外文翻译-具有动态特性约束的高速灵活的机械手优化设计.doc

刚柔混联下肢康复机器人结构设计(全套设计含CAD及三维建模图纸)

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三维图
104_1.sldprt
104_2.sldprt
104_3.sldprt
104_ASM.sldasm
51-1.SLDASM
6-1.SLDASM
angular contact ball bearings gb.sldprt
DIANJI1.SLDPRT
dianjizuo.SLDPRT
gudingzuo51.SLDPRT
gunzhusigan1.SLDASM
gunzhusigan1.SLDPRT
hexagon socket head cap screws gb.sldprt
M10X30_GB70.SLDPRT
M6X20_GB70.SLDPRT
round nuts gb.sldprt
sigangfu.SLDPRT
zhouchenzuo1.SLDPRT
三角连接座.SLDPRT
内套.SLDPRT
固定尔.SLDPRT
外套.SLDPRT
外部框架装配图.SLDASM
底座.SLDPRT
康复机器人装配体.SLDASM
悬臂装置.SLDPRT
掉钩.SLDPRT
支架.sldprt
水平.SLDPRT
水平2.SLDPRT
浮动踏脚.SLDPRT
电机座.SLDPRT
直线运动的传动结构.SLDASM
竖直.SLDPRT
联轴器.SLDPRT
脚踏板.SLDPRT
被动 同步带轮.SLDPRT
被动带轮组件3.SLDASM
轴承端盖.SLDPRT
轴端压板.sldprt
过渡板.SLDPRT
销轴.SLDPRT
外文翻译
CAD图纸集合.dwg
内隔套.dwg
外隔套.dwg
大压盖.dwg
小压盖.dwg
总装图.dwg
支架.dwg
滚珠丝杠.dwg
电机座.dwg
电机轴.dwg
装配图草图.dwg
调整套 (2).dwg
调整套.dwg
轴承盖.dwg
铰轮组件.dwg
防尘盖.dwg
驱动部件.dwg
(修改)CAD集合.dwg
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刚柔混联 下肢 康复 痊愈 机器人 结构设计 全套 设计 cad 三维 建模 图纸
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内容简介:
附件 1:外文资料翻译译文 具有动态特性约束的高速灵活的机械手优化设计 摘要:本文提出了一种强调时间独立和位移约束的机器手优化设计理论,该理论用数学编程的方法给予了实现。将各元件用灵活的连杆连接起来。设计变量即为零件横截面尺寸。另用最关键的约束等量替换时间约束。结果表明,此方法产生的设计结果比运用 数,且利用等量约束所产生的设计方案更好。建立了序列二次方程基础上的优化设计方案,且设计灵敏度通过总体有限偏差来评定。动态非线性方程组包含了有效运动和实际运动的自由 度。为了举例说明程序,设计了一款平面机器人,其中利用某一特定的方案并且运用了不同的等量约束进行了设计。 版权属于 1997 年埃尔塞维尔科技有限公司 1 导论 目前对高速机器人的设计要求越来越高,元件质量的最小化是必不可少的要求。传统机器手的设计取决于静态体系中运动方式的多样化,但这并不适合于高速系统即应力和绕度均受动力效应控制的系统。为了防止失败,在设计的时候必须考虑到有效轨迹和实际运动轨迹之间的相互影响。 在暂态负载下对结构系统进行设计已经开始展开研究,该研究是基于下面几个不同的等量约束条件下进行的,分别为对 临界点的选择上 1 , 反约束的时间限制2 ,和 数 3,4的基础上进行研究。在选择临界点时,假定临界点的位置的时间是固定的,然而这种假设不适合高速系统。第二个办法的缺点是等量约束在可行域内几乎为 0,因此现在还没有迹象表明这些约束是否重要。使用 数在可行域中产生了非零的等量约束,但它定义了一个保守的约束,从而产生了一个过于安全的设计方法。 在设计机器手的时候,常规方法是考虑多静态姿态 5而不是考虑时间上的约束。这种方法并不适合高速系统,原因是一些姿态不能代表整个系统的运动,此外,位移和应力的计算也是不准确的,这是因为在计算的时候省略了刚性和弹性运动之间的联系。事实上,这种联系是灵活多体分析中最基本的 8。 在这项研究中,开发了一种设计高速机械手的方法,这种方法考虑了系统刚性弹性运动之间的联系及时间独立等约束。把最关键的约束作为等量约束。 最关键的约束的时间点可能随着设计变量值的变化而变化。反应灵敏度由整体偏移所决定,设计的最优化取决于序列二次方程式。为了说明 程序, 对双杆平面机器手的强度和刚度进行了优化。设计结果与那些采用了 数的机器手进行对比。 2、设计理念 在这一节中,机器手的优化设计方法使用用于计算强度和刚性的非线性数学编程方法。机器手由 N 个活动连杆组成,每一个连杆由 有限零件柱组成。其目的是尽可能的减小机械手的质量。与强度关联的约束主要是应力元素和刚性约束。这些约束将使得有效运动的位移产生偏移。设计变量就是连杆和零件的截面特性。 从数学上来说,目标函数11k i k 应满足这样的约束 : ( , ) 0jg x t 1 , . . . , ( 1)其中 和 别是第 k 个机构的第 i 个零件的密度和体积, x 是设计变量总数。在验证位移和应力的时候,参考文献 10中的递推公式可用来计算机器手有效轨迹与实际轨迹。 将连杆k 联系起来,其中样通过缩小模型就可以减少每个连杆的实际自由度数了。 系统的广义坐标系是由连杆变量i和模块变量i组成的。微粒 P 的运动速度 可表式为 k i k i k (2) 其中 和 是相互制约的系数。 凯恩( 等人的方程式 12 曾被用来测定一些运动方程式如 F F (3) 其中 , T T 是整体速度向量, F 是合成外力向量, M、 Q 还有 别为总质量、柯氏力、地心引力和弹力,计算公式如下: 11k i k i k i k ir r r f k i k d Vs y m M s y m ( 4) 11()r k i k i k d ( 5) 0 (6) 其中上标 r 和 f 分别代表有效自由度和实际自由度。 K 为对角矩阵,其对角线上的子矩阵是减少了的有效矩阵了验证子矩阵在方程( 4, 5)中是否正确, 和 可表示如下: i k k i k ip q p q r s r s p, r=1,2,3; q=1, ,s=1, ,12 (7a) pq k k ik i k ip q p q r s p, r=1,2,3; q=1, ,m; s=1, 12 (7b) 其中 是元件形状函数,m 是模块变量数。方程式中的标注即多次出现的下标指数是以概括的形式出现的,这些下标只不过是公式的一部分,并不表示某一含义除非特定指明。这些子矩阵可 表示成: p q p q p t z s p t p q z s p q z s p t u ( ) k k k k i k k i k i k if f k i k i k t z s z u s m P R p q p q p t z s p t p q z s p q z s p t u ( ) k k k k i k k i k i k ir f k i k i k t z s z u s m P R 其中i k i k iu v u d V 和i k i k i k iz u s v z s u d V ; z,u=1,2,3; s,v=1, ,12 是时间变量, 第 k 个机构的第 i 个元件的质量。在定义.q m p 和.k i k q r u m p r u pm r 时,柯氏力和地心引力可由下列算式计算出来: p q p q p q z s p q z sp z s p p u ( ) k k k i k ir k i k k i k k i k i k iq p z s z u s m a b a P b R p q p q p q z s p q z sp z s p p u ( ) k k k i k if k i k k i k k i k i k iq p z s z u s m a b a P b R 这个运动方程式综合了变量步长和变量预测校正的算法,以获取坐标系i和i中的时间记录。于是,有关物体参考系的节点位移可由模块转换公式i获得。由应力与位移关系式计算出零件受到的压应力。整个 参考系中各点的位移可用i和机架的各节点位移算出。点的偏移可由那个点在实际运动和有效运动的位移差精确的求出。 应当指出的是,在运动方程式中,设计变量函数的形式有矩阵,零件的质量和初始矢量中的 列。因此在对灵敏度进行分析的时候,这些都应与设计变量区分开来。然而,分析并且验证灵敏度在这次研究中是个非常困难的项目。不全面的分析或是允许极小误差的方式来研究这 一问题也未尝不是个好方法。 对机器手进行动态分析的方法就是计算此,约束数目最好满足cN且这么多的约束在优化设计时也是不切实际的。不过有一个很有效的办法可以使约束数控制在t 的所有值,这就是用 数 3 等量替换单个时间约束,此函数表示如下: 11( ) l n e x p ( )j x c 其中 ( ) ( , )j n j g x t和 C 是正数并由这可以说 明 数限定了一个保守的值域 4比如重要,而且 c 的值越大 间 的 差 就 越 小 。 这 就 是 所 谓 用 最 关 键 的 约 束 等 量 替 换 了 诸 如( ) m i n ( ) j x g X ( 11) 之类的约束。在这一方法中,用等量约束这一值域里尽管左右突出的构件在过渡点有差异,但他们具有相同的标识和梯度,因此可在过渡点自然结合。随着时间逐步的趋近零点,等量约束也变得逐渐光滑。 上述所提到的非线性约束优化问题可以由 1来解决,即运用序列二次方程的方法。这 种优化需要初始信息/ g m=1, , 双杆平面机器人如图 1 所示。运动原理是被动块 E 沿直线从初始位置(1=120, 2=运动到终点位置( 1=60, 2=。 E 的运动轨迹表示如下: 0 . 5 2( s i n )2 整个运动过程的时间 T= 每一个连杆的长度为 并由两个等长的零件连接着。其零件的外径为本设计的变量, k=1,2; i=1,2。零件的厚度为 体的压强和密度分别是 E=72 =2700Kg/块变量缩小了形状尺寸。最先结合的两个模块和最先有着固定自由的约束条件的轴也都被考虑到了。位于连接点 B 处的杆 2 质量为 2动物块和有效载荷的总质量为 1计的约束条件如下: i 75i=1, , 0,001m 其中应力约束由节点顶部或底部的 点来验证。是 E 的实际运动轨迹与有效运动轨迹的偏离量(即 x 和 y 方向的最大偏移值)。初始设计变量 0 图 1 平面机器手操作器 在这个例子里,等量约束是由最关键的约束组成的并且其结果与数 的结果进行了比较。后者函数中适用了 c 的不同值,可以发现 c 的值越小其产生的设计就越死板。 c=50 时的设计是最理想的。应当指出的是编译器的限制可能会超过 c 的最大值,这完全取决于指数函数也就是只要设计变量的低限足够的小。另一方面,最关键的约束会产生极小质量的设计并且精确的迎合偏移位移量。最小的质量,恰当的直径和反复运动的次数在表 1 中列出。设计轨迹见表 2。表 明了由 数产生的结果,然而 见应力远远小于允许值,因此应力约束受到了限制。连杆 2 中间的应力最大(见)图 3。被动物块的偏移量的最佳解决方案见图 4 图 2 设计参数 表 1 平面机器人控制器最佳方法 图 3 顶部连接两个的平均压力的最佳设计 图 4 最终效应器偏差的最佳设计 在研究中,高速遥控操纵器的最佳设计方案取决于动态
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