基于 Arduino樹干噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì),基于,Arduino樹干噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì),arduino,樹干,噴涂,機(jī)器人,設(shè)計(jì) 附錄1 外文翻譯 并行工作空間與動(dòng)態(tài)性能評(píng)估噴漆設(shè)備中的操縱器 摘要 本文所要介紹的是工作空間和PRR–PRR并聯(lián)機(jī)器人在噴涂設(shè)備中的動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)。平面完全并聯(lián)機(jī)器人的功能工作空間往往是LIM 它因其機(jī)械部件之間的限制。該平面三自由度并行機(jī)械手的兩連接移動(dòng)平臺(tái)的基本運(yùn)動(dòng)鏈可以在減少干擾性的同時(shí)仍然保持3自由度。在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上，分析了四種工作方式，并對(duì)其奇異性進(jìn)行了研究。工作空間的調(diào)查和逆動(dòng)力學(xué)制定使用虛功原理。動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)的設(shè)計(jì)，理論上的最大和最小幅度的加速度矢量的移動(dòng)平臺(tái)所產(chǎn)生的單位驅(qū)動(dòng)力。該指標(biāo)不僅可以評(píng)價(jià)機(jī)械手的加速性能，而且能反映加速性能的各向同性。進(jìn)行了工作區(qū)和四種模式的動(dòng)態(tài)性能在主振型的比較，確定了錐面大物體的最佳工作方式。 1、介紹 并聯(lián)機(jī)器人在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界備受關(guān)注，因?yàn)樗鼈冊(cè)诟邉?dòng)態(tài)和高精度結(jié)合結(jié)構(gòu)的封閉運(yùn)動(dòng)回路[ 1 ]。并行主機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如飛行模擬器[ 2 ]、并聯(lián)機(jī)床[ 3 ]和并聯(lián)運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器輸送機(jī)預(yù)處理和電泳車身[ 4 ]。平面并聯(lián)機(jī)器人主要用于操縱平面上的物體。一個(gè)平面被認(rèn)為是一個(gè)平面機(jī)制，如果所有的移動(dòng)件都在這個(gè)平面內(nèi)移動(dòng)，那么他們彼此間將進(jìn)行平行的平面運(yùn)動(dòng)。平面并聯(lián)機(jī)器人作為并聯(lián)機(jī)器人的一個(gè)重要分支、，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，例如，選擇和應(yīng)用[ 5 ]，并聯(lián)機(jī)床[6,7]，和醫(yī)療設(shè)備[ 8 ]。自并聯(lián)機(jī)器人是很簡(jiǎn)單的，也有一般并聯(lián)機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，它們是開發(fā)噴涂設(shè)備[ 9 ]最好的備選對(duì)象。 隨著并聯(lián)機(jī)器人在機(jī)床和機(jī)器人中的應(yīng)用，動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)越來(lái)越受到重視。這是動(dòng)態(tài)優(yōu)化的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)相比于動(dòng)態(tài)性能的檢測(cè)措施，動(dòng)態(tài)性能的檢測(cè)措施是稀缺的。廣義慣性橢球[ 10 ]和動(dòng)態(tài)可操作橢球[ 11 ]是動(dòng)態(tài)可操作橢球機(jī)械手動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)的兩種常規(guī)調(diào)節(jié)指標(biāo)。作為廣義慣性橢球和動(dòng)態(tài)可操作橢球的延伸，哈提卜[ 12 ]提出了一種帶慣性橢球研究機(jī)器人的動(dòng)態(tài)性能，和 Tadokoro等人[ 13 ]提出的基于隨機(jī)間隨機(jī)動(dòng)態(tài)的可操作性機(jī)械手運(yùn)動(dòng)的解釋，黎等[ 14 ]提出了局部和全局指數(shù)在艱難方向可操作度應(yīng)該被考慮其中。亞濟(jì)德·曼蘇里和瓦里[ 15 ]提出了一種機(jī)器人智能均勻性測(cè)量，基于功率概念的機(jī)器人性能檢測(cè)措施。這項(xiàng)措施可以用來(lái)評(píng)估具有旋轉(zhuǎn)和平移自由度的機(jī)械手的操作。雖然這些指標(biāo)可以評(píng)價(jià)機(jī)械手的動(dòng)態(tài)性能，他們大多不考慮動(dòng)態(tài)性能的各向同性。本文所設(shè)計(jì)的噴漆設(shè)備用復(fù)雜的表面繪制大對(duì)象。因此，噴漆設(shè)備需要頻繁的加速或減速，以提高噴涂效率。因此，對(duì)于運(yùn)動(dòng)性能的評(píng)價(jià)，動(dòng)態(tài)性能也是必要的，特別是在所有方向的加速或減速性能。 在本文中，提出了用于噴涂機(jī)器人的三自由度并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。該指數(shù)不僅可以評(píng)估的動(dòng)態(tài)性能機(jī)械手，也能反映動(dòng)力學(xué)性能的各向同性。從結(jié)構(gòu)描述和運(yùn)動(dòng)學(xué)出發(fā)，確定了四種工作模式和工作空間。逆動(dòng)力學(xué)是運(yùn)用虛功原理。動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是最大和最小幅度的加速度矢量產(chǎn)生的移動(dòng)平臺(tái)B 單位驅(qū)動(dòng)力。比較了四種工作模式下的動(dòng)態(tài)性能。本文的結(jié)構(gòu)安排如下：第2節(jié)給出了結(jié)構(gòu)描述和運(yùn)動(dòng)學(xué)。奇點(diǎn)與工作并聯(lián)機(jī)器人的空間在第3節(jié)研究。第4節(jié)推導(dǎo)的逆動(dòng)力學(xué)模型，這是用來(lái)研究在第5節(jié)的動(dòng)態(tài)性能。6節(jié)論述了數(shù)值模擬。結(jié)論見第7節(jié) 2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)學(xué) 2.1建筑規(guī)范 噴涂一個(gè)長(zhǎng)有錐形表面的物體，噴漆設(shè)備至少應(yīng)有五個(gè)自由度。在繪畫過(guò)程中，畫的對(duì)象可以分為兩部分各部分分別噴涂?；趪娡康倪^(guò)程，一個(gè)五自由度噴涂設(shè)備的設(shè)計(jì)，如圖1所示。噴漆設(shè)備由一個(gè)龍門架，兩個(gè)串聯(lián)并行機(jī)構(gòu)和工作臺(tái)進(jìn)給機(jī)構(gòu)。進(jìn)給工作臺(tái)可在底座上移動(dòng)，被噴涂物體固定在進(jìn)給工作臺(tái)上。串并聯(lián)機(jī)構(gòu)可以沿龍門架上下移動(dòng)。串行–并聯(lián)機(jī)構(gòu)由PRR–PRR機(jī)械手和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的手臂。旋轉(zhuǎn)臂連接的PRR–PRR并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。當(dāng)串并聯(lián)機(jī)構(gòu)位于機(jī)架的某一位置，平行機(jī)械手的工作平面如圖1所示，工作平面與工作面相交對(duì)象的運(yùn)動(dòng)軌跡。同樣，當(dāng)串并聯(lián)機(jī)構(gòu)在不同的位置，不同的軌跡可以得到和PRR–PRR機(jī)器人任務(wù)空間得到的相似，可以認(rèn)為這些軌跡與圖1所示的軌跡形狀相似。設(shè)計(jì)的PRR–PRR機(jī)械手需要滿足工作空間要求。相比三條腿連接的移動(dòng)平臺(tái)的完全并聯(lián)機(jī)器人，并聯(lián)機(jī)器人有兩條腿和PRR腿有雙重的功能作為一個(gè)鏈路和致動(dòng)器[16,17]。 這種妥協(xié)失去了一些剛度，減少了并行機(jī)構(gòu)，增加了功能的工作空間。在本文中，工作空間和PRR–PRR的機(jī)械手的動(dòng)態(tài)性能是ST 研究。 2.2 反向動(dòng)力學(xué) 圖2顯示了一個(gè)并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模型在繪畫設(shè)備。并聯(lián)機(jī)器人組成的導(dǎo)軌，兩個(gè)滑塊和，連接和,移動(dòng)平臺(tái)。滑塊和是通過(guò)安裝在導(dǎo)軌絲杠上的兩個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。連接桿是由固定在滑塊上的伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。整個(gè)結(jié)構(gòu)確保了移動(dòng)平臺(tái)在平面和圍繞機(jī)械手運(yùn)動(dòng)平面軸線的旋轉(zhuǎn)。 一個(gè)基準(zhǔn)坐標(biāo)與軸垂直放置連接到導(dǎo)軌的一端。移動(dòng)坐標(biāo)系統(tǒng)是連接在移動(dòng)平臺(tái)上，同時(shí)軸能夠沿著運(yùn)動(dòng)平臺(tái)軸線移動(dòng)。連接桿的鏈接路徑約束方程可以寫成： （1） 其中是點(diǎn)在坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。是點(diǎn)在坐標(biāo)系中的位置向量。是相對(duì)于坐標(biāo)系的位置向量。R是從坐標(biāo)系到坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣，，是移動(dòng)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)角度。和是連接桿的長(zhǎng)度和單位向量。，是連接桿的旋轉(zhuǎn)角度，。 將代入到等式（1）中，可以推導(dǎo)出 （2） 基于等式（1）和等式（2），可以被表達(dá)成 （3） 當(dāng)一個(gè)或多個(gè)奇異值是零，直接運(yùn)動(dòng)奇異性的發(fā)生和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可以擁有即使在所有的致動(dòng)器都在某些方向上的無(wú)窮小運(yùn)動(dòng)完全鎖定。這種類型的奇點(diǎn)發(fā)生時(shí)。 基于等式（10）， 人們可以看到，直接運(yùn)動(dòng)最規(guī)律時(shí)，連接桿和是共線的。如圖4所示。在工作模式1和3中，圖4（a）的配置可以在時(shí)發(fā)生。圖4（b）的配置可以發(fā)生在工作模式2和4時(shí)，。 機(jī)械手可以沿導(dǎo)軌和范圍移動(dòng)取決于導(dǎo)軌的長(zhǎng)度。因此，是獨(dú)立的。這里只研究Y和的極限工作空間。移動(dòng)平臺(tái)到達(dá)上下限時(shí)，讓Y最大值和y最小值成為質(zhì)量中心的y坐標(biāo)。因?yàn)閅當(dāng)α為特定時(shí)，可以根據(jù)α，Y和y最小值來(lái)確定。此外，α的范圍可以根據(jù)噴涂要求。然后，并聯(lián)機(jī)器人的工作空間可以被發(fā)現(xiàn)。 如圖5所示，滑塊的運(yùn)動(dòng)軌跡是L 1和L 2的半徑的圓，和B 1和B 2為中心。對(duì)于給定的α，y極大值等于y坐標(biāo) 當(dāng)連接桿是垂直的。如果α0、y 的最小值等于當(dāng)連接桿與導(dǎo)軌平行時(shí)點(diǎn)的y坐標(biāo)。如果α< 0，y等于y點(diǎn)y坐標(biāo)時(shí),連接桿和移動(dòng)平臺(tái)是共線的。 當(dāng)，y的最大值與最小值可由 決定。 當(dāng)時(shí)，y的范圍可由決定。 當(dāng)時(shí)，y的最大值與最小值可以由： 決定。 當(dāng)時(shí)，y的范圍可由： 得到。 一旦長(zhǎng)的對(duì)象與錐形表面的尺寸給定，所需的任務(wù)空間可以很容易地確定。在噴涂過(guò)程中，噴嘴應(yīng)垂直于噴涂面。由于噴嘴在工作面移動(dòng)平臺(tái)之間的角度是固定的，移動(dòng)平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍等于兩切線的夾角運(yùn)動(dòng)軌跡末端。因此，可以確定α的范圍。數(shù)值 5、動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià) 加速度的突然變化會(huì)引起驅(qū)動(dòng)力（轉(zhuǎn)矩）的突然變化，從而降低機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)精度，甚至破壞機(jī)械手。因此，可以預(yù)期的是突發(fā)變化的驅(qū)動(dòng)力（矩）引起的加速機(jī)制可以盡可能小。當(dāng)機(jī)械手處于一定的位置，重力是不變的。因此，動(dòng)態(tài) C在動(dòng)態(tài)模型中應(yīng)注意加速度項(xiàng)。在[ 17 ]中，高速機(jī)械手的動(dòng)態(tài)性能可以由ARB的程度來(lái)表示 改變加速的驅(qū)動(dòng)力聯(lián)合。此外，噴漆設(shè)備具有低速。動(dòng)態(tài)模型中的速度項(xiàng)影響不大。因此，倒代寫公式（29）中，統(tǒng)一形式忽略離心，Coriolis和引力導(dǎo)致： (30) 由于角加速度和線加速度具有不同的尺寸，其直接后果是慣性矩陣m的奇異值不具有物理意義。在這里，特征 2節(jié)國(guó)內(nèi)長(zhǎng)度進(jìn)行M尺寸均勻的元素。Eq.（30）可以改寫為: （31） 其中： 讓成為的最大角度值和最小角度值，它們將被表達(dá)為： （32） σmax和min的σ物理意義可以解釋為最大單元和移動(dòng)平臺(tái)的加速度矢量幅度最小驅(qū)動(dòng)力。在一些出版物，σmax定義動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)。無(wú)論σ最大或σ最小，動(dòng)態(tài)性能的各向同性的不考慮?？紤]到σMax和σmin與機(jī)械手的配置變化，動(dòng)態(tài)性能有些方向是非常好的，在其他方向上，動(dòng)態(tài)性能可能會(huì)非常糟糕。在整個(gè)工作空間的最大和最小，σ算術(shù)平均值可用于評(píng)估動(dòng)態(tài)并聯(lián)機(jī)器人的性能，即： 更大的是更大的加速度產(chǎn)生的一個(gè)單位驅(qū)動(dòng)力。然而，仍然不能考慮加速性能的各向同性。例如，如果有特別大或者特別小的價(jià)值，則相應(yīng)的會(huì)有 其中W是工作區(qū)中的動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)。平均值是在整個(gè)工作空間的。 6、數(shù)值模擬 在這部分中，工作空間和四種工作模式的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行了模擬和比較。幾何和慣性參數(shù)如表1所示。考慮到轉(zhuǎn)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的能力，明確。導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為4米?？紤]到奇異性和幾何約束，所有的連接桿都在一個(gè)導(dǎo)軌上，并且。圖6顯示了工作模式的工作空間四?？梢钥吹?，如果指定的α> 0，工作模式1和3有更大的工作空間。與此相反，模式2和4有一個(gè)更大的工作空間 當(dāng)α< 0時(shí)，模式第1和第3模式更適合于具有α> 0的配置，并且模式2和4更適合與α< 0的配置。讓?duì)，Y和ΔαΔ是x，y和α 。表2顯示了工作空間比較的四種模式?？梢钥闯?，ΔY有點(diǎn)大范圍在模式1和3，ΔX已經(jīng)在模式2和3的范圍更大。 因?yàn)棣可以變大的長(zhǎng)導(dǎo)軌和Y和α與x無(wú)關(guān)，主要考慮Y和α的范圍。以工作模式1為例，Y和α的范圍如圖7所示，y和α的變化范圍為0 我和?°40至1.2 m和45，分別。任務(wù)工作區(qū)是可到達(dá)工作區(qū)的一部分。基于錐面長(zhǎng)物體的尺寸，將任務(wù)空間定義為 矩形區(qū)域。在任務(wù)空間，Y和α范圍從0.19 m和4 m到1.09m和29°。 因?yàn)閅和α是獨(dú)立的變量X，且與有關(guān)。Y和α是的關(guān)系進(jìn)行了研究，當(dāng)Δ= 0.7 m和α°Δ= 30。在一些出版物，σMax是用來(lái)評(píng)估的動(dòng)態(tài)性能。 在這里，我和σMax進(jìn)行比較，圖8顯示的是σ分布和最大為四種工作模式。從圖8可以看到，我和σMAX在工作臺(tái)上具有相似的分布隨著Y坐標(biāo)的增大，加速能力變差。因此，無(wú)論是我和σ最大可以用來(lái)評(píng)價(jià)一個(gè)并聯(lián)機(jī)器人的加速性能。此外，可以看出，工作模式1具有更大的價(jià)值的是（σmax）比其他三種工作模式。這意味著工作模式1具有更好的加速能力。 圖9顯示了的四種工作模式的分布。人們可以看到，工作模式1和3有一個(gè)很大的的變化，在一個(gè)小范圍內(nèi)的工作空間?？紤]到加速性能和加速性能的各向同性，工作模式1是最好的在四種工作模式中，考慮到工作空間和動(dòng)態(tài)性能，工作模式1是最好的在四種模式的選擇中，在實(shí)際應(yīng)用中，以工作模式1為工作模式，開發(fā)噴漆設(shè)備。 7、結(jié)論 在本文中，工作空間和動(dòng)態(tài)性能評(píng)價(jià)的三自由度并聯(lián)機(jī)器人在噴涂設(shè)備進(jìn)行了研究?；谶\(yùn)動(dòng)學(xué)，四種工作模式和問(wèn)題確定AR配置。的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上的最大和最小幅度的加速度矢量的移動(dòng)平臺(tái)所產(chǎn)生的單位驅(qū)動(dòng)力。不僅是 可以評(píng)估機(jī)械手的加速能力，而且也可以反映加速性能的各向同性。工作模式1和3在α> 0時(shí)有更大的工作區(qū)。工作模式2 和4有更大的工作空間時(shí)，α< 0。在四種工作模式下，隨著Y坐標(biāo)的增加，加速能力變差。工作模式1和4有一個(gè)很大的。工作模式1 和3有一個(gè)很大的的變化，在一個(gè)小范圍內(nèi)的工作空間?？紤]到加速性能和加速性能的各向同性，工作模式1是最好的在四種模式之中。 附錄2 外文原文