基于 Arduino樹干噴涂機(jī)器人設(shè)計

基于 Arduino樹干噴涂機(jī)器人設(shè)計,基于,Arduino樹干噴涂機(jī)器人設(shè)計,arduino,樹干,噴涂,機(jī)器人,設(shè)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(shè)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(jī)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(jī)器人的功能工作空間往往是LIM 它因其機(jī)械部件之間的限制。該平面三自由度并行機(jī)械手的兩連接移動平臺的基本運(yùn)動鏈可以在減少干擾性的同時仍然保持3自由度。在運(yùn)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(jī)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(jī)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(yùn)動回路[ 1 ]。并行主機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如飛行模擬器[ 2 ]、并聯(lián)機(jī)床[ 3 ]和并聯(lián)運(yùn)動學(xué)機(jī)器輸送機(jī)預(yù)處理和電泳車身[ 4 ]。平面并聯(lián)機(jī)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(jī)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(yùn)動。平面并聯(lián)機(jī)器人作為并聯(lián)機(jī)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(jī)床[6,7]，和醫(yī)療設(shè)備[ 8 ]。自并聯(lián)機(jī)器人是很簡單的，也有一般并聯(lián)機(jī)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(jī)器人在機(jī)床和機(jī)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(jī)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(jī)器人的動態(tài)性能，和 Tadokoro等人[ 13 ]提出的基于隨機(jī)間隨機(jī)動態(tài)的可操作性機(jī)械手運(yùn)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(jì)德·曼蘇里和瓦里[ 15 ]提出了一種機(jī)器人智能均勻性測量，基于功率概念的機(jī)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(jī)械手的操作。雖然這些指標(biāo)可以評價機(jī)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(yùn)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(jī)器人的三自由度并聯(lián)機(jī)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(jī)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(yùn)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(yùn)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(yùn)動學(xué)。奇點與工作并聯(lián)機(jī)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(yùn)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(jī)構(gòu)和工作臺進(jìn)給機(jī)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(jī)構(gòu)可以沿龍門架上下移動。串行–并聯(lián)機(jī)構(gòu)由PRR–PRR機(jī)械手和一個轉(zhuǎn)動自由度的手臂。旋轉(zhuǎn)臂連接的PRR–PRR并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動平臺。當(dāng)串并聯(lián)機(jī)構(gòu)位于機(jī)架的某一位置，平行機(jī)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(yùn)動軌跡。同樣，當(dāng)串并聯(lián)機(jī)構(gòu)在不同的位置，不同的軌跡可以得到和PRR–PRR機(jī)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PRR–PRR機(jī)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(jī)器人，并聯(lián)機(jī)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(jī)構(gòu)，增加了功能的工作空間。在本文中，工作空間和PRR–PRR的機(jī)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(jī)器人的運(yùn)動模型在繪畫設(shè)備。并聯(lián)機(jī)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(jī)驅(qū)動。連接桿是由固定在滑塊上的伺服電機(jī)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(jī)械手運(yùn)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(yùn)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(yùn)動奇異性的發(fā)生和運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(jī)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)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(jī)器人的工作空間可以被發(fā)現(xiàn)。 如圖5所示，滑塊的運(yùn)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(biāo) 當(dāng)連接桿是垂直的。如果α0、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α< 0，y等于y點y坐標(biāo)時,連接桿和移動平臺是共線的。 當(dāng)，y的最大值與最小值可由 決定。 當(dāng)時，y的范圍可由決定。 當(dāng)時，y的最大值與最小值可以由： 決定。 當(dāng)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(wù)空間可以很容易地確定。在噴涂過程中，噴嘴應(yīng)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(zhuǎn)動角度范圍等于兩切線的夾角運(yùn)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(qū)動力（轉(zhuǎn)矩）的突然變化，從而降低機(jī)械手的運(yùn)動精度，甚至破壞機(jī)械手。因此，可以預(yù)期的是突發(fā)變化的驅(qū)動力（矩）引起的加速機(jī)制可以盡可能小。當(dāng)機(jī)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(yīng)注意加速度項。在[ 17 ]中，高速機(jī)械手的動態(tài)性能可以由ARB的程度來表示 改變加速的驅(qū)動力聯(lián)合。此外，噴漆設(shè)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(dǎo)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(nèi)長度進(jìn)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(dá)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(qū)動力。在一些出版物，σmax定義動態(tài)評價指標(biāo)。無論σ最大或σ最小，動態(tài)性能的各向同性的不考慮?？紤]到σMax和σmin與機(jī)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(shù)平均值可用于評估動態(tài)并聯(lián)機(jī)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(qū)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(yīng)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(jìn)行了模擬和比較。幾何和慣性參數(shù)如表1所示?？紤]到轉(zhuǎn)動并聯(lián)機(jī)器人的能力，明確。導(dǎo)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(dǎo)軌上，并且。圖6顯示了工作模式的工作空間四?？梢钥吹剑绻付ǖ摩? 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)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?，ΔY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(dǎo)軌和Y和α與x無關(guān)，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(wù)工作區(qū)是可到達(dá)工作區(qū)的一部分?；阱F面長物體的尺寸，將任務(wù)空間定義為 矩形區(qū)域。在任務(wù)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(guān)。Y和α是的關(guān)系進(jìn)行了研究，當(dāng)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(jìn)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(biāo)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(jī)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(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(yīng)用中，以工作模式1為工作模式，開發(fā)噴漆設(shè)備。 7、結(jié)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(jī)器人在噴涂設(shè)備進(jìn)行了研究?；谶\(yùn)動學(xué)，四種工作模式和問題確定AR配置。的設(shè)計的基礎(chǔ)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。不僅是 可以評估機(jī)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(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。考慮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