機(jī)械外文文獻(xiàn)翻譯-運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)3-PPR平面平行【中文3090字】【PDF+中文WORD】

機(jī)械外文文獻(xiàn)翻譯-運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)3-PPR平面平行【中文3090字】【PDF+中文WORD】,中文3090字,PDF+中文WORD,機(jī)械,外文,文獻(xiàn),翻譯,運(yùn)動(dòng)學(xué),分析,優(yōu)化,設(shè)計(jì),PPR,平面,平行,中文,3090,PDF,WORD 【中文3090字】 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)3-PPR平面平行機(jī)械手 紀(jì)邦崔* 機(jī)器人與控制組，智能與精密機(jī)械部，韓國(guó)機(jī)械與材料研究所，Jang Dong，Yuseong Gu，Daejeon，305-343，韓國(guó) 摘要：本文提出了一種3-PPR平面并聯(lián)機(jī)械手，其中包括三個(gè)活性柱狀節(jié)理、三個(gè)被動(dòng)的柱狀節(jié)理、三個(gè)被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。分析了運(yùn)動(dòng)學(xué)和優(yōu)化設(shè)計(jì)的機(jī)械手，對(duì)其進(jìn)行了討論，提出機(jī)械手具有直接運(yùn)動(dòng)學(xué)的封閉式和無(wú)空隙隨著邊界的凸式空間。分析機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)，和逆雅可比矩陣推導(dǎo)機(jī)械手。改變旋轉(zhuǎn)限制和機(jī)械手的工作空間研究，對(duì)機(jī)械手的工作空間進(jìn)行了仿真。此外，為優(yōu)化設(shè)計(jì)的機(jī)械手，機(jī)械手的性能指標(biāo)進(jìn)行了研究，然后優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是使用最小最大理論。最后，用一個(gè)例子進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：平面并聯(lián)機(jī)械手，運(yùn)動(dòng)學(xué)，雅可比矩陣，優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大最小 1 引言 并聯(lián)機(jī)器人組成的閉環(huán)有許多優(yōu)勢(shì)，比串聯(lián)機(jī)器人有更高的精度和剛度。眾所周知，并行比串聯(lián)機(jī)器人有更高的有效載荷重量比、更高的精度和較高的結(jié)構(gòu)剛度。最近一些機(jī)床已開(kāi)發(fā)利用這些優(yōu)點(diǎn)，機(jī)械手的精細(xì)運(yùn)動(dòng)的全鋼載重子午線(xiàn)也采用并行機(jī)制，從平價(jià)等位基因機(jī)制制造單片機(jī)。并聯(lián)機(jī)器人中，平面并聯(lián)機(jī)器人是平面機(jī)械手運(yùn)動(dòng)。平面并聯(lián)機(jī)器人有兩個(gè)自由度（DOF）的運(yùn)動(dòng)；這是兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)。這眾所周知，平面三自由度并聯(lián)機(jī)器人的存在，RRP，RPR，RPP，PRR，PRP，和PPR，取決于棱柱形接頭和旋轉(zhuǎn)的組合接頭，不包括PPP的組合，其中棱柱和旋轉(zhuǎn)接頭由P和R。解決方案的直接運(yùn)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)架構(gòu)的平面并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行了已經(jīng)提出了，但更多的控制—克里特島的解決方案和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析架構(gòu)要求。大多數(shù)的3-DOF平面并聯(lián)機(jī)器人有手有缺點(diǎn)復(fù)雜的直接運(yùn)動(dòng)學(xué)多項(xiàng)式類(lèi)型和無(wú)用的空隙小工作區(qū)以及凹型邊界。直接運(yùn)動(dòng)學(xué)多項(xiàng)式的增加，求解方程以及選擇合適的溶液變成一個(gè)巨大的負(fù)擔(dān)。此外，凹型邊界誘導(dǎo)非直從鄰居的運(yùn)動(dòng)邊界其他人。因此，一個(gè)并行的是很重要的機(jī)械手具有封閉式直接運(yùn)動(dòng)學(xué)和一個(gè)凸型空隙泰伊工作區(qū)邊緣。在本文中，一種3-PPR平面平行機(jī)器人，其中P是一個(gè)活躍的棱柱關(guān)節(jié)，提出了克服上述的缺點(diǎn)，即該機(jī)器人有一個(gè)封閉式直接運(yùn)動(dòng)學(xué)和無(wú)空隙隨著邊界的凸式空間。該機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，首先直接運(yùn)動(dòng)學(xué)，逆運(yùn)動(dòng)學(xué)，該機(jī)器人逆雅可比矩陣派生的。第二，旋轉(zhuǎn)限制和工作區(qū)進(jìn)行調(diào)查。同時(shí)為優(yōu)化設(shè)計(jì)該機(jī)械手的操作，性能指標(biāo)機(jī)器人進(jìn)行了研究并優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是使用最小最大值進(jìn)行理論。最后，一個(gè)例子使用最佳的的設(shè)計(jì)方法。 2 對(duì)3-PPR平面描述并聯(lián)機(jī)器人 圖1顯示了由三個(gè)有源棱鏡接頭，三個(gè)被動(dòng)棱柱接頭，三個(gè)被動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭，移動(dòng)板和連桿構(gòu)成的3-I> _PR平面平行機(jī)械手的示意圖。主動(dòng)接頭可通過(guò)電動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)和滾珠絲杠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換?；顒?dòng)接頭運(yùn)動(dòng)的三個(gè)連桿固定在每個(gè)連桿兩端的基架上。平面制動(dòng)器m的自由度（DOF）由（Merlet，2000）表示， 其中l(wèi)是剛體的數(shù)量，n是關(guān)節(jié)的數(shù)量，d1是關(guān)節(jié)i的DOF。由于這個(gè)操縱器有八個(gè)剛體 圖。 1 3 _I> _PR平面噴嘴的示意圖 包括基地，九個(gè)關(guān)節(jié)共九個(gè)自由度，自由度三個(gè);即平面上的兩個(gè)平移和一個(gè)旋轉(zhuǎn)。此外，當(dāng)操縱器的主動(dòng)關(guān)節(jié)被鎖定時(shí)，操縱器的DOF變?yōu)榱?，因?yàn)榫艂€(gè)關(guān)節(jié)只有六個(gè)DOF。在這個(gè)人之前，當(dāng)活動(dòng)接頭被激活時(shí)，我的碎漿機(jī)有三個(gè)自由度，而當(dāng)活動(dòng)接頭被鎖定時(shí)，它是一個(gè)靜態(tài)結(jié)構(gòu)。 3 直接運(yùn)動(dòng)學(xué) 該手動(dòng)分配器的坐標(biāo)和幾何參數(shù)如圖1所示。 移動(dòng)板是一個(gè)圓，它包含一個(gè)半徑為r的等邊三角形。 旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的中心位于三角形的頂點(diǎn)。 活動(dòng)的棱柱形關(guān)節(jié)可以在包含一個(gè)半徑為R的圓的外等邊三角形的邊上行進(jìn) 主動(dòng)關(guān)節(jié)A1為（爪，y; ），其中i = 1,2和3， 移動(dòng)板具有平移的姿態(tài)，y）和從參考點(diǎn)0的旋轉(zhuǎn)rp。然后，無(wú)源鏈路的每個(gè)長(zhǎng)度變?yōu)長(zhǎng)，。 因?yàn)閮?nèi)外三角是等邊的，所以三角形的角度是 圖 2直接運(yùn)動(dòng)學(xué)坐標(biāo)系 內(nèi)三角形的邊長(zhǎng)為e 內(nèi)三角的傾斜度為9,通過(guò)移動(dòng)板的旋轉(zhuǎn)，￠， 活動(dòng)接頭的相對(duì)位移為 從等式 （5）和（6）中，長(zhǎng)度La和L2為 另外，從等式 （7），（9）和（10），長(zhǎng)度L3是 取代方程式 （9） - （11） （8）派生以下等式： 可以求解方程（12）引入?yún)?shù)T如下： 代入方程 （14） （12）中，得到T中的二階多項(xiàng)式 等式（15）提供了閉式形式解? 從等式 （4）和（14），運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)板是 因此，移動(dòng)板的平移是 可以理解的是，根據(jù)方程式，該操縱器具有至多兩個(gè)用于直接運(yùn)動(dòng)學(xué)的解決方案。 （16），而且等式的閉合形式解 （17）和（18） 4 反向運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆雅可比 圖3顯示了一種用于描述3-P_P PR平行手動(dòng)分配器的反向ki nematics的坐標(biāo)系。 當(dāng)移動(dòng)板的中心從原點(diǎn)O移動(dòng)到平移（x，y）和旋轉(zhuǎn)￠的0'時(shí)，板B的頂點(diǎn); 表示為 并且i = I，2，3。有源棱鏡關(guān)節(jié)的起點(diǎn)0; 由原點(diǎn)0離開(kāi)。只要U; 和v 是軸線(xiàn)辛i和t i的單位矢量，它們是活動(dòng)棱柱形接頭的軸線(xiàn)，頂點(diǎn)B的坐標(biāo)，由占有項(xiàng)表示; t i是 因此，活動(dòng)棱柱關(guān)節(jié)的位置是 圖3逆運(yùn)動(dòng)學(xué)坐標(biāo)系 方程的直接分化 （22）相對(duì)于姿勢(shì)（x，y，￠>）得出如下的“Jacobian J-1”： 方程的逆雅可比元素 （23）沒(méi)有sam巳維度。 對(duì)應(yīng)于平移的前兩列是無(wú)量綱的，而對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)的最后一列具有長(zhǎng)度的尺寸。 通過(guò)使第三列無(wú)量綱，通過(guò)（Byun，1997）獲得具有無(wú)量綱元素的均勻反Jacobian. 5.旋轉(zhuǎn)極限和工作空間 移動(dòng)板的移動(dòng)受到連桿和旋轉(zhuǎn)接頭之間的干擾的限制。 圖。 圖4示出了具有順時(shí)針（a）和逆時(shí)針（b）的旋轉(zhuǎn)極限的該操縱器的構(gòu)造。 Assumi噸鏈接的寬度可以忽略不計(jì)，旋轉(zhuǎn)￠>被限制 假如ef> o是定義的初始旋轉(zhuǎn) 旋轉(zhuǎn)范圍（25）被修改為 得出結(jié)論，3- P_PR平面平行機(jī)械手的移動(dòng)板從初始旋轉(zhuǎn)的界限為±5Jr / 6。 圖4旋轉(zhuǎn)極限 假設(shè)每個(gè)活動(dòng)關(guān)節(jié)可以沿著等邊三角形的側(cè)面移動(dòng)，從三角形的中心到活動(dòng)關(guān)節(jié)的垂直距離R。 如圖2所示，活動(dòng)關(guān)節(jié)的移動(dòng)范圍為2T R然后，移動(dòng)板的中心位置可以在旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)只有一些旋轉(zhuǎn)中達(dá)到位置空間（271或可達(dá)到 旋轉(zhuǎn)“ange”（27）中的完全可旋轉(zhuǎn)的位置空間，前者被稱(chēng)為可到達(dá)的工作空間，后者是一個(gè)靈巧的工作空間，圖5顯示了當(dāng)r / R為0.3'0時(shí)，可達(dá)到的工作空間和靈活的工作空間 ，5，0.7和αisJf / 2，靈巧的工作空間顯示了一組可達(dá)到的工作空間，隨著r / R的增加，可達(dá)到的空間稍微增加，但是靈巧的工作空間也減少了，同時(shí)也顯示了工作空間 不含任何空隙，而且它們具有凸型的邊界。 6.本地業(yè)績(jī)指標(biāo)使用 逆雅可比 逆Jacobian提供了關(guān)于并聯(lián)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量的信息。 在這個(gè)pap町，操縱性，電阻率。 并且使用逆雅可比的各向同性被認(rèn)為是該并行機(jī)械手的性能指標(biāo)操作性。 這是與奇異性的距離（中村，1991）。 評(píng)估運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，如操縱器的關(guān)節(jié)速度（Yoshikawa'1990）。 也就是說(shuō)，操縱器的配置越遠(yuǎn)離奇點(diǎn)，操縱器移動(dòng)越快操縱性越小，表示在機(jī)械手的配置附近有奇異點(diǎn)。 因此，它具有最大的可操縱性。 平行機(jī)械手的操縱性由Wm定義 在非冗余的情況下。 可操縱性減少到 均勻逆雅可比的行列式是 從等式 （31）中，均勻逆雅可比的行列式被顯示為與移動(dòng)板的位置無(wú)關(guān)。 但僅依賴(lài)于φ和α。 此外。 決定因素在￠=α處變?yōu)榱悖碨 s =±Jr / 2。 3 E_PR平面并聯(lián)機(jī)械手在薩=士π/ 2處具有單一配置。電阻率Wr評(píng)估關(guān)節(jié)力，并由可操縱性的倒數(shù)定義如下 電阻率對(duì)應(yīng)于力傳遞比，其是單位操作負(fù)載的致動(dòng)器容量（Lee at al“2001”）。 從一個(gè)機(jī)制的堅(jiān)固性的角度來(lái)說(shuō)，“大”的主觀性是首選。 然而，在單一配置附近，電阻率突然增加，并且該機(jī)制具有重要的意義，在這種配置下不會(huì)發(fā)生故障。 因此，機(jī)械的設(shè)計(jì)必須考慮到可操縱性和電阻率之間的折中。 對(duì)應(yīng)于條件數(shù)的倒數(shù)的各向同性由最小奇異值與逆雅可比（Nakamura'199川）的最大值之比定義，定義如下（Liu at al。，2000） 當(dāng)n是逆雅可比的維數(shù)時(shí)。 可操縱性與可操縱性橢圓體的大小有關(guān)，而條件數(shù)則涉及橢圓體的形狀（Nakamura，1991）。各向同性評(píng)估工作空間質(zhì)量，并喜歡像形狀即團(tuán)結(jié)的球體。 圖6顯示了在r / R = 0.5時(shí)相對(duì)于α和薩的局部性能指標(biāo)（可操縱性，電阻率和各向同性）的模擬結(jié)果。 在這項(xiàng)研究中，i / 1由方程 （27）和α受限制