两自由度机械手的一个平行四边形的五连杆机构运动设计
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两自由度机械手的一个平行四边形的五连杆机构运动设计,自由度,机械手,一个,平行四边形,连杆机构,运动,设计
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两自由度机械手的一个平行四边形的五连杆机构运动设计 摘要 随着 模块化机械手或专用机械手的需求有所增加，基于任务的设计来设计最优控制器给定的任务变得越来越重要。然而 ,机械手设计由于大量的设计参数 ,非线性和隐式关系等等变得非常复杂。为了成功地实现基于任务的设计，有必要开发一种可以解决复杂性的方法。本文论述了如何确定两个自由度机械手的运动学参数和一个平行四边形五杆机构连杆机构从一个给定的任务 ,即如何将给定的任务映射到运动学参数。基于一个五杆连杆机构设计的机械手的一个简化的例子提出任务的设计的方法，它引入了任务 指标和操盘规格的配方，并提出了新的灵活性措施为最优标准的机械手设计。还发现了用于机械手通过使用遗传算法，在复杂的空间强大的搜索性能实现最优的设计方案。 关键词 基于任务的设计 ;五杆连杆机构 ;工作规范 ;操作者确定 ;最优标准 ;动态测量的各向同 性 1、介绍 一个机器人机械手的最大特点之一是能够改变其程序执行各种任务。因此，机械手的设计到现在为止一直专注于通用机械手，可以适应更多的任务。换句话说，该机械手设计规范而摒弃一些特定的任务，有许多非特定任务如工作区，关节角度的限制，转矩限制。然而，即使是专为 通用机械手，因为对可执行任务的限制，因而大多数机器人在工作领域仅进行一个任务或一对任务。 为了成功地完成特定的任务，一个操纵者必须具有所需的任务，例如，工作空间自由度（自由度），速度，准确性等。但是，过度的规格为给定的任务是不可取的。换言之，理想的是设计出最合适的操作器满足所需的规格，及满足必需的给定任务，它是基于任务的设计目标。基于任务的设计将是很好地利用了模块化机械手的设计或特殊用途机械手。 最近，机器人机械手的应用领域正在得到广泛扩展到非工业领域，如太空，海底，核电站，医疗服务以及工业领域，如装载 /卸 载，焊接或装配。因此，特殊用途的操纵器用于特定任务的必要性正在增加。在设计一个专用操纵器，即机械手有必要赋予它们功能和性能最佳，以确定工作区中，精度，速度，负载为适当的值，依此类推。 由于基于任务设计的研究，吉川 1和 2提出的每一个所谓的可操作性和条件数的运动灵巧性的措施，在进行了初步的基于任务的运动学设计确定的基础上，机械手的链路长度的情况下，提出了灵巧的措施，一个任务点被赋予一个任务规范。蔡 3进行了基于任务的运动学设计，确定链路长度，关节角度的限制，并从工作区中的串行驱动器 机械手，在某些运动学参数提前信息的基础地位。 生 4进行了一种基于任务的运动学设计，找出一个串口驱动机械臂满足任务点的任务指标，关节角度的限制，避障的 数。金 5进行容错操作器的基于任务运动学设计中作为 生与上述相同的方法。 生 6进行了基于任务的运动学设计，确定链路长度和执行所需的工具以串行驱动平面机械手运动任务的基础地位。金 7 和 8提出了基于任务的设计，包括运动学规格和参数的框架。他进行了基于任务的设计，通过制定工作规范和优化的性能指标。黄 9和 10进行了基于并联机器人运动学设计了一种任务。 另一方面，也有对机械手的重新设计的研究，虽然它们不是基于任务的设计。浅田 11， 12 ，并提布 13提议：如广义惯性椭圆体和动态可操作性的动态性能指标，并通过改变提高了动态性能的链路长度和质量分布重新设计的机械手。井上 14进行了基于机械零件资料库中既考虑运动学和动力学规格的串行驱动器机械手的设计。本研究通过修改原设计参数企图性能增强。 然而，没有上述研究的基础上设计的任 务处理像一个五杆机构的并行驱动机械手。并没有确定在考虑动力学设计参数不包括重新设计一些研究。有了这个动机，本文进行了基于任务的运动学设计，确定两自由度机械手为平行四边形的 5杆连杆机构的运动学设计参数，并提出了方法论基础的任务设计，它通过采用动态以及运动学考虑提出了新的措施，灵巧机械臂的设计。 机械手 具有 5 连杆机构被应用到各种领域的，尤其是对许多工业领域，如焊接，喷涂，搬运，密封，去毛刺，装配等。图 1 示出了串行驱动机构和一个平行的驱动机构的示意图。在串行驱动机构，该下连杆由电机 1 设在基座掘进，和上连杆由电机 2 位于下连杆和上连杆之间的驱动。电动机 2 的重量变成对电动机 1的负载，并且马达 2 的反作用转矩对电机 1 的影响。然而，在箱子与 5两个电动机分别位于该机制的基础。因此，权重和一个电动机的反作用转矩不会对另一个电动机的直接效应 15 。 图 与相同的电机功率和相同的工作区中的串行驱动机构相比，有 5 杆连杆机构具有体积小功耗。尤其是，在壳体的平行四边形 5 杆连杆机构示于图 2，机械手连杆的惯性张量可以是不变的和解耦，并且因此导致了简化的动力学和大型结构刚度 15 。 概述一个平行四边形 5 杆连杆机构与串行驱动机构相比的优点，也有小的功耗，简化的动力学，大型结构刚度，马达之间没有直接的影响，等等。 由于优点，操纵器与 5而，由于其复杂的结构，一个串行驱动机构相比，平行四边形 5 杆连杆机构的设计问题更为复杂。因此，可以肯定的是与一个 5 杆连杆机构操纵的基于任务设计的方法就可以很容易地应用到串行驱动器机械手的设计。 图 杆连杆机构的两个 械手 本文的结构如下：第 2 描述了一种方法和问题陈述为基础的任务设计。第 3描述的是由一 运动灵巧性措施采取运动学只考虑一个平行四边形 5 杆连杆机构基于任务设计。第 4 提出了一种新的动态灵活性的措施，作为机械手设计一个性能指标，并且根据任务设计通过使用建议的灵巧措施同时考虑运动学和动力学。最后，一些结论将制成。 2、基于任务的设计问题陈述 基于任务设计的目的是为了决定一个最佳的机械手的运动学和动力学设计参数来给定的任务。任务规范可分为运动学规范和动态参数。前者有对仅运动学的影响，并且包括工作区时，位置误差引起的运动的因素最大允许值等，后者有两个运动学和动力学的影响，并且包括有效载荷，最大关节的速度和 加速度等。 同样，操纵器设计可分为运动学设计和动态设计两个阶段。运动学设计是决定像 数机械手的运动学设计参数，动态设计是决定动态设计参数，如质心，转动惯量 16 。 另一方面，为了同时满足运动学规范和动态的规格，理想的是进行运动学设计和动态设计迭代，因为在第一运动学设计阶段确定运动学设计参数可以通过动态设计。来改变图 3 显示了一个迭代操作机的设计过程。首先，任务规范中给出。接下来，运动学设计，动态设计，详细设计结构和控制器的设计在常规序列和反复进行。这种迭代设计方法也可 以同样适用于基于任务的设计。 图 作为构成基于任务设计的元素，有任务指标，操盘规格，以及最优标准。任务规范只是因为它们是与上述相同。在机械手的规格，还有关节角度的限制，基本位置约束，对机械手的设计参数的限制，等等。作为最优性准则，一个灵巧措施任务点，并且总重量或操纵器的成本等，都可以使用。 3。运动学设计由运动学性能指标 在本节中，基于任务的运动学设计，确定了平行四边形 5 杆连杆机构两自由度机械手的 数上进行考虑，只有运动。如图所示 4， 12任务点 被给定为任务规范来进行。的设计参数，以确定是（ 1， 2， 3， 1， 2），如图 所示 2，它们是操作者的 数。因为链路长度 1 有对机械手的运动末端位置没有影响，所以不能在此设计示例确定，并且被排除在本实施例的设计参数。另一方面，关节角度 1， 2 可以通过逆运动学后连杆长度 获得 2， 3 被确定。 4、运动学设计了动态性能指标 此部基于任务运动学设计同时考虑运动学和动力学用相同的对象，相同的任务规格和相同的机械手规格。两自由度机械手为平行四边形的 5 杆连杆机 构的动态可使用拉格朗日 5。结论 本文进行了基于任务的运动学设计，确定与案件平行四边形 5 杆连杆机构，许多任务点被表示为一个任务指定一个两自由度机械手的最优链路长度。 首先，本文提出通过制定工作规范，操纵规格和性能指标的简化设计实例的基于任务设计的基本框架。然后由遗传算法是高效和有效的非线性和复杂的问题，例如基于任务的设计得到优化的设计参数。 接下来，本文提出的动态各向同性的措施 作为一种新的衡量灵巧机械手，这是很好的利用，作为机械手设计一个性能指标，因为订单的独立性，规模的独立和简单的数学公 式化的优势。最佳的链路长度通过使用各向同性的量度得到为性能指数通过使用动态各向同性的度量，然后 。该是一个性能指标只考虑运动学，但 认为动态以及运动学。因此， 也可以用于基于任务的动态设计，以确定动态设计参数作为本文的基于任务运动学设计。 to a be of In it is a is In it is to to a to of +82 51 610 8360; +82 51 610 6 (2006)of of a to be to by on In as do on or a of in to to of It is be of of a or a of a to as as or of or to an a of so To it is to a to a of a a to a a of a a a is it of as an it an a in 006 of so a 089 005;0957 - 211 2006 a OF 535, 006323329of a , of on . in of a a 5of of b) a) (01. A a x, Pz) 2006) 323329As on 12 a of a on in as a 3 to of a on 4 a of to of 5of a in 6 of a in a 7,8 a of He of a 9 10 a of on 11, 12, 13 as a by in to 14 of a on in of of by of on a a in of on to a OF a a as as by a a 5of to as so 1 a of a a In a by at by of do a 15a in a 2,of be it in 15. of a a so to of a 5of a is a to it a of 2. A OF a a 5be to to of a is as of a by a a as of by of of is to of a in be to In on so a or of a be is to as of OF of a by an 4 be 5 is a of is a to on an be of of an 6 (2006) 323329 325to be on of to of be of is to of is to of 16in to of it is in be by 3 an 3. An is to In a : of -H of of :of a ()4. A of a on or it on of As 6, 12 as to be 1, 2, 3, as 2, of a 1no on of it is in it is in On by 2, 3to to h1+h2,h2,h2,: : 5. of 6 (2006) 323329to an a 4, is of a as an to a of a a in to to a of of a on of as a to is by a to of a OF a is 100 6. an be as j;hk; 1as of a hk,hk,of of h2,h2,of at t of d of as a on of a . is as a 3451112Px(0 100 150( of 12 )of be by an 7by a of . of a be by
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