達上下限時，讓Y最大值和y最小值成為質量中心的y坐標。因為Y當α為特定時，可以根據(jù)α，Y和y最小值來確定。此外，α的范圍可以根據(jù)噴涂要求。然后，并聯(lián)機器人的工作空間可以被發(fā)現(xiàn)。 如圖5所示，滑塊的運動軌跡是L 1和L 2的半徑的圓，和B 1和B 2為中心。對于給定的α，y極大值等于y坐標 當連接桿是垂直的。如果α0、y 的最小值等于當連接桿與導軌平行時點的y坐標。如果α< 0，y等于y點y坐標時,連接桿和移動平臺是共線的。 當，y的最大值與最小值可由 決定。 當時，y的范圍可由決定。 當時，y的最大值與最小值可以由： 決定。 當時，y的范圍可由： 得到。 一旦長的對象與錐形表面的尺寸給定，所需的任務空間可以很容易地確定。在噴涂過程中，噴嘴應垂直于噴涂面。由于噴嘴在工作面移動平臺之間的角度是固定的，移動平臺的轉動角度范圍等于兩切線的夾角運動軌跡末端。因此，可以確定α的范圍。數(shù)值 5、動態(tài)性能評價 加速度的突然變化會引起驅動力（轉矩）的突然變化，從而降低機械手的運動精度，甚至破壞機械手。因此，可以預期的是突發(fā)變化的驅動力（矩）引起的加速機制可以盡可能小。當機械手處于一定的位置，重力是不變的。因此，動態(tài) C在動態(tài)模型中應注意加速度項。在[ 17 ]中，高速機械手的動態(tài)性能可以由ARB的程度來表示 改變加速的驅動力聯(lián)合。此外，噴漆設備具有低速。動態(tài)模型中的速度項影響不大。因此，倒代寫公式（29）中，統(tǒng)一形式忽略離心，Coriolis和引力導致： (30) 由于角加速度和線加速度具有不同的尺寸，其直接后果是慣性矩陣m的奇異值不具有物理意義。在這里，特征 2節(jié)國內長度進行M尺寸均勻的元素。Eq.（30）可以改寫為: （31） 其中： 讓成為的最大角度值和最小角度值，它們將被表達為： （32） σmax和min的σ物理意義可以解釋為最大單元和移動平臺的加速度矢量幅度最小驅動力。在一些出版物，σmax定義動態(tài)評價指標。無論σ最大或σ最小，動態(tài)性能的各向同性的不考慮。考慮到σMax和σmin與機械手的配置變化，動態(tài)性能有些方向是非常好的，在其他方向上，動態(tài)性能可能會非常糟糕。在整個工作空間的最大和最小，σ算術平均值可用于評估動態(tài)并聯(lián)機器人的性能，即： 更大的是更大的加速度產(chǎn)生的一個單位驅動力。然而，仍然不能考慮加速性能的各向同性。例如，如果有特別大或者特別小的價值，則相應的會有 其中W是工作區(qū)中的動態(tài)性能評價。平均值是在整個工作空間的。 6、數(shù)值模擬 在這部分中，工作空間和四種工作模式的動態(tài)性能進行了模擬和比較。幾何和慣性參數(shù)如表1所示。考慮到轉動并聯(lián)機器人的能力，明確。導軌的長度為4米?？紤]到奇異性和幾何約束，所有的連接桿都在一個導軌上，并且。圖6顯示了工作模式的工作空間四?？梢钥吹?，如果指定的α> 0，工作模式1和3有更大的工作空間。與此相反，模式2和4有一個更大的工作空間 當α< 0時，模式第1和第3模式更適合于具有α> 0的配置，并且模式2和4更適合與α< 0的配置。讓ΔX，Y和ΔαΔ是x，y和α 。表2顯示了工作空間比較的四種模式?？梢钥闯觯有點大范圍在模式1和3，ΔX已經(jīng)在模式2和3的范圍更大。 因為ΔX可以變大的長導軌和Y和α與x無關，主要考慮Y和α的范圍。以工作模式1為例，Y和α的范圍如圖7所示，y和α的變化范圍為0 我和?°40至1.2 m和45，分別。任務工作區(qū)是可到達工作區(qū)的一部分。基于錐面長物體的尺寸，將任務空間定義為 矩形區(qū)域。在任務空間，Y和α范圍從0.19 m和4 m到1.09m和29°。 因為Y和α是獨立的變量X，且與有關。Y和α是的關系進行了研究，當Δ= 0.7 m和α°Δ= 30。在一些出版物，σMax是用來評估的動態(tài)性能。 在這里，我和σMax進行比較，圖8顯示的是σ分布和最大為四種工作模式。從圖8可以看到，我和σMAX在工作臺上具有相似的分布隨著Y坐標的增大，加速能力變差。因此，無論是我和σ最大可以用來評價一個并聯(lián)機器人的加速性能。此外，可以看出，工作模式1具有更大的價值的是（σmax）比其他三種工作模式。這意味著工作模式1具有更好的加速能力。 圖9顯示了的四種工作模式的分布。人們可以看到，工作模式1和3有一個很大的的變化，在一個小范圍內的工作空間?？紤]到加速性能和加速性能的各向同性，工作模式1是最好的在四種工作模式中，考慮到工作空間和動態(tài)性能，工作模式1是最好的在四種模式的選擇中，在實際應用中，以工作模式1為工作模式，開發(fā)噴漆設備。 7、結論 在本文中，工作空間和動態(tài)性能評價的三自由度并聯(lián)機器人在噴涂設備進行了研究?；谶\動學，四種工作模式和問題確定AR配置。的設計的基礎上的最大和最小幅度的加速度矢量的移動平臺所產(chǎn)生的單位驅動力。不僅是 可以評估機械手的加速能力，而且也可以反映加速性能的各向同性。工作模式1和3在α> 0時有更大的工作區(qū)。工作模式2 和4有更大的工作空間時，α< 0。在四種工作模式下，隨著Y坐標的增加，加速能力變差。工作模式1和4有一個很大的。工作模式1 和3有一個很大的的變化，在一個小范圍內的工作空間?？紤]到加速性能和加速性能的各向同性，工作模式1是最好的在四種模式之中。 附錄2 外文原文