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自动压铸机机械手设计
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自动压铸机机械手设计,自动压铸机机械手设计
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几何分析和综合性多元化机械手Jian S.Dai伦敦大学国王学院机械工程协会机制与机器人学教授，英国WC2R 2LS海滨校区电子邮件：jian.daikcl.ac.ukDelun Wang大连理工大学机械工程学院机制与几何学教授中国 PR 大连 116024电子邮件：这篇论文论述了一种新型的带有多元化手掌的机械手臂，该机械手改变了传统机械手臂的结构。基于新型手臂的结构，此文章通过表述手指操作界面和反映手指运动和手掌运动的关系，来探究与手掌相关的机械手指的运动。叙述了手指运行界面的常量作为手掌角度的输入，同时用这些常量将手指运动与手掌运动联系起来。这将会引起手指与手掌之间的联系达到同轴状态，并且此种联系还可以转换到所有手指操作界面的常量共面状态。此种条件用于产生一种连接轨线，重复的轨线装置和曲线近似法被应用于手掌连接的组合，根据多元化手掌长度的角度合成，会导致不同的几何体。关键字：多元化 机械手臂 机械手掌 球形机构 可变机构 几何 分析 综合1 摘要 机器人手臂的手掌通常设计为带有手指的不可弯曲的模块。它的运行空间和抓取能力是根据手掌的大小和手指的长度而决定的。由于手掌是不可弯曲的，如果机械手的抓取能力需要提升，那么就要增加手指的数量。这将会实现当前这种增强了的抓取能力的方法并通过增加更多的手指和扩增手掌模块使机械手运动更加灵活。在某种程度上来说，一种拥有多元化手掌的新型机器人手臂是第一次被提出，它集合了多元化的原则有多元球面组合成的手掌能够使机械手臂更加灵活，并能让其更好的控制。新型的机器人手臂结构与传统的机器手臂的结构不同，并且这也是对机械设计和整合的一个挑战。 多元机制是一种用机械装置去改变一种拓扑结构。这种拓扑结构是从一种结构到另一种结构的一定数量影响关系的合成变化，机制的这种不断流动性会导致自我重新组合。这项研究吸引了广大研究人员的兴趣。在2000年，Parise et al.研发一种正交二维多元机械装置，该装置可以在两个正交平面内创建拓扑结构的变化。此项研究促进了微电机械工程的发展（MEMS）。在2004年，刘和杨两人研究了多元机制的本质和特征，并在改变机制拓扑结构上探索了多元方法。在2005年，Carroll et al提出了一种多元化处理过程，该过程可在狭义或广义范围内的生产机制上做进一步改变。这项研究探索了多元机制的特征，并第一次延伸了生产过程的概念。在2006年，严和阔两人强调了多元机制的各种拓扑含义，同时根据以图形和正交矩阵形式为代表的正交结构，研究了各种运动关节。者先研究反映了机制的特点，并提供了研发多元机制的新方法。 基于这种机制的新型机器人手臂有多元机制灵活变化特征的优势，在操作中去改变手掌的结构。这种手臂为机器手臂的承载和抓取提供了新方法，为机械手带来了新的结构。 多元机械手掌依据的是球面五杆连接原则。球面连接有益于集成化方位的改变，一个典型例子应用在定位系统基于Wiitala和Stanisicy发明的正交球形八连杆机构。分析简化了因六杆联动过约束导致的手腕联动。权衡这项任务，Bruyninckx研究一种将四杆机构机械手转化成球状耦合的三杆机构机械手，Chablat和Angeles发明了四杆机构的球形手腕结构。Hong提出了一种能够持续运动的球面四杆机构。Gosselin研制出一种能任意摆动的球面连杆机构。Gregorio探究的3-RRS手腕是基于球形联动机构而成的，Ting和zhu基于RSSR机制提出了一种球形联动机械手。 这些机构通常是机构合成的结果，这些设备的设计采用了目前的合成定位精准设计。即球面四杆机构。与机构的精准紧密相连的是关联方程的数目。在这方面，McCarthy介绍了作为一个共同约束的线性方程组共同关联而设计形成的球形机制McCarthy和Bodduluri运用Filemon的结论及Waldron的三圆图确定移动轴，既而通过关联耦合器的作用确定球面机构的4R通过制定的方向，由Perez和McCarthy应用Clifford指数函数推导出其合成方程。Alizade和Kilit通过开发一个多项式进而又进一步提高其精度，与此同时，Hong和Erdman在机构综合设计上提出了可调节球形机构的方法。 权衡综上所述，齿轮五杆机构的合成更提高了人们的兴趣，它首次由Riddle采用球面球面左边转换理论及伯母斯特理论。Lin、Chiang、Tong、Chiang应用了对球面旋转角度的研究找到了相对应的由点、中线点、圆、曲线的合成。基于球面四杆机构的移动位移及精度的研究，运用合成方法已基本将其制定，基于曲线逼近法的研究仍是个研究的课题，随着对Suh和Radcliffe提出的议案，多使用目标函数逼近的方法以限制结构上出现的错误，但依然存在着理论与实际相融合的难题。在这方面，由Wang和Wang共同提出的一种新的基于空间几何的差分近似的空间机构。本文开发的机械手是在不断发展的机械手中一种带有拓扑结构的可变球形五杆机构，揭示了机械手掌和手指的内在联系，并提出了二维可调节合成系统的方法。在本文中，对机器人的多元化进行了分析，特别是根据手指操作的引进了飞机设计的有关议案，手指和手掌之间的多元化，一种合成弹道曲线拟合和五杆机构形成的多元化手掌，介绍了手指的操纵说明。2 多元化机械手的操作平面 2.1 多元化机械手 多元化机械手是由一个球面五杆机构，多指机械手在使用过程中能更大范围的得到操控。如图1所示该新型机器人手由一个球形多元化结构和三根手指组成。其结构包含一个基础环节lo，这是用来装载fo的手指，紧邻的链接L1，是用于安装手指f1，和一个耦合器连接的L2，这是用来装载手指F2的。剩下的两个链接是链接L3和曲柄连杆L4。有两个驱动器M1 和M2 ，驱动器M1和M2是用来调整位置和方向的结构。尤其是在驱动五杆机构M2是用来改变旋转曲柄连杆，形成了可旋转的四连杆的多元化手掌结构。 链接L3和曲柄L4在手掌拓扑结构的变化的结果4,8。当驱动器M2在某一个固定的值通过锁定它，用手掌操作演变成一个球面四杆机构的一自由度阶段。在瞬间变化阶段的结果。当曲柄连杆L4 与链接L0两个环节锁定，手掌演变成一个四杆结构阶段，成为一自由度位的自由度阶段，如图 2。 变化次阶段的结果。虽然在瞬间变化时可以实现的，但在其的变化阶段前必须考虑其初步设计。 2.2 运用飞机系统的手指操作 在多元化手掌中，将机器人的手指手掌的位置和方向以拓扑改变。这种方向和位置的变化，现在可以代表手指操作飞机的有关议案，手掌手指的议案。一个手指操作平面呈现出一个二维工作空间时，一个附加的球形链接是静止的。当连接球形结构的动作及手指操作在三维空间变化时 。在一个正常的手指操作平台便呈现出来。固定球形链接的手指，手指F0是安装在相应的链接L0上。手指F1和F2是安装在邻近的链接F1和连杆L2上。这架飞机在手指F0操作，如图 3所示 图1球面五杆机构机器人安装三个手指图 图2球面五杆机构机器人安装四个手指图这架飞机是以基准位置P0于R0为基准的，手指F0的基准位置变量向量R 的指向同向。定义n o。因此: 固定向量r1,在手指F1的球形链接在相邻位置，因此 同样，平面S2的F2键操作，手指的形式为3 操控系统于其多元化的联系 球坐标系为X0，Y0，Z0，可以设置z0的沿重新固定基地之间的连接L0和链接L1，如图4所示。以X0轴为准，在Z0轴上选一点Po, Y0轴为竖坐标，X0轴 、Y0轴遵从右手定则 。 图3三手指机械手操作图 图4 操作平面图手指操作平面垂直于基面11，确定X0轴和Z0及点P0，定义n0: n0=c&0,0,-s&0 (4)分析手指结构F1，结构1在坐标轴中的大概位置，Z1与Z0共线，其位置关系如式5。 n1=c&1,0,-s&1 (5)图5 操作系统图 第三个手指要在一个耦合器可以链接到相邻的二进制环节上。在局部坐标轴X2的框架2，通过指向和Z2是沿之间的相邻链接转动轴z2联合建立，耦合器连接z2在和安排由子形成的基面X2的和点P2华氏度的耦合连接，如式 6。手指操作飞机22日是固定在垂直耦合器和手指/ 2基面的轴和Z2 X2的形成点P2。在全球坐标系这就决定了手指f2的安装位置角，因此正常的飞机S2的氮气在本地坐标系2 n2=c&2,0-s&2 同样，实施坐标转换为本地坐标系2的全球坐标系。这个转变的开始旋转角度约之间的操作飞机和X2 z2（2I条+ TT）和有关的字，然后旋转（ - 我），这是球形连接浙角的长度。转换的最后一步是由旋转角度约8W的z0的。 R20的转换矩阵可以被指定为 图6 三手指操作交叉图4 手指操控的基本介绍在多元化机械手中，三根手指被安装到三个球型链接中。如前所述，每个手指有三个关节转动操作运行平面上，与球型结构的链接。此操作随手指的安装链接而提出相应的议案。三个手指对应其操作系统，确定出其手指的方向和位置。 4.1 同轴条件 4.2 约束三个结构链接 其约束方程为： 4.3 该耦合器的轨迹 在开环运动链的基本环节包括L0，链接L1和L2的结构关联结构， 其方程为 图7 开环运动链的多元化机械手5 合成链接的部分在合成时，给出了高斯图像领域，将给予角度k2,手指的安装参数L0，L1和L2和K1，使之成为一个理想的曲线，拟合耦合器rbl的轨迹。虽然任何一个耦合器的设计都将提出一个球形链接k2和多元化手掌适合在一个五杆球形结构且同轴Z4的设计，设计了一个曲线，当手掌最大化的演变成一四杆的阶段。通过改变U和V的参数，通过Bi这点，在该耦合器第一部分环节扩展，然后通Bi点模拟耦合器生成的曲线，这种近高斯图是在一个标准的圆锥角坐标r的和n的坐标系中形成的。 圆锥体的中心轴可表示为 因此，标准角度可以写成 假设近高斯圈的标准圆锥产生是在Ith的耦合中，选合适的轨迹rbi，标准圆锥体的中心轴为可生成 该拟合误差为 （19）该合成的第一步是找到最适合的基准，以适应Ith的锥耦合器的轨迹。建立的最小于最大最大误差的差为 e(x)=min max f(x) （20） 在几何图形上减少其误差，如图8所示 图8 几何图形拟合对于每个参数u和v，由公式产生的Eq的轨迹。重复了上述算法，相应的最适合的标准锥就可以得到。其中由方程生成的图形和并计算其误差，进一步缩小最大误差与最小化的变化 )因此，一个耦合器进入轨道的同轴条件就可以得到。参数K2和Z3的变化使L2和L3之间存在联系，即可得到旋转的位置。其合成过程的流程图，如图9所示该耦合器的轨迹Eq，可以被用来进一步设计两个环节L3和L4因此，剩下的两个环节都给出 两个链接L3和L4因而获得。轴Z3和P0的位置即可确定，参数k0及对应的弧长L0也可确定。因此，球面五杆的多元化联动，可根据同轴条件及设计过程可呈现在流程图中。 如图11和图12。 图9 流程图 图10 其余的合成链接图
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