基于 Arduino樹干噴涂機器人設(shè)計
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附錄1 外文翻譯并行工作空間與動態(tài)性能評估噴漆設(shè)備中的操縱器摘要本文所要介紹的是工作空間和PRRPRR并聯(lián)機器人在噴涂設(shè)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(xué)分析的基礎(chǔ)上,分析了四種工作方式,并對其奇異性進(jìn)行了研究。工作空間的調(diào)查和逆動力學(xué)制定使用虛功原理。動態(tài)性能評價指標(biāo)的設(shè)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(qū)動力。該指標(biāo)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(jìn)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(xué)術(shù)界和工業(yè)界備受關(guān)注,因為它們在高動態(tài)和高精度結(jié)合結(jié)構(gòu)的封閉運動回路 1 。并行主機在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,如飛行模擬器 2 、并聯(lián)機床 3 和并聯(lián)運動學(xué)機器輸送機預(yù)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(rèn)為是一個平面機制,如果所有的移動件都在這個平面內(nèi)移動,那么他們彼此間將進(jìn)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(jié)構(gòu)簡單等特點被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域,例如,選擇和應(yīng)用 5 ,并聯(lián)機床6,7,和醫(yī)療設(shè)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(shè)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(yīng)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(chǔ)設(shè)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(diào)節(jié)指標(biāo)。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(yīng)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(zhuǎn)和平移自由度的機械手的操作。雖然這些指標(biāo)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(shè)計的噴漆設(shè)備用復(fù)雜的表面繪制大對象。因此,噴漆設(shè)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(biāo)。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(xué)性能的各向同性。從結(jié)構(gòu)描述和運動學(xué)出發(fā),確定了四種工作模式和工作空間。逆動力學(xué)是運用虛功原理。動態(tài)性能評價指標(biāo)設(shè)計的基礎(chǔ)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(qū)動力。比較了四種工作模式下的動態(tài)性能。本文的結(jié)構(gòu)安排如下:第2節(jié)給出了結(jié)構(gòu)描述和運動學(xué)。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(dǎo)的逆動力學(xué)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(jié)論見第7節(jié)2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運動學(xué)2.1建筑規(guī)范 噴涂一個長有錐形表面的物體,噴漆設(shè)備至少應(yīng)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(shè)備的設(shè)計,如圖1所示。噴漆設(shè)備由一個龍門架,兩個串聯(lián)并行機構(gòu)和工作臺進(jìn)給機構(gòu)。進(jìn)給工作臺可在底座上移動,被噴涂物體固定在進(jìn)給工作臺上。串并聯(lián)機構(gòu)可以沿龍門架上下移動。串行并聯(lián)機構(gòu)由PRRPRR機械手和一個轉(zhuǎn)動自由度的手臂。旋轉(zhuǎn)臂連接的PRRPRR并聯(lián)機器人運動平臺。當(dāng)串并聯(lián)機構(gòu)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(dāng)串并聯(lián)機構(gòu)在不同的位置,不同的軌跡可以得到和PRRPRR機器人任務(wù)空間得到的相似,可以認(rèn)為這些軌跡與圖1所示的軌跡形狀相似。設(shè)計的PRRPRR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(gòu),增加了功能的工作空間。在本文中,工作空間和PRRPRR的機械手的動態(tài)性能是ST 研究。2.2 反向動力學(xué) 圖2顯示了一個并聯(lián)機器人的運動模型在繪畫設(shè)備。并聯(lián)機器人組成的導(dǎo)軌,兩個滑塊和,連接和,移動平臺?;瑝K和是通過安裝在導(dǎo)軌絲杠上的兩個伺服電機驅(qū)動。連接桿是由固定在滑塊上的伺服電機進(jìn)行驅(qū)動。整個結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)。 一個基準(zhǔn)坐標(biāo)與軸垂直放置連接到導(dǎo)軌的一端。移動坐標(biāo)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(biāo)系中的坐標(biāo)。是點在坐標(biāo)系中的位置向量。是相對于坐標(biāo)系的位置向量。R是從坐標(biāo)系到坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣,是移動平臺的旋轉(zhuǎn)角度。和是連接桿的長度和單位向量。,是連接桿的旋轉(zhuǎn)角度,。將代入到等式(1)中,可以推導(dǎo)出 (2)基于等式(1)和等式(2),可以被表達(dá)成 (3)當(dāng)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?;诘仁剑?0), 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(dǎo)軌和范圍移動取決于導(dǎo)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(dá)上下限時,讓Y最大值和y最小值成為質(zhì)量中心的y坐標(biāo)。因為Y當(dāng)為特定時,可以根據(jù),Y和y最小值來確定。此外,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,y極大值等于y坐標(biāo) 當(dāng)連接桿是垂直的。如果0、y 的最小值等于當(dāng)連接桿與導(dǎo)軌平行時點的y坐標(biāo)。如果 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(dāng) 0的配置,并且模式2和4更適合與 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, 0。在四種工作模式下,隨著Y坐標(biāo)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(nèi)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
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