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南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)前期工作材料学生姓名:沈立学 号：05010224系部:机械工程系专 业:机械工程及自动化设计(论文)题目:气动式定尺飞锯机的结构设计指导教师:武培军 高级工程师吴晟 助教 材 料 目 录序号名 称数量备 注1毕业设计(论文)选题、审题表12毕业设计(论文)任务书13毕业设计(论文)开题报告含文献综述14毕业设计(论文)外文资料翻译含原文15毕业设计（论文）中期检查表12009年5月 () : 05010224: :(): 1()12()13()桲14()151 20095 南京理工大学泰州科技学院本科生毕业设计（论文）选题、审题表系部机械工程系指导教师姓 名吴 晟专业技术职 务助 教课题名称气动式定尺飞锯机的结构设计适用专业机械工程及自动化课题性质ABCDE课题来源ABCD课题预计工作量大小大适中小课题预计难易程度难适中易课题简介飞锯机可用于高速跟踪自动切割钢管、型材等。具有定尺精度高，设备可靠性高，结构简单，易于维修等特点。本课题紧密结合学生所学的机械技术课程，它能强化提高学生所学的知识和提高学生的初步设计能力，通过完成该课题，可以使学生理解机械装置的运动原理和应用范围，对机械设计过程有更深入的认识了解。课题应完成的任务和对学生的要求1、在了解气动式定尺飞锯机的结构特点和设计原理的基础上，完成结构设计，画出相关的零件图和总装配图；2、完成锯切系统的设计和计算；3、3000字以上的英文翻译；4、撰写设计说明书。要求学生具备机械设计的基本能力，能将所学知识综合应用于实际生产制造中。所在专业审定意见： 专业负责人(签名)： 年 月 日注：本课题由 沈 立 同学选定，学号： 05010224 注：1该表由指导教师填写，经所在专业负责人签名后生效，作为该专业学生毕业设计（论文）选题使用；2有关内容的填写见背面的填表说明，并在表中相应栏内打“”； 3课题一旦被学生选定，此表须放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档。 南京理工大学泰州科技学院本科生毕业设计（论文）选题、审题表系部机械工程系指导教师姓 名吴 晟专业技术职 务助 教课题名称气动式定尺飞锯机的结构设计适用专业机械工程及自动化课题性质ABCDE课题来源ABCD课题预计工作量大小大适中小课题预计难易程度难适中易课题简介飞锯机可用于高速跟踪自动切割钢管、型材等。具有定尺精度高，设备可靠性高，结构简单，易于维修等特点。本课题紧密结合学生所学的机械技术课程，它能强化提高学生所学的知识和提高学生的初步设计能力，通过完成该课题，可以使学生理解机械装置的运动原理和应用范围，对机械设计过程有更深入的认识了解。课题应完成的任务和对学生的要求1、在了解气动式定尺飞锯机的结构特点和设计原理的基础上，完成结构设计，画出相关的零件图和总装配图；2、完成锯切系统的设计和计算；3、3000字以上的英文翻译；4、撰写设计说明书。要求学生具备机械设计的基本能力，能将所学知识综合应用于实际生产制造中。所在专业审定意见： 专业负责人(签名)： 年 月 日注：本课题由 沈 立 同学选定，学号： 05010224 注：1该表由指导教师填写，经所在专业负责人签名后生效，作为该专业学生毕业设计（论文）选题使用；2有关内容的填写见背面的填表说明，并在表中相应栏内打“”； 3课题一旦被学生选定，此表须放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档。南京理工大学泰州科技学院学生毕业设计（论文）中期检查表学生姓名沈立学 号05010224指导教师武培军 吴晟选题情况课题名称气动式定尺飞锯机的结构设计难易程度偏难适中偏易工作量较大合理较小符合规范化的要求任务书有无开题报告有无外文翻译质量优良中差学习态度、出勤情况好一般差工作进度快按计划进行慢中期工作汇报及解答问题情况优良中差中期成绩评定：良所在专业意见：学习较主动、积极，态度认真，阶段成果较明显。 负责人： 年 月 日南京理工大学泰州科技学院学生毕业设计（论文）中期检查表学生姓名沈立学 号05010224指导教师武培军 吴晟选题情况课题名称气动式定尺飞锯机的结构设计难易程度偏难适中偏易工作量较大合理较小符合规范化的要求任务书有无开题报告有无外文翻译质量优良中差学习态度、出勤情况好一般差工作进度快按计划进行慢中期工作汇报及解答问题情况优良中差中期成绩评定：良所在专业意见：学习较主动、积极，态度认真，阶段成果较明显。 负责人： 年 月 日 南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）任务书系部：机械工程系专 业：机械工程及自动化学 生 姓 名：沈立学 号：05010224设计(论文)题目：气动式定尺飞锯机的结构设计起 迄 日 期:2009年 3 月9日 6月14日设计(论文)地点:南京理工大学泰州科技学院指 导 教 师:武培军 吴 晟专业负责人:龚光容发任务书日期: 2009年 2 月 26 日毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 飞锯机适用于连续轧制各种管材、型材生产线，如焊管、钢筋、铝管、合金管的生产线。飞锯机可用于高速跟踪自动切割钢管、型材等。具有定尺精度高，设备可靠性高，结构简单，易于维修等特点。通过对气动式定尺飞锯机的结构设计，可以有效培养学生综合应用机械设计制造知识，并根据工程实际要求，进行问题的分析解决，从而提高独立工作的能力，适应社会需求。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：机械制造中采用自动化技术，可以有效地改善劳动条件，提高劳动生产率和产品质量，缩短生产周期，并能显著降低制造成本。具体内容及任务如下：1、气动式定尺飞锯机的整体结构方案设计；2、锯切系统的设计与计算；3、相关主要零部件的设计。应达到的技术要求如下：1、型材生产速度：60m/min；2、锯切精度：5mm；3、锯切长度：4m6m；4、锯切型材径向尺寸：12mm90mm。毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： 1、相关资料的英文翻译与文献综述； 2、气动式定尺飞锯机的整体结构方案设计；3、锯切系统设计及相关零件图、装配图；4、毕业设计论文。毕业设计成果以设计图样和说明书形式提交。要求图样规范，符合国家标准；说明书层次分明、论据可靠、计算正确、图标规范、语句通顺。4主要参考文献：1 朱光力专用自动钻床液压传动系统设计北京：机床与液压，2004年第一期，97992 徐灏主编机械设计手册北京：机械工业出版社，19913 王卫兵等可编程序控制器原理及应用北京：机械工业出版社，19984 许福玲，陈尧明主编液压与气压传动北京：机械工业出版社，20045 邱宣怀主编机械设计北京：高等教育出版社，19976 王伯平主编互换性与测量技术基础北京：机械工业出版社，2000毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2009年 3 月 9 日 3月 23 日 3 月 24 日 4月 6 日4 月 7 日 5月 11日5 月 12 日 5月 31 日6 月 1 日 6月 9 日6月 10日 6月 14 日熟悉课题，准备相关资料，完成资料翻译完成文献综述，撰写开题报告，熟悉AutoCAD、Pro/Engineer等绘图软件掌握飞锯机的结构设计原理，完成气动式定尺飞锯机的整体方案设计完成锯切系统的设计与计算，画出相关的零件图和装配图撰写并打印设计说明书，整理相关资料准备论文答辩所在专业审查意见：负责人： 2008年 月 日系部意见：系部主任： 2008年 月 日PAGE 南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）任务书系部：机械工程系专 业：机械工程及自动化学 生 姓 名：沈立学 号：05010224设计(论文)题目：气动式定尺飞锯机的结构设计起 迄 日 期:2009年 3 月9日 6月14日设计(论文)地点:南京理工大学泰州科技学院指 导 教 师:武培军 吴 晟专业负责人:龚光容发任务书日期: 2009年 2 月 26 日毕 业 设 计（论 文）任 务 书1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 飞锯机适用于连续轧制各种管材、型材生产线，如焊管、钢筋、铝管、合金管的生产线。飞锯机可用于高速跟踪自动切割钢管、型材等。具有定尺精度高，设备可靠性高，结构简单，易于维修等特点。通过对气动式定尺飞锯机的结构设计，可以有效培养学生综合应用机械设计制造知识，并根据工程实际要求，进行问题的分析解决，从而提高独立工作的能力，适应社会需求。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：机械制造中采用自动化技术，可以有效地改善劳动条件，提高劳动生产率和产品质量，缩短生产周期，并能显著降低制造成本。具体内容及任务如下：1、气动式定尺飞锯机的整体结构方案设计；2、锯切系统的设计与计算；3、相关主要零部件的设计。应达到的技术要求如下：1、型材生产速度：60m/min；2、锯切精度：?5mm；3、锯切长度：4m6m；4、锯切型材径向尺寸：12mm90mm。毕 业 设 计（论 文）任 务 书3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： 1、相关资料的英文翻译与文献综述； 2、气动式定尺飞锯机的整体结构方案设计；3、锯切系统设计及相关零件图、装配图；4、毕业设计论文。毕业设计成果以设计图样和说明书形式提交。要求图样规范，符合国家标准；说明书层次分明、论据可靠、计算正确、图标规范、语句通顺。4主要参考文献：1 朱光力专用自动钻床液压传动系统设计北京：机床与液压，2004年第一期，97992 徐灏主编机械设计手册北京：机械工业出版社，19913 王卫兵等可编程序控制器原理及应用北京：机械工业出版社，19984 许福玲，陈尧明主编液压与气压传动北京：机械工业出版社，20045 邱宣怀主编机械设计北京：高等教育出版社，19976 王伯平主编互换性与测量技术基础北京：机械工业出版社，2000毕 业 设 计（论 文）任 务 书5本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2009年 3 月 9 日 3月 23 日 3 月 24 日 4月 6 日4 月 7 日 5月 11日5 月 12 日 5月 31 日6 月 1 日 6月 9 日6月 10日 6月 14 日熟悉课题，准备相关资料，完成资料翻译完成文献综述，撰写开题报告，熟悉AutoCAD、Pro/Engineer等绘图软件掌握飞锯机的结构设计原理，完成气动式定尺飞锯机的整体方案设计完成锯切系统的设计与计算，画出相关的零件图和装配图撰写并打印设计说明书，整理相关资料准备论文答辩所在专业审查意见：负责人： 2008年 月 日系部意见：系部主任： 2008年 月 日 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)外文资料翻译系部： 机械工程系 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 沈立 学 号： 05010224 (用外文写)外文出处：The Dynamics of a Novel Rolling RobotAnalysis and Simulation 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语： 签名： 年 月 日注：请将该封面与附件装订成册。附件1：外文资料翻译译文新型的动力学旋转机械手-分析和模拟1 导言 如今在不同的轮式移动机器人（简称为 WMRs ）应用领域都需考虑到价格适中、实用性高和操作简单，例如 ：家用机器人； 流动、挑战性工作的辅助装置； 娱乐机器人； 用于星际探索的机器人； 用于材料处理的工业机器人。新型轮式移动机器人Quasimoro能够应用于以上所述的所有领域。 Quasimoro的部件有：两个驱动轮和中部的载体。该机器人正在设计中，其新颖之处在于它能够被轻松操作。这是通过赋予机器人一种quasiholonomy的特性来实现的，为了完成quasiholonomy ，机器人的重心要垂直穿过中点线并连接到转轮中心。并且， 为了克服它的不稳定性，中部机体的重心需要放在上述两条交叉线的下方。 除了赋予机器人quasiholonomy 特性之外，其机架机构还要使Quasimoro能够转弯从而来避免碰撞。 该机器人的两个主要任务是：在中间机体的支撑下，能够对有效荷载进行定位和定向（运动任务），并使中间机体稳定不摆动（稳定工作）。一份关于两轮机器人的文献阐述了三种不同的系统：SCOUT2, Ginger-Segway 3, and JOE4。与Quasimoro不同的是，SCOUT不需要稳定的反馈系统，因为它依赖第三支撑点，从而来保证它能够与有效载荷垂直于同一方向。此外，机器人的重心被置于交叉线的下方并和车轮中心相连，从而无需使用任何检测中间机体倾斜的陀螺仪， Quasimoro的操作系统绝对要比Segway and JOE系统简单的多。 数学模型中的力学系统是至关重要的，为使机器人的模拟行为能够被精确控制和预测。我们用公式加以表明，在拉格朗日式的框架下， Quasimoro的数学模型表现为一个双输入三输出的非线性动力系统。这种验证模式，是通过模拟和分析不同的投入和最初条件来做出的动态响应系统。 该项分析的结果对于机器人的坚稳设计和控制是至关重要的。它解决了能够马上完成这两个任务的主要问题：中间机体振动。因此，校正设计，并且考虑使用一个合适的控制算法，以便使机器人的性能更加优越，对障碍物能够更加敏感。2 数学模型21 运动学限制Quasimoro是一个两轮式移动机器人，它由两个独立的马达驱动，两个对称的轮子和一个中间机体组成，其中还包含控制系统，驱动系统，电力供应系统和传动装置; 机器人轮子是常规型式的。根据机器人的数学模型，我们假设它水平的运动平面为B，并且，在移动过程中机器人轮子假定总是与B接触。图1所示的是该机器人简化模型。我们定义AA为穿过轮子中心的轴线，平行并通过中间机体的中心C3。中间机体的底盘由一个圆柱轴V表示，V和A垂直我们定义三个标准正交三维向量： i0; j0; k, e; f ; k 和 e; h; n。i0; j0; k定义为以O为原点的三维坐标系， K的指向为垂直方向向上。e; f ; k定义为原点在两个轮子的质心连接线的中点的坐标系；需要注意的是，e要与A平行。e; h; n的坐标系定义在中间机体上，并以点C为原点，与此同时n要平行于V轴。图1 Quasimoro机器人简化模型图中所示的和分别是轮1和轮2的角位移，而C是点C的位置矢量，我们定义为中间机体A的旋转角。 定义l：作为两轮的中心距离，r为轮子半径，并假定轮子在平面B上是纯滚动没有滑动 ，我们限制 其中为矢量，而是定向角，即到e的角度。结合等式（1）中的第二个关系式我们得到：我们假定 当我们定义作为向量的广义坐标。直到我们可以用等式 （ 2 ）中的和来表达 ，而没有出现广义坐标中的向量， 系统的动态约束方程从而简化为等式（1）。这个方程可以改写为， 是k维零向量，并且当A定义为的约束矩阵时，就是的单位矩阵。该机器人有一个6-3=3的自由度，这与中间机体旋转的简化模型相反，因为它没有考虑到 这个因素。2.2 完整测试如果我们定义一个独立广义速度矢量，然后可以很容易的得到一个正交矩阵，为了获得一个完整的矩阵 ，我们需要求出和然后便可以很容易的利用图1和等式（2）求出结果，即显然，可以从上述方程得出因此Quasimoro一个近乎完整的机器人，这并不让人惊讶。 2.3 近乎完整 现在，我们可以验证Quasimoro是否近乎完整（QH） 。系统的总动能是由提供是额外轮子的动能，即轮子在它轴的驱动下而转动， 提供中间机体所需的动能， 它包括驱动系统，传动装置， 电池和控制部件。它可以非常容易地展示出右侧的等式（ 3 ）m表示为每个增加轮子的质量。所需的动能由提供。表示的是中间机体的质量（即要考虑到有效载荷） ， 表示的是中间机体重心的速度，表示的是中间机体与轴有关的转动惯量， 同时是中间机体关于的转动惯量。此外，可以由求得，因此如果不用考虑常数项，该系统的势能为其中是和之间的距离，g是重力加速度。因此，该系统的拉格朗日算法为其中，且，因此，广义动量的计算公式是其中，m是机器人的质量，而符号表示利用等式 来代替。于是，运动的不完整性可以由 来表示，因此，该系统是近乎完整的。 这个系统的数学模型可以缩减成QH：其中是该系统的拉格朗日约束。其中是无显著特点的动力矢量，也就是电动机的转力矩。这两个力矩则传送到两个正在感应无显著特点力的轮子。即，因此。等式（5）可以分为以下三个部分此时这个方程可以写成以下的矩阵型式：图2 仿真 结构图此时，当是惯性矩阵时，它由提供。是我们指定的二次惯性项的一个三维向量，即其中 仿真 为了使上面的数学模型可用，研究报告反映，一方面系统在不同的投入和不同的初始条件下，模拟了运行仿真模拟输入，如仿真图表2中所示的是被分配到轮子上的扭矩，用来解决直接动力。这个方程转换了惯性矩阵，并且回到了普遍重力加速度矢量,因此综合两个之后可以得到速度和并列向量。机器人具有相同的以及他们第一和第二个任务就是模拟信号的输出。信号输入后便解决了直接运动学的问题。特别注意的是，后者计算了机器人的方向角度和器械所反映出的他第一次和第二次任务的几何约束，以及在以C点为参考位置，使用运动约束下的速度和重力加速度。从而获得点的位置矢量，完成虚拟输出，是一个综合的数字。.1 仿真结果我们已经对动力系统的三个输入反应进行了研究，对每个系统的仿真，一开始都被认为是静止的，值得注意的是仿真并不考虑外力的浪费，比如轮子和地面的摩擦以及内力的损耗，比如轴承的摩擦。而且输入将会表现在扭矩脉冲上。启动轮子，持续时间，为了避免在读取输出图表时，靠近的区域内发生误差。每个仿真用时秒，但是大部分的输出图在时间表上为秒到秒时，响应时间比较短。 三个操作已经实现了(1)直线运动,保持一定的运动角度 (2)纯旋转, ,旋转轴穿过C点，即：只变换垂直角度而不改变C的位置 （3）圆形运动，并不是前面所有的操作都使用同样的精确度，对系统执行的影响的分析，将会提供更有效的运算法则来选择和创新机器人设计。3.1.1 直线运动在这个模拟运动中，适用于车轮的两个相同的转矩脉冲振幅为0.3牛米。如图36所示。 正如我们可以从图3图4中推断，如果负荷条件对称，和的一阶导数是相等的。 此外，通过观察图4，我们可知， 和周期信号都是由产生的， 因为它们和有相同的周期。 在图3中， 由一个周期信号表示， 我们可以推断出中间机体的振荡频率稳定保持在和之间;当然，这种振荡不需要保持稳定，因为它的振幅并没有大到足以干扰任务顺利完成（见截面1）。但是， 不可以为零，因为它为零会导致在组装和制造过程中出错;此外，机器人走过的现实表面确实略有倾斜。因此， 保持稳定是必要的，控制算法会计算出一个合适值。 在直线轨迹时需要保证高精度， 如图5所示 。当然，在现实中车轮永远不会具有相同的扭矩，它需要一个合适的控制算法来完成运动任务。此外，还需要使用另一个控制算法，因为沿直线轨迹运动时，速度不会处于稳定状态，如图6所示 。3.1.2 纯滚动 两个相等扭矩的脉冲频率为0.3牛米，符号相反，却同样适用于车轮。输出如图7和图10。 C点的轨迹图在这里没有表示出来， 减少一点使之与惯性坐标的原点相吻合;此外，角速度会保持为一个固定常数，如图 10所示。总之，由于那些已经在上一节提到的，有关影响机器人结构的错误，使在现实中C点轨迹不成一个点;因此，完成任务需要用到控制算法。 对于已知的初始条件和输入类型， 如果完全模拟，那么的一阶导数和二阶导数将全为零，且和他们的一阶导数的振幅都是相等且符号相反的，如图7和图8所示 。3.1.3 圆周运动两个扭矩脉冲分别为0.3牛米和0.2牛米，并且符号相同， 而且适用于车轮。如图11和图13所示。所有的广义速度信号，类似我们先前看到的纯移动，如图11所示，但因为输入值不等，所以和不相等。 另一个重要的注意点是点C的速度;因为 不是定值，如图13所示，周期信号与谐波和，如图12表示。通过观察图11 a，我们可以证明，上述周期信号是由产生，直到两个信号具有相同的周期秒时，值得一提的是，在直线运动的情况下， 这两个周期信号和都是由信号产生 ，如图11所示。4 结论这里所讨论的是Quasimoro的动力学，一种新型的趋于完整的移动机器人。我们用公式表明了该系统的数学模型，并提供了验证它的数据。数据模拟显示了每一个系统变量下的动态行为，这也是需要被控制的。这项工作在设计和控制该系统中是至关重要的。 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)外文资料翻译系部： 机械工程系 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 沈立 学 号： 05010224 (用外文写)外文出处：The Dynamics of a Novel Rolling RobotAnalysis and Simulation 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语： 签名： 年 月 日注：请将该封面与附件装订成册。附件1：外文资料翻译译文新型的动力学旋转机械手-分析和模拟1 导言 如今在不同的轮式移动机器人（简称为 WMRs ）应用领域都需考虑到价格适中、实用性高和操作简单，例如 ：家用机器人； 流动、挑战性工作的辅助装置； 娱乐机器人； 用于星际探索的机器人； 用于材料处理的工业机器人。新型轮式移动机器人Quasimoro能够应用于以上所述的所有领域。 Quasimoro的部件有：两个驱动轮和中部的载体。该机器人正在设计中，其新颖之处在于它能够被轻松操作。这是通过赋予机器人一种quasiholonomy的特性来实现的，为了完成quasiholonomy ，机器人的重心要垂直穿过中点线并连接到转轮中心。并且， 为了克服它的不稳定性，中部机体的重心需要放在上述两条交叉线的下方。 除了赋予机器人quasiholonomy 特性之外，其机架机构还要使Quasimoro能够转弯从而来避免碰撞。 该机器人的两个主要任务是：在中间机体的支撑下，能够对有效荷载进行定位和定向（运动任务），并使中间机体稳定不摆动（稳定工作）。一份关于两轮机器人的文献阐述了三种不同的系统：SCOUT2, Ginger-Segway 3, and JOE4。与Quasimoro不同的是，SCOUT不需要稳定的反馈系统，因为它依赖第三支撑点，从而来保证它能够与有效载荷垂直于同一方向。此外，机器人的重心被置于交叉线的下方并和车轮中心相连，从而无需使用任何检测中间机体倾斜的陀螺仪， Quasimoro的操作系统绝对要比Segway and JOE系统简单的多。 数学模型中的力学系统是至关重要的，为使机器人的模拟行为能够被精确控制和预测。我们用公式加以表明，在拉格朗日式的框架下， Quasimoro的数学模型表现为一个双输入三输出的非线性动力系统。这种验证模式，是通过模拟和分析不同的投入和最初条件来做出的动态响应系统。 该项分析的结果对于机器人的坚稳设计和控制是至关重要的。它解决了能够马上完成这两个任务的主要问题：中间机体振动。因此，校正设计，并且考虑使用一个合适的控制算法，以便使机器人的性能更加优越，对障碍物能够更加敏感。2 数学模型21 运动学限制Quasimoro是一个两轮式移动机器人，它由两个独立的马达驱动，两个对称的轮子和一个中间机体组成，其中还包含控制系统，驱动系统，电力供应系统和传动装置; 机器人轮子是常规型式的。根据机器人的数学模型，我们假设它水平的运动平面为B，并且，在移动过程中机器人轮子假定总是与B接触。图1所示的是该机器人简化模型。我们定义AA为穿过轮子中心的轴线，平行并通过中间机体的中心C3。中间机体的底盘由一个圆柱轴V表示，V和A垂直我们定义三个标准正交三维向量： i0; j0; k, e; f ; k 和 e; h; n。i0; j0; k定义为以O为原点的三维坐标系， K的指向为垂直方向向上。e; f ; k定义为原点在两个轮子的质心连接线的中点的坐标系；需要注意的是，e要与A平行。e; h; n的坐标系定义在中间机体上，并以点C为原点，与此同时n要平行于V轴。图1 Quasimoro机器人简化模型图中所示的和分别是轮1和轮2的角位移，而C是点C的位置矢量，我们定义为中间机体A的旋转角。 定义l：作为两轮的中心距离，r为轮子半径，并假定轮子在平面B上是纯滚动没有滑动 ，我们限制 其中为矢量，而是定向角，即到e的角度。结合等式（1）中的第二个关系式我们得到：我们假定 当我们定义作为向量的广义坐标。直到我们可以用等式 （ 2 ）中的和来表达 ，而没有出现广义坐标中的向量， 系统的动态约束方程从而简化为等式（1）。这个方程可以改写为， 是k维零向量，并且当A定义为的约束矩阵时，就是的单位矩阵。该机器人有一个6-3=3的自由度，这与中间机体旋转的简化模型相反，因为它没有考虑到 这个因素。2.2 完整测试如果我们定义一个独立广义速度矢量，然后可以很容易的得到一个正交矩阵，为了获得一个完整的矩阵 ，我们需要求出和然后便可以很容易的利用图1和等式（2）求出结果，即显然，可以从上述方程得出因此Quasimoro一个近乎完整的机器人，这并不让人惊讶。 2.3 近乎完整 现在，我们可以验证Quasimoro是否近乎完整（QH） 。系统的总动能是由提供是额外轮子的动能，即轮子在它轴的驱动下而转动， 提供中间机体所需的动能， 它包括驱动系统，传动装置， 电池和控制部件。它可以非常容易地展示出右侧的等式（ 3 ）m表示为每个增加轮子的质量。所需的动能由提供。表示的是中间机体的质量（即要考虑到有效载荷） ， 表示的是中间机体重心的速度，表示的是中间机体与轴有关的转动惯量， 同时是中间机体关于的转动惯量。此外，可以由求得，因此如果不用考虑常数项，该系统的势能为其中是和之间的距离，g是重力加速度。因此，该系统的拉格朗日算法为其中，且，因此，广义动量的计算公式是其中，m是机器人的质量，而符号表示利用等式 来代替。于是，运动的不完整性可以由 来表示，因此，该系统是近乎完整的。 这个系统的数学模型可以缩减成QH：其中是该系统的拉格朗日约束。其中是无显著特点的动力矢量，也就是电动机的转力矩。这两个力矩则传送到两个正在感应无显著特点力的轮子。即，因此。等式（5）可以分为以下三个部分此时这个方程可以写成以下的矩阵型式：图2 仿真 结构图此时，当是惯性矩阵时，它由提供。是我们指定的二次惯性项的一个三维向量，即其中 仿真 为了使上面的数学模型可用，研究报告反映，一方面系统在不同的投入和不同的初始条件下，模拟了运行仿真模拟输入，如仿真图表2中所示的是被分配到轮子上的扭矩，用来解决直接动力。这个方程转换了惯性矩阵，并且回到了普遍重力加速度矢量,因此综合两个之后可以得到速度和并列向量。机器人具有相同的以及他们第一和第二个任务就是模拟信号的输出。信号输入后便解决了直接运动学的问题。特别注意的是，后者计算了机器人的方向角度和器械所反映出的他第一次和第二次任务的几何约束，以及在以C点为参考位置，使用运动约束下的速度和重力加速度。从而获得点的位置矢量，完成虚拟输出，是一个综合的数字。.1 仿真结果我们已经对动力系统的三个输入反应进行了研究，对每个系统的仿真，一开始都被认为是静止的，值得注意的是仿真并不考虑外力的浪费，比如轮子和地面的摩擦以及内力的损耗，比如轴承的摩擦。而且输入将会表现在扭矩脉冲上。启动轮子，持续时间，为了避免在读取输出图表时，靠近的区域内发生误差。每个仿真用时秒，但是大部分的输出图在时间表上为秒到秒时，响应时间比较短。 三个操作已经实现了(1)直线运动,保持一定的运动角度 (2)纯旋转, ,旋转轴穿过C点，即：只变换垂直角度而不改变C的位置 （3）圆形运动，并不是前面所有的操作都使用同样的精确度，对系统执行的影响的分析，将会提供更有效的运算法则来选择和创新机器人设计。3.1.1 直线运动在这个模拟运动中，适用于车轮的两个相同的转矩脉冲振幅为0.3牛米。如图36所示。 正如我们可以从图3图4中推断，如果负荷条件对称，和的一阶导数是相等的。 此外，通过观察图4，我们可知， 和周期信号都是由产生的， 因为它们和有相同的周期。 在图3中， 由一个周期信号表示， 我们可以推断出中间机体的振荡频率稳定保持在和之间;当然，这种振荡不需要保持稳定，因为它的振幅并没有大到足以干扰任务顺利完成（见截面1）。但是， 不可以为零，因为它为零会导致在组装和制造过程中出错;此外，机器人走过的现实表面确实略有倾斜。因此， 保持稳定是必要的，控制算法会计算出一个合适值。 在直线轨迹时需要保证高精度， 如图5所示 。当然，在现实中车轮永远不会具有相同的扭矩，它需要一个合适的控制算法来完成运动任务。此外，还需要使用另一个控制算法，因为沿直线轨迹运动时，速度不会处于稳定状态，如图6所示 。3.1.2 纯滚动 两个相等扭矩的脉冲频率为0.3牛米，符号相反，却同样适用于车轮。输出如图7和图10。 C点的轨迹图在这里没有表示出来， 减少一点使之与惯性坐标的原点相吻合;此外，角速度会保持为一个固定常数，如图 10所示。总之，由于那些已经在上一节提到的，有关影响机器人结构的错误，使在现实中C点轨迹不成一个点;因此，完成任务需要用到控制算法。 对于已知的初始条件和输入类型， 如果完全模拟，那么的一阶导数和二阶导数将全为零，且和他们的一阶导数的振幅都是相等且符号相反的，如图7和图8所示 。3.1.3 圆周运动两个扭矩脉冲分别为0.3牛米和0.2牛米，并且符号相同， 而且适用于车轮。如图11和图13所示。所有的广义速度信号，类似我们先前看到的纯移动，如图11所示，但因为输入值不等，所以和不相等。 另一个重要的注意点是点C的速度;因为 不是定值，如图13所示，周期信号与谐波和，如图12表示。通过观察图11 a，我们可以证明，上述周期信号是由产生，直到两个信号具有相同的周期秒时，值得一提的是，在直线运动的情况下， 这两个周期信号和都是由信号产生 ，如图11所示。4 结论这里所讨论的是Quasimoro的动力学，一种新型的趋于完整的移动机器人。我们用公式表明了该系统的数学模型，并提供了验证它的数据。数据模拟显示了每一个系统变量下的动态行为，这也是需要被控制的。这项工作在设计和控制该系统中是至关重要的。 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：沈立学 号：05010224专 业：机械工程及自动化设计(论文)题目：气动式定尺飞锯机的结构设计指 导 教 师:武培军 吴晟2009 年 3 月 22 日毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告文 献 综 述摘要 本文献综述介绍了气动式飞锯机在连续轧制各种型材、管材等生产线上的重要功用,它能保证一定的精度.气动式定尺飞锯在当前国内外都得到了广泛的应用,与其它飞锯机相比,它成本低,满足精度要求,适合中小企业的优点,所以本文献通过介绍几种飞锯机的特点不同，说明了气动飞锯机的优点，以及介绍了该飞锯机的工作过程、控制系统特点、设计路线和注意的问题等等。关键词 定尺飞锯 气动式飞锯机 气动1 气动式飞锯机的功用随着国民经济的发展，现代化的大型厂房、大跨度的展览场馆、体育运动场馆、大型仓储、桥梁、机场、起重、运输、车辆等各行各业广泛地采用钢结构，使得钢结构需求量大幅度增加，对钢结构钢材材质、规格品种也提出了更高的要求。2001年我国冷弯型钢生产30万吨（不包括钢管和涂层板）。据中国钢协冷弯型钢分会统计2001产量约有70万吨，加上其他行业（农机、水电、汽车、机械等）约有150万吨，占全国钢材产量的1左右，而国外工业发达国家冷弯型钢占全国钢材的3.05.0。冷弯型钢的特点： 可生产各种复杂的断面与热轧型钢相比具有断面形状合理、重量轻，强度高的优点，又在冷弯加工中提高了强度。比一般热轧型钢的构件节约钢材10.050.0。在线定长切割飞锯机是冶金企业连续轧制各种型材、管材等生产线上不可缺少的重要设备，用于连续生产中将无限长的钢管按预定的长度在线自动切断。定尺飞锯机在生产中决定着管材的质量、长度等。它的精度保证了管材的精度1。2 定尺飞锯机的国内外现状在国外定尺飞锯机的发展很快，基本上都能达到国际标准。我国焊管生产设备起步较晚，一些关键设备比较陈旧。随着钢铁行业的飞速发展，对钢铁加工行业提出了要求。全国各地加工业也开始着眼于技术开发。就定尺飞锯机来说，从技术含量较低的液压传动，气动传动，发展到如今的微机控制定尺飞锯机，电液数控飞锯机等。下面介绍几种现代主要应用生产中的飞锯机：2.1 微机控制定尺飞锯机微机控制定尺飞锯机是由微机控制系统、大功率可逆伺服系统、机械液压、气路系统所组成的机电一体化高技术产品焊管、冷弯生产线的关键组成设备，可用于高速跟踪自动切割钢管、型材等14。2.2 电液数控飞锯机电液数控飞锯机是由微机控制电子液压传动，一般包括液压箱，电子计算机，软件等几部分组成，采用半开环控制无参数调整，电路简单，性能稳定，故障率低。机床可实现程序锯切，预设多种锯切定尺与其根数，自动转换可不停车，改变定尺要求，也可人为暂时中断运行15。2.3 伺服飞锯机伺服飞锯机是于2002年面世的一种新型飞锯机，锯切长度5.5m6m时，锯切精度为0mm+5mm，高于国际上通用的英国Bs标准(0mm+6mm)。锯切精度提高了16.7，且在这方面处于国际先进的水平1。3 气动式定尺飞锯的工作过程气动式定尺飞锯机是为由光电脉冲编码器、分别测出型钢的长度及速度和锯切小车的位移量，由PLC进行运算，当型钢长度(以切口为零点)等于设定长度减去残长，PLC发出启动讯号，助推缸、长缸气阎合上，推动锯切小车作加速运动，再经过(这时残长为零)，PLC发出夹紧命令，锯切小车完成夹紧、铝切，抬锯，橙夹等动作，当PLC收到松夹信号，发出长缸气阀换向接通命令，锯切小车在长缸推力下返回原点，等待下一次锯切。4 气动式定尺飞锯的控制系统的特点（1） 全部保留了原来机械定尺飞锯装鬣的气动小车锯切机构及传动方式不变，有利于者设备的技术改造，上马快，投资省。机组还保留了原有的操作习惯，工人易掌握(即人机亲善性好)，日常维修很方便。（2） 控制系统依据我们研究的控制模塑，充分运用PLC软件编程能力，充分考虑到。气源压力波动和气动执行元件的离散性对定尺精度的影响。 在低挡PLC上完成2路高速脉冲输入、运算，比较等要在高档PLC才具有的功能 能在20mmin50mrain的生产线速度范围内跟踪锯切，达到较高精度。本系统电气控制部分定尺精度1mm，在180生产线上的试生产，抽拴结果，其定尺精度较高，平均绝对误差5mm，是我们所知的气动飞锯能达到前较高精度13。（3） 本系统设计运用了系统可靠性理论，在满足系统功能的条件下，硬件尽可能简化，装宦上一体化。关键元器件选用可靠性很高的元器件(即提高系统瓶颈的可靠度)，本系统主控回路平均无故障工作时间大于l万小时。（4） 关键元件如脉冲编码器等设有自检功能。5 本设计的目的与意义目前市场上大量应用的在线定尺飞锯机主要有气动式飞锯机，液动式飞锯机，电脑锯等几种形式。其中，气动式飞锯机的锯切割装置，夹紧装置，主传动装置都是气动的，与近些年市场上推广的电脑锯相比，气动式飞锯机本低(只有微机控制飞锯的15，进口机组的115)，安装使用方便(只有一只程控柜位于生产线旁，无需专用机房)，定尺精度较高，其平均绝对锯切误差5mm，可靠性好，主机的平均无故障工