数控卧式镗铣床刀库机械手回转与装卸刀机构设计
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机械毕业设计全套
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数控卧式镗铣床刀库机械手回转与装卸刀机构设计,机械毕业设计全套
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清华科技ISSN 1007 - 0214 06/18 pp269 - 275第12卷,第3号,2007年6月最优运动设计的一个二自由度平面并联机械手*吴军，李铁民，刘辛军，王立平制造工程研究所，精密仪器和机械学系，清华大学，北京100084,中国摘要：封闭了优化设计的运动学2自由度平面并联机械手的解决方案。基于工作空间提出了优化设计。与此同时，一个全球性的，全面介绍了空调指数评估运动设计。最好的并联机械手是纳入一个五自由度混合机工具包括一个二自由度旋转机头和一个长移动工作台。结 ，平面并联机械手的基 机工具 于机 和 的 机。:平面并联机械手;全球调 指数;混合机工具介绍并 机制 和 的运动，具 的平度，是currency1的工作空间，具 “的性, fifl 同 。此,并 机制 平台的计机数工的同时”研究全面研究和制造。 的是最的平 运动机， 并联运动机 。并 机器技 性的 ， 1 2 。 是 平台 制造的 程 一 ， 的 的 的工作 , 的 运动学和设计 。并联机 于6自由度是 的设计 运动学 封闭的 。此，并 机械手于6自由度，是23自由度, 注 3-5 。而2个3个平移自由度扮演fi要角色的 里，平 机械手 适 于并联机器 6 挑选和 方 7 和 currency1领域。大数现 的2自由度平面平 机械手是著名的五杆机 ， 的是棱镜执 机 外卷的致动器 89 。这机械手输出是平移运动的一种 和末端效器取向不 保持不变。 nts运动学设计方法的一个 部分是平 机制运动的设计理论。优化设计 基于不同评估标 ，括度 10 敏捷一个全球调 指数 1112 。此,没 一个是”广泛 的设计方法。黄等艾 13 ，提出了一种混合的方法基于调 指数。而Liu X J 14 给了一个全球度索 类似全球调 指数。本文 了一个平面并联机械手的分析。机械手的两个平移自由度不同， 统的五杆机 一个平 四边结 每个链的运动学进 了分析，得到一个最佳的运动设计。尽量减全局,全面调 指数，结 给最优链路长。一个五自由度混合机工具的是由一个并联结 和并联机械手结合1自由度平移工作台和一个二自由度旋转铣头。 制造企混合机工具使 平面并联机械手一 磨 和 的 混合机工具是合适的。1结 二自由度并联机械手的1所示。这个机制是由一个龙门框架,一个移动的平台,两个主动滑块,两个运动链。每个链建设作 一个平 四边。按照设计,机械手是约束一个平 四边链 和另一个单一的链 的足 移动平台,拥 2平移自由度。两个平 四边链” 增度,使结 称。收到:2006-06-02;修订:2006-08-21*国家自然科学基金资助的中国(第50305016号)和国家科技研究和振(863)计划的中国(Nos。2004 aa424120和2005 aa424223)*电子邮件:litmmail.tsinghua.e u. n;电 :86-10-62792792nts 1运动学 运 1 an 2( 1)” 到机制 提 fl 和 度的致动器。 立 动的滑块由两个 电机 滑动 ,此移动平台由 的平移运动一个平面 。2运动学和 性2.1 运动学 运动的两个链 的每个运动链是同的平 四边结 ,链 化一个链 i i( i 1, 2) 1。基 标系 - 到基 21BB 的中 。一个移动的 标系统 - 是currency1移动平台。“ i和“ i分是向量 i和 i的 头的。2 “是移动平台度和两 。量的 fiO与 于这个 标系o-xy”fl r O= x y T (1) 量Ai的O - x y是r A1= r 0 T (2)r A2= r 0 T (3)然 这个向量Ai基 标系O- xy 示 nts 270 清华大学科学与技 ,2007年6月,12(3):269 - 275rAi =rO+ r Ai (4) 的量BiO-xy是 1 “ 1 (5) 2 “ 2 (6)此,约束方程 联第i运动链 “ i-“ i li ni, i 1, 2 (7)l,n 示长度和链 的单向量,分。2 方的Eq。(7)给了y l =y21 ) R r-(x-l 2 +(8) y 2 =y22 ) R-r(x-l 2 +(9) 1所示, 运动学”解y l =y+21 ) R r-(x-l 2 +(10) y 2 =y+22 ) R-r(x-l 2 +(11) 方程 。(10)和(11),解决方案 运动学的机械手 示 )1(2)f-y-)(1(4f)2y-(2af-222121221+=alay(12)a= ( )rRy-2y- 21, b= ( )rRy-4y- 22 12, c= ( )rRl-4l- 22 21,f =Rr+b+c, x= ay+b+c (13) 1,“”Eq。(12) -”。nts 方程(7)-(13) , 和 运动学的机械手 封闭 。2.2 分析 的Eq。(10)和Eq。(11) 于时间给了军(吴军)et al:最优运动设计的一个二自由度平面 271.221.1.R)r-(x-lRr-x- xyy+=(14) .222.2.R)-r(x-lR-rx- xyy+=(15)方程(14)和(15) fi (16)J是 示 (17) 性 致的 制性和化的自然度的,currency1 的工作 。 分 运动学 , 运动学 性,结合 性15,分机械手的 。 中一个链 是 平的,机械手 运动学的 。运动学 时 的一个链 链和一个链 的 currency1链是 。 l1 l2 2结合 性不 机械手。2 示了一个 子,每个类 的 。 中, 制 了 性的工作 。nts 2 的3工作空间分析工作 二自由度平面的并联机械手是一个 域的平面所取得的工作空间 O的移动平台。方程(10)和(11) fi (x-r+R)2+(y-y1)2=l12 (18)(x+r-R)2+(y-y2)2=l22 (19)此, 工作空间的 是 的子工作 联两个运动链 3。nts 3机械手工作空间工作空间是一个部分的 工作空间。 中,这个的工作 fl 一个 域的 工作空间。最大 度的角度 和 ,链 i i间的 角(i 1,2)和 , ma 和 ma 。 i,ma 和i,min 最大和最的i-th滑块。 到 1滑块 1到 和 的 最大, i i,min和 ma 。同, 到 4， 2 2,min和 ma 。一个 的 1与 的 工作空间 2。 3 4的” 方( 3)。 1 2 3 4 然 的工作 ,作 一个 的度和度h,注 t。4最优运动设计4.1优化设计基于工作 这个 的标是 机械手 数所 的工作 。优化设计的 :给“,和 fi量, ,l1l2, 长度 minyi,-max,yi 的滑块。方程 (10),(11)和(17),机械手的性 与“ 不要“ 立。 ,“尽 的, 的 “ 致 的机械手。 ,“取决于, ,和工具 度currency1移动平台。此,“是设计给出的。移动平台到 , 4, 数 系 ” 得lmax 1r-sin bd+=20 2minr-sinld=21 中d的 到 的工作 。 中,l1等于l2系统性 和度。此22 272 清华大学科学与技 ,2007年6月,12(3):269 - 275nts 4机械手的优化设计此,dbR +=2于l1 l2 移动平台 1到 4 滑动 的滑块 (24)移动平台 4到 3 方向,滑动 的滑块hyB =2 (25) 此, 程 min,max, - ii yy 的滑块21min,max, - BBii yyyy += (26) 优化设计基于的工作 不 巧和度的机械手,链 长度不是最优。最优长度的链4.2 全球,综合指数条件数的 作 的性 指标评估 度精度和度映射变量间的联合和移动平台。这个条件数”fl (27) 1和 2是最大和最 的 数与给的姿势 。 1和 2 由求解方程ntsWU Jun (WU army) et al: Optimal Kinematic Design of a 2 - DOF Planar. 273( ) 0- det2 =JJI T(28)I 一个单 的订单2。这里研究了并联机械手,(29) 1y-Rr-yxs +=和 2y-yR-rxt += K随机制,一个 体的 指标作 绩效测量的最优运动设计,= twtw dWkdW tt 30 注意,本身不 充分 体的整体运动学性 由于 无法 间的差 的 最大 与最 。黄et al7。提出了一种全局,综合条件指数 标函数运动设计。标函数 示 31 ( ) ( )kk minmax= 和ma ()和min() 最大 与最 的K工作空间和 fi量放的率到。和 计的数 32 mn 的价 评估 (m,n)(m1)(n1)同网状的Wt。5 程 5.1 XNZD2415混合机工具一个二自由度平面并联机械手结合工作台 一个平移自由度z和一个铣头和两个旋转自由度约 和z的创建一个五自由度混合并联机(XNZD2415)。与铣头,工具 得何想要的取向工作空间, 的 活性 nts自由移动的工作台 z,使机制造长的工件。的工作 Wt的并联机械手设计 一个长方 1600毫米度和h 1000毫米。机械手 ma 80, min 10,“ 75毫米。 理论分析 ,并联机械手的 性不 工作空间。最优设计基于的工作 结 1217.4毫米。然 计最化标函数 currency1设计 数。5 , 最 1.916 L1 2060毫米 0.1。基于Eq。(26), ” 得 mini,max, y-iy 2345.2毫米。5 不同链 最化长度条件数的 的并联机械手机是6所示。条件数的分布是 称的 。良好的运动性 是平衡和 间的矛盾。机是由清华大学中国轧机一系 和 的 透平电机 并 哈滨电机 公司。原 7所示。274 清华大学科学与技 ,2007年6月,12(3):269 - 275nts 6条件数的 的XNZD2415机7 XNZD2415混合机工具5.2 XNZD2430fi 机XNZD2415 的 种工,哈滨电机 公司 要一个混合机工具机 大的 和 的 机电机 。时另一个fi 机(XNZD2430)建基于二自由度并联机械手。的类似于第一个机结 与一个更大的XNZD2430工作 和一 currency1的包括修两个额外的盖 currency1的 和一个辅助盘currency1顶部的铣头。方的盖 联系辅助托盘覆盖 薄铜板。辅助盘 触两个盖板和幻灯 间的铣头动作。此,覆盖 制变的nts铣头和提机度” 的平面机械手运动。四个括号 到机提度。两个额外的 旋转铣头”设计 取二自由度铣头, 侧面底部的移动平台。这种fi 机是那么一个三自由度的机器 机向横向。Wt的工作 的并联机械手”设计 一个长方度 3000毫米和度h 1800毫米与 ma 79, min 5。这个机械手不 到 on状的工作 。最优设计基于的工作 结 2342.5毫米 最 l1 3550毫米, 0.1。minmax, - i,i yy Eq决。(26)。主要设计 数 1中 出。1的结 XNZD2430 机优化工具数 数 l1 3550 mm l2 3550 mm r 550 mm minmax, - i,i yy 4010.7 mm 1.99 的分布 优化设计 示8。分布 ,条件数是 称所 x和运动性 是最优的。8条件数的 的XNZD2430机nts机的XNZD2430 示9是由清华大学”很 的建造与机的动 学和制军(吴军)et al:最优运动设计的一个二自由度平面 275的测 。9 XNZD2430机的原 6 结论运动学设计的一个二自由度平面并联机械手”调查。调查 示 。(1) 两 间的 是优化设计基于工作 。(2) 一个全球性的,综合性 指标,包括 和条件数的 的 工作空间, 效 优化运动设计。(3) 平面并联机械手建立机” 于机 和 的 机。另一个fi 机基于并联机械手”建立更大的工。nts 文献1 Beqon P, Pierrot F, Dauchez P. 糊滑 制的 并 机器。:IEEE机器与自动化国会议 ,1995:1178 - 1183。2 Ferraresi C, Pastorelli S, Sorli M, Zhmud N. 静态和动态 的度Stewart平台 / 器。机器系统志,1995,12(12):883 - 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