機械外文文獻翻譯-運動學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計3-PPR平面平行【中文3090字】【PDF+中文WORD】

機械外文文獻翻譯-運動學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計3-PPR平面平行【中文3090字】【PDF+中文WORD】,中文3090字,PDF+中文WORD,機械,外文,文獻,翻譯,運動學(xué),分析,優(yōu)化,設(shè)計,PPR,平面,平行,中文,3090,PDF,WORD 【中文3090字】 運動學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計3-PPR平面平行機械手 紀(jì)邦崔* 機器人與控制組，智能與精密機械部，韓國機械與材料研究所，Jang Dong，Yuseong Gu，Daejeon，305-343，韓國 摘要：本文提出了一種3-PPR平面并聯(lián)機械手，其中包括三個活性柱狀節(jié)理、三個被動的柱狀節(jié)理、三個被動轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)。分析了運動學(xué)和優(yōu)化設(shè)計的機械手，對其進行了討論，提出機械手具有直接運動學(xué)的封閉式和無空隙隨著邊界的凸式空間。分析機械手的運動學(xué)和逆運動學(xué)，和逆雅可比矩陣推導(dǎo)機械手。改變旋轉(zhuǎn)限制和機械手的工作空間研究，對機械手的工作空間進行了仿真。此外，為優(yōu)化設(shè)計的機械手，機械手的性能指標(biāo)進行了研究，然后優(yōu)化設(shè)計方法是使用最小最大理論。最后，用一個例子進行了優(yōu)化設(shè)計。 關(guān)鍵詞：平面并聯(lián)機械手，運動學(xué)，雅可比矩陣，優(yōu)化設(shè)計，最大最小 1 引言 并聯(lián)機器人組成的閉環(huán)有許多優(yōu)勢，比串聯(lián)機器人有更高的精度和剛度。眾所周知，并行比串聯(lián)機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。最近一些機床已開發(fā)利用這些優(yōu)點，機械手的精細(xì)運動的全鋼載重子午線也采用并行機制，從平價等位基因機制制造單片機。并聯(lián)機器人中，平面并聯(lián)機器人是平面機械手運動。平面并聯(lián)機器人有兩個自由度（DOF）的運動；這是兩個自由度的運動和一個旋轉(zhuǎn)的運動。這眾所周知，平面三自由度并聯(lián)機器人的存在，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。解決方案的直接運動學(xué)系統(tǒng)架構(gòu)的平面并聯(lián)機器人進行了已經(jīng)提出了，但更多的控制—克里特島的解決方案和運動學(xué)分析架構(gòu)要求。大多數(shù)的3-DOF平面并聯(lián)機器人有手有缺點復(fù)雜的直接運動學(xué)多項式類型和無用的空隙小工作區(qū)以及凹型邊界。直接運動學(xué)多項式的增加，求解方程以及選擇合適的溶液變成一個巨大的負(fù)擔(dān)。此外，凹型邊界誘導(dǎo)非直從鄰居的運動邊界其他人。因此，一個并行的是很重要的機械手具有封閉式直接運動學(xué)和一個凸型空隙泰伊工作區(qū)邊緣。在本文中，一種3-PPR平面平行機器人，其中P是一個活躍的棱柱關(guān)節(jié)，提出了克服上述的缺點，即該機器人有一個封閉式直接運動學(xué)和無空隙隨著邊界的凸式空間。該機械手的運動學(xué)分析，首先直接運動學(xué)，逆運動學(xué)，該機器人逆雅可比矩陣派生的。第二，旋轉(zhuǎn)限制和工作區(qū)進行調(diào)查。同時為優(yōu)化設(shè)計該機械手的操作，性能指標(biāo)機器人進行了研究并優(yōu)化設(shè)計方法是使用最小最大值進行理論。最后，一個例子使用最佳的的設(shè)計方法。 2 對3-PPR平面描述并聯(lián)機器人 圖1顯示了由三個有源棱鏡接頭，三個被動棱柱接頭，三個被動旋轉(zhuǎn)接頭，移動板和連桿構(gòu)成的3-I> _PR平面平行機械手的示意圖。主動接頭可通過電動旋轉(zhuǎn)電機和滾珠絲杠進行運動轉(zhuǎn)換?；顒咏宇^運動的三個連桿固定在每個連桿兩端的基架上。平面制動器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。由于這個操縱器有八個剛體 圖。 1 3 _I> _PR平面噴嘴的示意圖 包括基地，九個關(guān)節(jié)共九個自由度，自由度三個;即平面上的兩個平移和一個旋轉(zhuǎn)。此外，當(dāng)操縱器的主動關(guān)節(jié)被鎖定時，操縱器的DOF變?yōu)榱?，因為九個關(guān)節(jié)只有六個DOF。在這個人之前，當(dāng)活動接頭被激活時，我的碎漿機有三個自由度，而當(dāng)活動接頭被鎖定時，它是一個靜態(tài)結(jié)構(gòu)。 3 直接運動學(xué) 該手動分配器的坐標(biāo)和幾何參數(shù)如圖1所示。 移動板是一個圓，它包含一個半徑為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。 活動的棱柱形關(guān)節(jié)可以在包含一個半徑為R的圓的外等邊三角形的邊上行進 主動關(guān)節(jié)A1為（爪，y; ），其中i = 1,2和3， 移動板具有平移的姿態(tài)，y）和從參考點0的旋轉(zhuǎn)rp。然后，無源鏈路的每個長度變?yōu)長，。 因為內(nèi)外三角是等邊的，所以三角形的角度是 圖 2直接運動學(xué)坐標(biāo)系 內(nèi)三角形的邊長為e 內(nèi)三角的傾斜度為9,通過移動板的旋轉(zhuǎn)，￠， 活動接頭的相對位移為 從等式 （5）和（6）中，長度La和L2為 另外，從等式 （7），（9）和（10），長度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中的二階多項式 等式（15）提供了閉式形式解? 從等式 （4）和（14），運動的旋轉(zhuǎn)板是 因此，移動板的平移是 可以理解的是，根據(jù)方程式，該操縱器具有至多兩個用于直接運動學(xué)的解決方案。 （16），而且等式的閉合形式解 （17）和（18） 4 反向運動學(xué)和逆雅可比 圖3顯示了一種用于描述3-P_P PR平行手動分配器的反向ki nematics的坐標(biāo)系。 當(dāng)移動板的中心從原點O移動到平移（x，y）和旋轉(zhuǎn)￠的0'時，板B的頂點; 表示為 并且i = I，2，3。有源棱鏡關(guān)節(jié)的起點0; 由原點0離開。只要U; 和v 是軸線辛i和t i的單位矢量，它們是活動棱柱形接頭的軸線，頂點B的坐標(biāo)，由占有項表示; t i是 因此，活動棱柱關(guān)節(jié)的位置是 圖3逆運動學(xué)坐標(biāo)系 方程的直接分化 （22）相對于姿勢（x，y，￠>）得出如下的“Jacobian J-1”： 方程的逆雅可比元素 （23）沒有sam巳維度。 對應(yīng)于平移的前兩列是無量綱的，而對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)的最后一列具有長度的尺寸。 通過使第三列無量綱，通過（Byun，1997）獲得具有無量綱元素的均勻反Jacobian. 5.旋轉(zhuǎn)極限和工作空間 移動板的移動受到連桿和旋轉(zhuǎn)接頭之間的干擾的限制。 圖。 圖4示出了具有順時針（a）和逆時針（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，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平面平行機械手的移動板從初始旋轉(zhuǎn)的界限為±5Jr / 6。 圖4旋轉(zhuǎn)極限 假設(shè)每個活動關(guān)節(jié)可以沿著等邊三角形的側(cè)面移動，從三角形的中心到活動關(guān)節(jié)的垂直距離R。 如圖2所示，活動關(guān)節(jié)的移動范圍為2T R然后，移動板的中心位置可以在旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)只有一些旋轉(zhuǎn)中達到位置空間（271或可達到 旋轉(zhuǎn)“ange”（27）中的完全可旋轉(zhuǎn)的位置空間，前者被稱為可到達的工作空間，后者是一個靈巧的工作空間，圖5顯示了當(dāng)r / R為0.3'0時，可達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到的工作空間，隨著r / R的增加，可達到的空間稍微增加，但是靈巧的工作空間也減少了，同時也顯示了工作空間 不含任何空隙，而且它們具有凸型的邊界。 6.本地業(yè)績指標(biāo)使用 逆雅可比 逆Jacobian提供了關(guān)于并聯(lián)機械手的運動學(xué)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量的信息。 在這個pap町，操縱性，電阻率。 并且使用逆雅可比的各向同性被認(rèn)為是該并行機械手的性能指標(biāo)操作性。 這是與奇異性的距離（中村，1991）。 評估運動質(zhì)量，如操縱器的關(guān)節(jié)速度（Yoshikawa'1990）。 也就是說，操縱器的配置越遠(yuǎn)離奇點，操縱器移動越快操縱性越小，表示在機械手的配置附近有奇異點。 因此，它具有最大的可操縱性。 平行機械手的操縱性由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板的位置無關(guān)。 但僅依賴于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)機械手在薩=士π/ 2處具有單一配置。電阻率Wr評估關(guān)節(jié)力，并由可操縱性的倒數(shù)定義如下 電阻率對應(yīng)于力傳遞比，其是單位操作負(fù)載的致動器容量（Lee at al“2001”）。 從一個機制的堅固性的角度來說，“大”的主觀性是首選。 然而，在單一配置附近，電阻率突然增加，并且該機制具有重要的意義，在這種配置下不會發(fā)生故障。 因此，機械的設(shè)計必須考慮到可操縱性和電阻率之間的折中。 對應(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。 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）。各向同性評估工作空間質(zhì)量，并喜歡像形狀即團結(jié)的球體。 圖6顯示了在r / R = 0.5時相對于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。 在這項研究中，i / 1由方程 （27）和α受限制