數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含3張CAD圖】

數(shù)控臥式鏜銑床機(jī)械手運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含3張CAD圖】【需要咨詢購買全套設(shè)計(jì)請加QQ1459919609】圖紙預(yù)覽詳情如下： 附錄 1 外文譯文清華科技ISSN 1007 - 0214 06/18 pp269 - 275第 12 卷,第 3 號,2007 年 6 月最優(yōu)運(yùn)動設(shè)計(jì)的一個(gè)二自由度平面并聯(lián)機(jī)械手吳軍，李鐵民，劉辛軍，王立平制造工程研究所，精密儀器和機(jī)械學(xué)系，清華大學(xué)，北京 100084,中國摘要：封閉了優(yōu)化設(shè)計(jì)的運(yùn)動學(xué) 2 自由度平面并聯(lián)機(jī)械手的解決方案?；诠ぷ骺臻g提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)。與此同時(shí)，一個(gè)全球性的，全面介紹了空調(diào)指數(shù)評估運(yùn)動設(shè)計(jì)。最好的并聯(lián)機(jī)械手是納入一個(gè)五自由度混合機(jī)工具包括一個(gè)二自由度旋轉(zhuǎn)機(jī)頭和一個(gè)長移動工作臺。結(jié)果表明，平面并聯(lián)機(jī)械手的基礎(chǔ)試機(jī)工具可以成功地用于機(jī)葉片和導(dǎo)葉的水力渦輪機(jī)。關(guān)鍵詞:平面并聯(lián)機(jī)械手; 全球調(diào)節(jié)指數(shù);混合機(jī)工具介紹并行機(jī)制能夠非?？焖俸蜏?zhǔn)確的運(yùn)動，具有較高的平均剛度，且特征是在他們的工作空間，具有較低的慣性,可以操縱重載荷比串行、同行。因此,并行機(jī)制在為平臺的計(jì)算機(jī)數(shù)控加工的同時(shí)也被眾多研究者全面研究和制造。高夫斯圖爾特的該是最受歡迎的平行運(yùn)動機(jī)配置，當(dāng)并聯(lián)運(yùn)動機(jī)床首次開發(fā)。并應(yīng)用在機(jī)器人技術(shù)社區(qū)易感性的范圍，從高速操縱 【1】 來力扭矩傳感 【2】 。但是高夫斯圖爾特平臺對制造業(yè)的應(yīng)用程序也有一些缺點(diǎn)，比如它的相對小的有用的工作區(qū), 復(fù)雜的直接運(yùn)動學(xué)和設(shè)計(jì)困難。并聯(lián)機(jī)構(gòu)少于 6 自由度是相對容易的設(shè)計(jì)及其運(yùn)動學(xué)可以用封閉的形式描述。因此，并行機(jī)械手少于 6 自由度，特別是 2 或 3 自由度,已經(jīng)越來越引起關(guān)注 【3-5】 。而在 2 個(gè)或 3 個(gè)平移自由度扮演重要角色的行業(yè)里，平行機(jī)械手能夠適用于并聯(lián)機(jī)器 【6】 挑選和地方應(yīng)用 【7】 和其他領(lǐng)域。大多數(shù)現(xiàn)有的 2 自由度平面平行機(jī)械手是著名的五桿機(jī)構(gòu)，用的是棱鏡執(zhí)行機(jī)構(gòu)或外卷的致動器 【8、9】 。這機(jī)械手輸出是平移運(yùn)動的一種點(diǎn)和末端效應(yīng)器取向不能保持不變。 運(yùn)動學(xué)設(shè)計(jì)方法的一個(gè)關(guān)鍵部分是平行機(jī)制運(yùn)動的設(shè)計(jì)理論。優(yōu)化設(shè)計(jì)可以基于不同評估標(biāo)準(zhǔn)，括剛度 【10】 、敏捷、或一個(gè)全球調(diào)節(jié)指數(shù) 【11、12】 。因此,沒有一個(gè)是被廣泛接受的設(shè)計(jì)方法。黃等、艾爾 【13】 ，提出了一種混合的方法基于調(diào)節(jié)指數(shù)。而 Liu X J【14】 給了一個(gè)全球剛度索引類似全球調(diào)節(jié)指數(shù)。本文描述了一個(gè)平面并聯(lián)機(jī)械手的分析。機(jī)械手的兩個(gè)平移自由度不同，從傳統(tǒng)的五桿機(jī)構(gòu)在一個(gè)平行四邊形結(jié)構(gòu)用在每個(gè)鏈的運(yùn)動學(xué)進(jìn)行了分析，得到一個(gè)最佳的運(yùn)動設(shè)計(jì)。盡量減少全局,全面調(diào)節(jié)指數(shù)，結(jié)果給最優(yōu)鏈路長。一個(gè)五自由度混合機(jī)工具的開發(fā)是由一個(gè)串并聯(lián)結(jié)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)械手結(jié)合 1自由度平移工作臺和一個(gè)二自由度旋轉(zhuǎn)銑頭。為制造企業(yè)混合機(jī)工具使用平面并聯(lián)機(jī)械手一直用磨葉片和導(dǎo)葉的水力渦輪表明混合機(jī)工具是合適的。1、結(jié)構(gòu)描述二自由度并聯(lián)機(jī)械手的圖 1 所示。這個(gè)機(jī)制是由一個(gè)龍門框架,一個(gè)移動的平臺,兩個(gè)主動滑塊,兩個(gè)運(yùn)動鏈。每個(gè)鏈建設(shè)作為一個(gè)平行四邊形。按照設(shè)計(jì),機(jī)械手是在約束一個(gè)平行四邊形鏈接和另一個(gè)單一的鏈接的足夠移動平臺,擁有 2 平移自由度。兩個(gè)平行四邊形鏈被用來增加剛度,使結(jié)構(gòu)對稱。收到:2006-06-02;修訂:2006-08-21*國家自然科學(xué)基金資助的中國(第 50305016 號)和國家高科技研究和振(863)計(jì)劃的中國(Nos。2004 aa424120 和 2005 aa424223)*電子郵件:litmmail.tsinghua.edu.cn;電話:86-10-62792792 圖 1 運(yùn)動學(xué)模型運(yùn)用 P1 and P2(見圖 1)被添加到機(jī)制來提高負(fù)載能力和加速度的致動器。獨(dú)立驅(qū)動的滑塊由兩個(gè)伺服電機(jī)在列上沿著導(dǎo)軌滑動安裝在列,因此移動平臺由純粹的平移運(yùn)動在一個(gè)平面組成。2、運(yùn)動學(xué)和奇異性2.1 逆運(yùn)動學(xué)因?yàn)檫\(yùn)動的兩個(gè)鏈接的每個(gè)運(yùn)動鏈?zhǔn)窍嗤钠叫兴倪呅谓Y(jié)構(gòu),鏈模型可以簡化為一個(gè)鏈接 A i Bi( i= 1, 2)見圖 1?；鴺?biāo)系 O-xy 附加到基地以其 y 軸垂直通過的中點(diǎn)。一個(gè)移動的坐標(biāo)系統(tǒng)O-xy 是固定在移動平臺。r Ai和 r Bi分別是位置向量 Ai和 Bi的接頭位置的。2 r 是移動平臺寬度和兩列。位置矢量的起源 O與關(guān)于這個(gè)坐標(biāo)系 o-xy 被定義為r O= x y T (1) 位置矢量 Ai 的位置在 O - x y是r A1= r 0 T (2)r A2= r 0 T (3)然后這個(gè)位置向量 Ai 在基坐標(biāo)系 O- xy 可以表示為rAi =rO+ r Ai (4)各關(guān)節(jié)的位置矢量 Bi 位置在 O-xy 是RB1= r y1T (5)RB2= r y2T (6)因此,約束方程關(guān)聯(lián)第 i 運(yùn)動鏈可以寫成rAi-rBi=li ni, i=1, 2b (7)在 l,n 表示長度和鏈接的單位向量,分別。以 2 規(guī)范雙方的 Eq。(7)給了(8) 2121 )(Rrxly(9) 2為配置圖 1 所示,逆運(yùn)動學(xué)正解(10) 212)(Rrxly(11) 2從方程式。(10) 和(11),該解決方案直接運(yùn)動學(xué)的機(jī)械手可以表示為(12)為配置見圖 1,“”Eq。(12)應(yīng)該只有“-”。方程(7)-(12) 表明,直接和逆運(yùn)動學(xué)的機(jī)械手可以描述在封閉形式。2.2 奇點(diǎn)分析以衍生品的 Eq。(10) 和 Eq。(11)關(guān)于時(shí)間給了胡軍(吳軍)et al:最優(yōu)運(yùn)動設(shè)計(jì)的一個(gè)二自由度平面 271(14) (15)方程(14)和(15)可以重新排列在矩陣形式 (16)在 J 是雅可比行列式表示為(17)因?yàn)槠娈愋詫?dǎo)致?lián)p失的可控制性和退化的自然剛度的操縱者,他們必須避免在任務(wù)的工作區(qū)。奇點(diǎn)可以分為直接運(yùn)動學(xué)奇異點(diǎn),逆運(yùn)動學(xué)奇異性,結(jié)合奇異性 15,可以區(qū)分機(jī)械手的雅可比行列式。當(dāng)其中一個(gè)鏈接是水平的,機(jī)械手逆運(yùn)動學(xué)的經(jīng)驗(yàn)奇點(diǎn)。直接運(yùn)動學(xué)奇異點(diǎn)時(shí)發(fā)生的一個(gè)鏈接鏈和一個(gè)鏈接的其他鏈?zhǔn)枪簿€。因?yàn)閘1+l2 2R 結(jié)合奇異性不能發(fā)生在該機(jī)械手。圖2顯示了一個(gè)例子,每個(gè)類型的奇點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中,通過限制避免了奇異性任務(wù)的工作區(qū)。圖 2 奇異的配置3、工作空間分析工作區(qū)為二自由度平面的并聯(lián)機(jī)械手是一個(gè)區(qū)域的平面所取得的工作空間參考點(diǎn) O的移動平臺。方程(10)和(11)可以重寫為(x-r+R)2+(y-y1)2=l12 (18)(x+r-R)2+(y-y2)2=l22 (19)因此,可達(dá)工作空間的參考點(diǎn) O是交叉點(diǎn)的子工作區(qū)關(guān)聯(lián)兩個(gè)運(yùn)動鏈見圖 3。圖 3 機(jī)械手工作空間任務(wù)工作空間是一個(gè)部分的可達(dá)工作空間。在實(shí)際應(yīng)用中,這個(gè)任務(wù)的工作區(qū)通常定義為一個(gè)矩形區(qū)域的可達(dá)工作空間。讓最大限度的角度 和 ,鏈接 AiBi之間的夾角(i = 1,2)和垂直軸,用 max和 max。讓 yi,max和 yi,min代表最大和最小的位置 i-th 滑塊。當(dāng) O到達(dá)點(diǎn) Q1滑塊 B1達(dá)到下限和 的值最大,即 yi=yi,min和 = max。同樣, 當(dāng) O到達(dá)點(diǎn) Q4，即 y2 =y2,min和 = max。一個(gè)垂直的線通過 Q1與上界的可達(dá)工作空間點(diǎn) Q2。Q 3在 Q4的正上方(見圖3)。該地區(qū) Q1 Q2 Q3 Q4 然后構(gòu)成任務(wù)的工作區(qū),作為一個(gè)矩形的寬度 b 和高度 h,注明 wt。4、最優(yōu)運(yùn)動設(shè)計(jì)4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)基于工作區(qū)這個(gè)小節(jié)的目標(biāo)是確定機(jī)械手參數(shù)所需的工作區(qū)。優(yōu)化設(shè)計(jì)的范圍可以表達(dá)為:給定 r、b,和霍夫重量,確定 R,l1、l2, 總長度為的滑塊。從方程式(10),(11)和(17),機(jī)械手的性能與 Rr 但不要 R 或 r 獨(dú)立。實(shí)際上,r 應(yīng)該盡可能的小,因?yàn)檩^小的值 r 導(dǎo)致較小的機(jī)械手。通常,r 取決于軸,軸承,和工具維度在他移動平臺。因此,r 應(yīng)該是設(shè)計(jì)師給出的。 當(dāng)移動平臺到達(dá)下限,見圖 4,以下參數(shù)關(guān)系可以被獲得（20）（21）其中 d 的距離左列到左極限任務(wù)的工作區(qū)。在實(shí)際應(yīng)用中,l1 應(yīng)該等于 l2 改善系統(tǒng)性能和剛度。因此（22）272 清華大學(xué)科學(xué)與技術(shù),2007 年 6 月,12(3):269 - 275圖 4 機(jī)械手的優(yōu)化設(shè)計(jì)因此,對于 l1=l2 當(dāng)移動平臺將從 Q1 到 Q4 點(diǎn)沿 x 軸、滑動距離的滑塊在導(dǎo)軌應(yīng)(24)當(dāng)移動平臺從點(diǎn) Q4 到 Q3 傳播沿 y 方向,滑動距離的滑塊(25) 因此,總旅程的滑塊(26)因?yàn)閮?yōu)化設(shè)計(jì)基于任務(wù)的工作區(qū)不考慮靈巧和剛度的機(jī)械手,鏈接長度不是最優(yōu)。最優(yōu)長度的鏈4.2 全球,綜合指數(shù)條件數(shù)的雅可比行列式作為當(dāng)?shù)氐男阅苤笜?biāo)評估速度、精度和剛度映射特征變量之間的聯(lián)合和移動平臺。這個(gè)條件數(shù) 被定義為(27)在 和 是最大和最小奇異值的導(dǎo)數(shù)與給定的姿勢有關(guān)。和 可以由求解特征方程I 代表一個(gè)單位矩陣的訂單 2。這里研究了并聯(lián)機(jī)械手,(28)在和因?yàn)?K 隨機(jī)制配置,一個(gè)總體的能指標(biāo)作為績效測量的最優(yōu)運(yùn)動設(shè)計(jì),（29）注意,本身不能充分描述總體的整體運(yùn)動學(xué)性能由于其無法描述之間的差異的 最大值與最小值。黃 et al7。提出了一種全局,綜合條件指數(shù)為目標(biāo)函數(shù)在運(yùn)動設(shè)計(jì)。目標(biāo)函數(shù)可以表示為（30）在和 max()和 min()代表最大值與最小值的 K 在任務(wù)工作空間和 w 代表重量放在的比率到。和 可以計(jì)算的數(shù)值（31）在 的價(jià)值評估在節(jié)點(diǎn)(m,n)(m1)(n 1)同樣網(wǎng)狀的 Wt。5、應(yīng)用程序5.1 XNZD2415混合機(jī)工具一個(gè)二自由度平面并聯(lián)機(jī)械手結(jié)合工作臺有一個(gè)平移自由度在 z 軸和一個(gè)銑頭和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度約 x 軸和 z 軸的創(chuàng)建一個(gè)五自由度混合串并聯(lián)機(jī)床(XNZD2415)。與雙軸銑頭,該工具可以獲得任何想要的取向在任務(wù)工作空間,它的高靈活性可以自由移動的工作臺沿 z 軸,使機(jī)床制造長的工件。任務(wù)的工作區(qū) Wt的并聯(lián)機(jī)械手設(shè)計(jì)為一個(gè)長方形 b = 1600 毫米寬度和 h = 1000 毫米高。機(jī)械手也有 max = 80, min = 10,r = 75 毫米。奇點(diǎn)理論分析表明,并聯(lián)機(jī)械手的奇異性不能發(fā)生任務(wù)工作空間。最優(yōu)設(shè)計(jì)基于任務(wù)的工作區(qū)結(jié)果在 R = 1217.4 毫米。然后通過計(jì)算最小化目標(biāo)函數(shù) 其他設(shè)計(jì)參數(shù)。圖 5 表明, 有最小值 1.916 當(dāng) L1 = 2060 毫米為w= 0.1?；?Eq。(26),它可以被獲得為 2345.2 毫米。圖 5 為不同鏈接 最小化長度條件數(shù)的雅可比行列式的并聯(lián)機(jī)械手在機(jī)床是圖 6 所示。條件數(shù)的分布是對稱的 x 軸。良好的運(yùn)動性能是通過平衡和 之間的矛盾。機(jī)床是由清華大學(xué)在中國軋機(jī)一系列葉片和導(dǎo)葉的水力透平發(fā)電機(jī)組并應(yīng)用在哈爾濱電機(jī)有限公司。原型圖 7 所示。 圖 6 條件數(shù)的雅可比行列式的 XNZD2415 機(jī)床圖 7 XNZD2415 混合機(jī)工具5.2 XNZD2430 重型機(jī)床XNZD2415 之后成功的應(yīng)用在對各種加工任務(wù),哈爾濱電機(jī)有限公司需要一個(gè)混合機(jī)工具機(jī)非常大的葉片和導(dǎo)葉的水力渦輪機(jī)發(fā)電機(jī)組。當(dāng)時(shí)另一個(gè)重型機(jī)床(XNZD2430)建基于二自由度并聯(lián)機(jī)械手。新的類似于第一個(gè)機(jī)在結(jié)構(gòu)與一個(gè)更大的 XNZD2430 新工作區(qū)和一些其他的包括修改兩個(gè)額外的蓋表固定的列和一個(gè)輔助盤固定在頂部的銑頭。雙方的蓋表聯(lián)系輔助托盤覆蓋著薄銅板。輔助盤接觸兩個(gè)蓋板和幻燈片之間的銑頭動作。因此,覆蓋表限制變形的銑頭和提高機(jī)床剛度正常的平面機(jī)械手運(yùn)動。四個(gè)括號也添加到新機(jī)床提高剛度。 兩個(gè)額外的非旋轉(zhuǎn)銑頭被設(shè)計(jì)來取代二自由度銑頭,安裝在側(cè)面或底部的移動平臺。這種重型機(jī)床是那么一個(gè)三自由度的機(jī)器可以機(jī)縱向或橫向。Wt 任務(wù)的工作區(qū)在新的并聯(lián)機(jī)械手別被設(shè)計(jì)為一個(gè)長方形寬度 b = 3000毫米和高度 h = 1800 毫米與 max =,min =。這個(gè)機(jī)械手不能達(dá)到奇異 con形狀在任務(wù)的工作區(qū)。最優(yōu)設(shè)計(jì)基于任務(wù)的工作區(qū)結(jié)果在 R = 2342.5 毫米 有最小值 l1= 3550毫米,當(dāng) w= 0.1?？梢詮?Eq 決定。(26)。主要設(shè)計(jì)參數(shù)表 1 中列出。表1的結(jié)果XNZD2430試機(jī)優(yōu)化工具參數(shù) 數(shù)值l1 3550 mm l2 3550 mm r 550 mm 4010.7 mm 1.99 的分布為優(yōu)化設(shè)計(jì)顯示在圖 8。分布表明,條件數(shù)也是對稱所以 x 軸和運(yùn)動性能是最優(yōu)的。 圖8條件數(shù)的雅可比行列式的XNZD2430機(jī)床機(jī)床的 XNZD2430 顯示在圖 9 是由清華大學(xué)正在很快的建造與機(jī)床的動力學(xué)和控制胡軍(吳軍)et al:最優(yōu)運(yùn)動設(shè)計(jì)的一個(gè)二自由度平面 275的測試。圖9 XNZD2430機(jī)床的原型6 、結(jié)論運(yùn)動學(xué)設(shè)計(jì)的一個(gè)二自由度平面并聯(lián)機(jī)械手已被調(diào)查。調(diào)查顯示如下。(1) 兩列之間的距離通常是通過優(yōu)化設(shè)計(jì)基于工作區(qū)。(2) 一個(gè)全球性的,綜合性能指標(biāo),包括均值和條件數(shù)的范圍的雅可比行列式在任務(wù)工作空間,可以用來有效地優(yōu)化運(yùn)動設(shè)計(jì)。(3) 平面并聯(lián)機(jī)械手建立機(jī)床被成功用于機(jī)葉片和導(dǎo)葉的水力渦輪機(jī)。另一個(gè)重型機(jī)床基于并聯(lián)機(jī)械手被建立更大的加工任務(wù)。參考文獻(xiàn)1 Beqon P, Pierrot F, Dauchez P. 模糊滑?？刂频目焖俨⑿袡C(jī)器人。在:IEEE 機(jī)器人與自動化國際會議上,1995:1178 1183.2 Ferraresi C, Pastorelli S, Sorli M, Zhmud N. 靜態(tài)和動態(tài)行為的高剛度 Stewart 平臺力/力矩傳感器。機(jī)器人系統(tǒng)雜志,1995,12(12):883 893.3 吳 J,李 T M,唐 XQ:魯棒軌跡跟蹤控制的一個(gè)平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)。j .清華大學(xué)(Sci。&工藝。),2005 年,45(5):642 - 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